[发明专利]一种基于硅基液晶芯片的结构光照明显微成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种超分辨率显微镜的成像系统，具体涉及一种基于硅基液晶芯片的结构光照明显微成像系统。 

背景技术

当前，高分辨率光学显微镜已经成为生物学、医学、药学等领域原始创新并取得重大突破的重要工具，特别是生物学研究向nm尺度亚细胞结构方向的发展，对光学显微镜向超高分辨率、活体实时成像发展提出了更高的要求。 

普通光学显微镜受光学衍射极限的限制，横向分辨率一般只能达到200nm，纵向分辨率约500nm，难以满足当前生物学领域对亚细胞结构和分子结构的研究需求。 

结构光成像技术最初是由Neil等人于1997年首次提出的，并将之应用于生物学成像，分辨率可以达到100nm。该技术使用特殊调制的结构光场照明样品，通过运用相移算法从不同相位的调制图像数据中提取聚焦平面的信息，得到结构光照明显微成像的图像数据，与目前已有的几种超分辨光学显微成像方法，如光激活定位法（PALM）、随机光学重构法（STORM）以及受激发射损耗法（STED）等相比，具有成像速度较快，结构简单，适合于活体组织实时观察等优点。 

结构光照明显微最早是通过将照明光路中加入一个正弦光栅来实现的，光栅图案被投影到样品上形成结构光照明，光栅加装在一个压电陶瓷上通过压电陶瓷控制器实现步进，每次移动光栅周期的1/3，相当于光栅图案相移2π/3。三次相移(0，2π/3，4π/3)得到样品的三幅源图像，通过一个简单的算法，可以得到样品的层析图像；而通过另外一个算法，则可以将与光栅条纹垂直方向上的横向空间分辨率提高一倍。在这些用光栅获得结构光照明的系统中,必须移动光栅来获得不同相移下的源图像，因此这种机械移动装置会减低系统的稳定性。 

本发明基于硅基液晶芯片的结构光照明显微成像系统，采用的空间光调制器硅基液晶芯片LCoS，是一种可编程数字光调制器件，结构光照明显微所需的照明图案相移由LCoS经编程后实现，有效避免了传统光栅式结构光照明成像系统中机械装置移动对系统稳定性带来的影响。 

发明内容

为克服现有技术中的不足，本发明提供一种基于硅基液晶芯片的结构光照明显微成像系统，该成像系统采用超高亮度LED激发光源作为激发光源，采用硅基液晶芯片LCoS作为空间光调制器，通过运用相移算法从不同相位的调制图像数据中提取聚焦平面的信息，得到结构光照明显微成像的图像数据，具有光能量利用量高、系统体积小、结构光照明周期可调节、成像分辨率高（达100nm）等优点，更适用于活体生物细胞的实时三维成像研究。 

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现： 

一种基于硅基液晶芯片的结构光照明显微成像系统，包括高亮度LED激发光源，所述高亮度LED激发光源前方设置有准直模块，所述准直模块前方设置有物镜偏振分束器PBS，所述物镜偏振分束器PBS前方设置有硅基液晶芯片LCoS开发系统，所述硅基液晶芯片LCoS开发系统与计算机连接，所述计算机与光电探测器连接，所述光电探测器前方设置有窄带滤光片，所述窄带滤光片前方设置有筒镜，所述筒镜前方设置有二向色镜，所述二向色镜前方设置有显微物镜，所述显微物镜前方设置有待测物体。

进一步的，所述硅基液晶芯片LCoS开发系统包括LCoS芯片和同步控制系统，所述LCoS芯片是所述硅基液晶芯片LCoS开发系统的核心部件，所述LCoS芯片的工作模式为反射式或透射式，工作方式为纯相位调制，纯振幅调制或相位振幅混合调制模式。 

优选的，所述硅基液晶芯片LCoS开发系统采用了大容量缓存的工作模式，以保证循环产生结构光条纹方式下的高帧频刷新速度 

进一步的，所述高亮度LED光源为可发射多个窄带光波长的单个LED光源模组。

进一步的，所述光电探测器为SCMOS或科研级CCD器件。 

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： 

1、采用硅基液晶芯片LCoS产生结构光，其相移由LCoS经编程后实现，有效避免了传统光栅式结构光照明成像系统中机械装置移动对系统稳定性带来的影响，并实现了高速成像。

2、采用了窄带多谱段LED光源，单一光源模组即可实现多个窄带光波长的发射，实现传统多个光源组合才能实现的宽波段窄带光覆盖，缩小了系统体积，实现了便携式设计。 

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。 

附图说明