[发明专利]一种显微光学成像检测方法和装置

说明书

本发明提供了一种显微光学成像检测方法和装置，采用包括由多个光敏探测微小单元组成阵列的图像传感器，其中每个光敏探测微小单元构成一个像素单元。检测方法的具体步骤为：将待检物样品放置于图像传感器面向照明光线的正面，使待检物样品与图像传感器构成近场光学的成像环境，并由图像传感器对待检物样品进行光学投影和/或拍照，利用样品中待检生物体的形态与其周围生物体所具有的区别特性，对待检生物体的存在或者数量进行确定。本发明摒弃了传统的利用光学透镜的检测方法，利用小像素尺寸图像传感器可直接实现微生物样品的投影成像，可用于微小物质，特别是液态微生物的光学检测。

技术领域

本发明涉及一种基于显微光学成像方法和装置，特别是一种基于小像素尺寸图像传感器的无透镜光学成像方法和装置，用于微小物质，特别是微生物的光学成像和检测。

背景技术

微观世界的探索为许多重大科学发现奠定了基础。近些年的科学突破大多来自于微观世界的探索，生命科学的发展也部分依赖于对于微观世界的认知。其中，对微观物质、微生物，特别的活体微生物的直接观测，是认识这些物质的重要手段。

在物质微观研究中，例如临床医学和微生物研究中，微生物体的直观形貌，对于人们对其各方面特性的认识有着很大的作用，在一些方面可以与其各项理化指标相互印证。例如，血细胞中的变异细胞，特别是癌细胞，如果能在显微镜中直接观察到，根据其数量、密度和形貌，可以对病人的健康状况做出更准确的认识，有利于制定更精确的治疗方案。又如，如能用光学显微镜下直接地观察动物或人的精子，其数量和活动往往可以是该动物或人体健康和生育能力的一个指标。

对微米以上尺度的微观物体的观测，一般通过常规的光学显微镜来实现。这类光学显微镜需要通过光学透镜对微生物样品进行放大和成像。由于透镜的存在，使采用这种检测方法的检测装置体积较大。同时由于衍射极限的限制，导致这种方法无法突破200nm的极限分辨率。另外，传统光学透镜显微技术受到其工作机理的限制，无法在实现高分辨的同时实现大的视场，使得统计检测时间长、成本高。

采用这类常规光学显微镜技术的最好结果是：德国马克斯－普朗克协会下属的生物物理化学研究所在2007年3月28日宣布研制成一种应用激光的光学显微镜，巧妙地借助脉冲激光的作用，使显微镜的分辨率在200nm这个阿贝尔极限的基础上降低了30％。不过，所有这类常规光学显微镜技术，都受限于透镜系统这个约束条件，使用很不方便。

电子显微镜和隧道扫描显微镜的原理与传统的光学显微镜完全不同。虽然它们的分辨率比光学显微镜提高了数千倍，但这两类方法中的任何一种，都存在样品处理和制备过程复杂，生物细胞的有机结构会被破坏的缺点。同时，它们也无法提供样品的清晰的光学形象。例如，血液中的多种细胞(例如白细胞和红细胞)的尺度在10微米或更大。用光学手段对这样的细胞进行直观的观测，需要有分辨率为1微米上下的光学显微镜。但是分辨率在1μm上下的光学显微镜的视场均比较小。

因此，微生物方面的研究需要结构和操作较为方便，视场较大，同时其分辨率又能达到一定水平的光学显微方法以及相应的光学显微镜。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提出一种具体的基于小像素尺寸图像传感器的无透镜成像检测方法以及成像检测装置，摒弃传统的利用光学透镜的检测方法，利用小像素尺寸图像传感器直接实现微生物样品的投影成像。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种显微光学成像检测方法，用于检测微小物质，采用包括由多个光敏探测微小单元组成阵列的图像传感器，其中每个光敏探测微小单元构成一个像素单元，用于对待检样品提供照明，将待检物样品放置于图像传感器面向检测光线的正面，并且使所述样品与图像传感器构成近场光学的成像环境，由所述图像传感器对待检物样品进行光学投影和/或拍照。