[发明专利]一种宽视场高分辨率显微成像系统和方法

说明书

技术领域

本发明属于显微镜成像技术领域，尤其涉及一种宽视场高分辨率显微成像系统和方法。

背景技术

随着科学技术的发展，人们在医用生理和病理观测上不断追求越来大的观测范围和越来越高的分辨能力。在显微成像领域，这一点显得尤为重要。一种好的成像方法对最终观测效果影响甚远。足够宽并且清晰的观测视场能够观察到整个生理过程和物质的转移，能够促进医学发展。然而宽大的观测视场和超高的分辨率始终是一对矛盾。在现有的光电成像系统，特别是显微成像中，物面和像面均为平面，物点和像点一一映射，在视场边缘像差严重难以矫正，当视场较大时，难以获得清晰的高分辨率图像。因此，找到一种成像方法，在具有较大视场的同时，又能获得高分辨率图像，显得十分迫切。

斯坦福大学于2007年发明了利用密集摄像头阵列设计的动态光场成像系统，可实现图像分辨率3600万像素，并提供全景深成像，但是满足不了显微成像领域的分辨率要求。

加州理工学院在2012年研制了线阵CCD扫描成像仪，用于观测肝癌细胞成像，获得0.75cmx1cm视场，光学分辨率0.77um，像素分辨率54亿像素，但是无法获得动态样本成像，景深单一，成像质量较差。

美国科学院院士Joshua Sanes教授提到：“神经科学的一个中心目标是揭示神经环路图谱”。然而，目前所有针对神经环路成像的手段都有其致命的局限性，现有仪器精确描述环路图谱极端困难；麻省理工学院的Robert Weinberg教授断言，新型的成像系统能够提供过去难以想象的肿瘤转移过程实时动态的可视化信息，将彻底改变肿瘤转移的研究面貌。

综上所述，需要提出一种新的显微成像方法，来实现宽观测视场，高图像分辨的显微观测指标。

发明内容

本发明提供了一种宽视场高分辨率显微成像系统及方法，通过对物镜的设计和成像方法的改进，有效地增大了观测视场，提高了分辨率。

一种宽视场高分辨率显微成像方法，包括：

1)样品被光源照射后，光经过成像物镜一次成像，形成一个曲形像面；物镜由三个镜组构成，用于校正像差并增大视场。

2)用小透镜对中间弯曲像面进行分视场采集，在中间像面位置安放场镜使得物镜和小透镜主光线匹配。

3)在每个小透镜后面放一块成像CCD采集光线，二次成像。

4)利用小透镜部分成像重叠视场进行视场拼接，最终得到宽视场高分辨显微图像。

所述成像物镜有多个镜组，20多片球面镜片构成，用于获得厘米计宽视场，具有结构复杂排布精巧，相比于非球面镜易于加工实现等特点。

所述物镜曲面成像，获得弯曲的中间像不同于平面成像，有利于减小像面弯曲，易于减小场曲，校正像差。

所述用于匹配成像物镜和小透镜主光线的场镜为双胶合透镜，每个小透镜对应一块场镜，形状为六边形，用于拼接成与中间曲行像面相对应的一个整体。

所述每个小透镜负责各自的一部分视场，进行分视场校正相差，具有了更大的灵活度。

本发明还提供了一种宽视场高分辨率显微成像系统，包括：

按照显微成像光路依次布置的样品；

用于获得宽视场的成像物镜；

用于主光线匹配的场镜阵列，用于获得校像差，获得高分辨率图像的小透镜阵列；

用于采集光线成像的CCD成像面。

所述的宽视场成像物镜由多个镜片组构成。前组采用正片结构，用于将主面前移，获得长焦距，短工作距离；中间组采用基本对称结构，用于校正大孔径离轴像差；后组选用高阿贝系数玻璃来矫正色差最终获得宽视场(3cmX3cm)。

中间像面形成一个曲面，作为二次成像的中间像面，打破现有光电成像系统物理边界约束，有效减少宽视场边缘的场曲像差。

场镜安放在中间曲形像面成像位置，解决了主光线匹配问题，减小了渐晕。小透镜阵列位于场镜之后，按照排布位置负责不同的成像区域，校正各自像差，最后CCD拼接成像。