CN109581641A - 结构光显微成像的照明*** - Google Patents

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郑廷
陈谦
李龙辉
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Abstract

本发明公开一种结构光显微成像的照明***，包括照明光源、光导器件、异径匀光管、中继透镜组、数字微镜器件DMD、筒镜和物镜，其中所述照明光源发出的非均匀性白光经异径匀光管后成为均匀光束，再经中继透镜组照射在DMD上，通过DMD的微型镜面反射产生结构光，经过筒镜和物镜最终在待观察物表面形成均匀的结构光照明。本发明一方面提高了结构光照明光源的能量利用率，使信号增强；另一方面使照射在待观察物表面上的结构光强度均匀，即物镜视场边缘的结构光强度和视场中心的结构光强度一致。该照明结构解决了结构光显微成像技术对大样本表面进行拼接成像时马赛克图片亮度不一致的问题，避免了弱信号图像数据的损失，降低了后期图像处理和分析的难度。

Description

结构光显微成像的照明***
技术领域
本发明涉及显微光学成像领域，具体涉及一种结构光显微成像的照明***。
背景技术
结构光显微成像技术是一个非常重要的成像工具，广泛应用于生命科学和材料学研究，其成像质量与照明光路直接相关。特别是对于一个大样本表面进行马赛克拼接成像时，照明光路的设计要求很高：物镜视场边缘的结构光强度和视场中心的结构光强度需要一致，否则边缘弱信号会损失图像数据并增加后期图像处理和分析的难度。同时，结构光强度均匀可以充分利用整个物镜视场进行成像，增加大样本表面的成像速度。
然而，目前的结构光照明***的设计没有充分考虑结构光强度均匀性，且结构复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种结构光显微成像的照明***，该***的结构光具有简洁、强度均匀的特点。
为实现上述目的，本发明所设计一种结构光显微成像的照明***，它包括照明光源和与照明光源连接的光导器件，所述光导器件的出射端面连接有匀光管，所述匀光管后续的光学线路上依次设置有中继透镜组、数字微镜器件DMD、筒镜和物镜。
进一步地，所述异径匀光管为四方锥台，且其入射端面为面积小的方形，出射端面为面积大的方形，由入射端面至出射端面的异径匀光管高度逐渐高。
再进一步地，所述异径匀光管四周侧壁的倾斜角度均为2～30°。此倾斜角度可以增大光束入射到侧壁的角度，让更多的光发生全反射，出射光相对于入射光的孔径角减小，减小照明的NA值，从而提高光源的能量利用率；同时，匀光管可以使空间分布不均匀的光在带有斜角的侧壁结构上多次全反射，其积分作用使出射端面的光均匀分布。
再进一步地，异径匀光管出射端面、数字微镜器件DMD、待观察物表面互为光学共轭关系，异径匀光管的入射端面和物镜后瞳互为光学共轭关系。
再进一步地，所述的中继透镜组为一个远心透镜组，由两个或两个以上的光学透镜组成，将异径匀光管的出射端面成像在数字微镜器件DMD上，形成均匀的照明光斑，放大倍率为1～5倍。
再进一步地，所述的中继透镜组它依次由第一中继透镜、第二中继透镜、第三中继透镜和第四中继透镜组成。它将异径匀光管的出射端面成像在数字微镜器件DMD上，形成均匀的照明光斑。
再进一步地，所述照明光源为卤素灯、汞灯和LED灯中的任意一种。
再进一步地，所述光导器件为液体光导管，其材料为塑料或玻璃光纤。
本发明的有益效果：
本发明结构光显微成像的照明***结构简单，稳定性好；照明光的能量利用率高，可显著提高信号强度；整个物镜视场的结构光照明均匀，显著改善图像质量；能充分利用整个物镜视场进行成像，可显著提高大样本表面多个视场的马赛克拼接成像的速度。
附图说明
图1为本发明结构光显微成像的照明***的示意图；
图2为异径匀光管的示意图；
图3为中继透镜组的示意图；
图中，照明光源1、光导器件2、异径匀光管3、中继透镜组4、第一中继透镜4-1、第二中继透镜4-2、第三中继透镜4-3、第四中继透镜4-4、数字微镜器件DMD5、筒镜6、物镜7、待观察物8。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述，以便本领域技术人员理解。
如图1～3所示的结构光显微成像的照明***，它包括照明光源1和与照明光源1连接的液体光导管2，液体光导管2的光源射出端连接有异径匀光管3，异径匀光管3射出的光源线路上依次设置有中继透镜组4、数字微镜器件DMD5、筒镜6和物镜7；整个照明***中，异径匀光管出射端面、数字微镜器件DMD、待观察物表面互为光学共轭关系，异径匀光管的入射端面和物镜后瞳互为光学共轭关系。
上述装置材料和尺寸如下：
照明光源1为卤素灯；
液体光导管2的直径为3mm；
异径匀光管3为四方锥台，其长度为50mm，且其入射端面3-1尺寸为4mm×4mm，出射端面3-2尺寸为8mm×8mm，长度为50mm；异径匀光管3四周侧壁的倾斜角度均为3°；
入射端面3-1至出射端面3-2的异径匀光管3高度逐渐高。
中继透镜组4为一个远心透镜组，它依次由第一中继透镜4-1、第二中继透镜4-2、第三中继透镜4-3和第四中继透镜4-4组成。
第一中继透镜4-1：半径R1＝∞，R2＝-20.6mm，厚度d1＝6.4mm；
第二中继透镜4-2：半径R1＝51.5mm，R2＝-∞，厚度d1＝3.6mm；
第三中继透镜4-3：半径R1＝∞，R2＝-64.4mm，厚度d1＝8.2mm；
第四中继透镜4-4：半径R1＝77.3mm，R2＝-∞，厚度d1＝7.3mm。
实际应用时，结合某一具体的探测光路进行成像，照明光源1发出的非均匀性白光进入异径匀光管3的入射端面3-1，经异径匀光管后由出射端面3-2射出均匀光束，再经中继透镜组4扩束后照射在数字微镜器件DMD5上，通过其反射产生强度均匀的结构光，并由筒镜6和物镜7投影在待观察物8表面。待观察物8表面高对比度的图像可以被探测光路的CCD或者sCMOS采集。
其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (7)

