[实用新型]一种基于数字微镜阵列的并行共焦显微成像装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及显微成像技术领域，更具体地说，涉及一种基于数字微镜阵列的并行共焦显微成像装置。

背景技术

近十几年来随着技术的发展，共焦成像由于能够平衡传统光学显微和电子显微的优劣特点，既具有对活体细胞的表面和内部进行实时观测的能力，又具有较高的三维分辨能力，被广泛用于生物医药、材料科学等领域。

传统的共焦成像普遍采用单点扫描的方式进行，扫描速度慢，操控扫描头运动的机械控制复杂，自身转动所引起的振动将导致一定的测量误差。

随着共焦技术的发展，单点共焦扫描逐渐被多点并行的扫描方式代替，其核心思想是用光分束器件将光束分成光点阵列，通过光学系统建立起光点阵列、物面和相机像面的共轭关系，每个光点作为一个共焦点进行成像。现有的多点并行探测技术主要有：Nipkow转盘法和微透镜阵列法。虽然Nipkow转盘法能大幅度提高扫描速度，但是其光能利用率较低，而且Nipkow盘转动会影响系统的稳定性和精度。微透镜阵列法是目前采用较多的一种方法，其光能利用率相对于Nipkow盘有大幅度提高，但是微透镜本身的制作工艺比较复杂，透镜焦距的一致性难以严格控制。无论Nipkow盘还是微透镜阵列，在它们制作好之后，其光学参数便难以改变，这就意味着基于这两种扫描方式的共焦检测系统较难改变测量参数。综上，上述方法提高了共焦成像的速度，但是由于制作困难，无法保证其光学性能的一致性和均匀性，因此在测量中引入较大的误差；且一旦制成，光学参数将无法更改，故难以适应不同的测量要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种数字微镜器件同时充当照明针孔和探测针孔，实现多点并行共焦成像模式。在满足高扫描速率和高光能利用率的同时，使系统能适应不同样品的成像要求，实现柔性测量；无机械振动的影响，提高了系统的稳定性。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种基于数字微镜阵列的并行共焦显微成像装置，包括照明单元、分光单元、数字微镜器件、筒镜、物镜、成像透镜、相机、位移台及中央控制装置；

所述照明单元包括光源、照明透镜；

所述分光单元包括二向色镜和发射片，二向色镜的通光范围与光源波长匹配且能够透射与之对应的光源并反射与之对应光源激发的荧光，发射片透射激发出的荧光；或，所述分光单元包括偏振分束器和四分之一波片，四分之一波片放置于筒镜与物镜之间；

所述数字微镜器件，设有若干可偏转的微镜，用于构成具有特定大小和周期的虚拟针孔阵列；

所述中央控制装置控制所述数字微镜器件上每一个微镜的偏转角度，使其置于“ON”态或“OFF”态；

光源发出的光经照明透镜、偏振分束镜或二向色镜照射到数字微镜器件表面，中央控制装置控制数字微镜器件上每个微镜的偏转角度，产生特定大小和周期的虚拟针孔阵列，“ON”态微镜反射的光调制为点光源阵列，经筒镜和物镜聚焦到被测物表面，从被测物表面返回的光经物镜和筒镜后照射到数字微镜器件表面，数字微镜器件的虚拟针孔阵列对返回光进行调制，滤去离焦剖面的返回光，只将共焦剖面的返回光经分光单元反射、再通过成像透镜后，被相机接收。

本实用新型利用数字微镜器件产生阵列，同时充当照明针孔和探测针孔，实现多点并行共焦成像模式。在满足高扫描速率和高光能利用率的同时，使系统能适应不同样品的成像要求，实现柔性测量；无机械振动的影响，提高了系统的稳定性。

下面对上述技术方案进一步解释：

所述位移台将放置于位移台上的被测物轴向移向或远离物镜。

所述中央控制装置控制数字微镜器件上的微镜的偏转角度，使其置于“ON”态或“OFF”态，置“ON”态或“OFF”态的规则如下，“ON”态微镜每行扫描T次，逐行扫描T次，其中T为数字微镜器件生成的虚拟针孔阵列的周期。

所述数字微镜器件的T²次扫描时间小于等于相机的曝光时间，即形成积分效应，直接得到共焦剖面的完整像，实现二维实时成像。

所述数字微镜器件的像素与相机像素之间的匹配关系为：满足数字微镜器件单个像素至少大于等于相机的两个像素。

所述光源为单色LED光源、多色LED光源、单色激光光源或多色激光光源。