1.一种结构光显微成像的照明***，其特征在于：照明光源(1)的出光口与光导器件(2)的入射端面耦合，所述光导器件(2)的出射端面连接有匀光管(3)，所述匀光管(3)后续的光学线路上依次设置有中继透镜组(4)、数字微镜器件DMD(5)、筒镜(6)，物镜(7)和待观察物(8)。
2.根据权利要求1所述结构光显微成像的照明***，其特征在于：所述异径匀光管(3)为四方锥台，且其入射端面(3-1)为面积小的方形，出射端面(3-2)为面积大的方形，由入射端面(3-1)至出射端面(3-2)的异径匀光管(3)高度逐渐高。
3.根据权利要求2所述结构光显微成像的照明***，其特征在于：所述异径匀光管(3)四周侧壁的倾斜角度均为2～30°，其材料为光学玻璃或塑料材质。
4.根据权利要求1或2所述结构光显微成像的照明***，其特征在于：所述的中继透镜组(4)为一个远心透镜组，其由两个以上的光学透镜组成。
5.根据权利要求4所述结构光显微成像的照明***，其特征在于：所述的中继透镜组(4)它依次由第一中继透镜(4-1)、第二中继透镜(4-2)、第三中继透镜(4-3)和第四中继透镜(4-4)组成。
6.根据权利要求1或2所述结构光显微成像的照明***，其特征在于：所述照明光源(1)为卤素灯、汞灯和LED灯中的任意一种。
7.根据权利要求1所述结构光显微成像的照明***，其特征在于：所述光导器件(2)为液体光导管，其材料为塑料或玻璃光纤。
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