[发明专利]一种改进的光场显微成像装置及构建方法

说明书

本发明公开了一种改进的光场显微成像装置及构建方法，其中光场显微成像装置包括显微镜物镜、显微镜筒镜、微透镜阵列以及相机传感器，所述相机传感器采集显微镜物镜成像于显微镜筒镜上的图像；其特征在于：所述微透镜阵列位于显微镜像平面与相机传感器之间，显微镜筒镜成像于显微镜像平面上，再经过微透镜阵列的作用后，再次成像于相机传感器上。本发明根据离焦距离定义求得微透镜阵列和显微镜像平面的距离；根据F数匹配原则求得相机传感器与微透镜阵列距离。本发明所提供的改进的光场显微成像装置可在物镜焦平面附近获得高重建分辨率，可作为光场显微粒子图像测速系统的成像装置。

技术领域

本发明涉及一种改进的光场显微成像装置，可应用于光场显微粒子图像测速(Light-field Micro-PIV)系统，属于微尺度流体测量技术领域。

背景技术

光场显微成像装置可实现一次曝光完成示踪粒子的三维光场信息的记录，基于光场显微成像装置的光场显微粒子图像测速(Light-field Micro-PIV)系统能有效提升时间分辨率，有益于微尺度流动的瞬时测量与特性研究。光场显微成像装置由激光光源、倒置荧光显微镜和笼式光场相机组成。在倒置荧光显微镜中，激光形成的体光源是经过物镜折射后才照亮待测芯片的，导致体光源呈漏斗形且在物镜焦平面处具有最大光强，因此最佳成像区域位于物镜焦平面附近。

传统光场显微成像装置要求微透镜阵列位于显微镜像平面且相机传感器位于微透镜阵列后焦面。在传统光场显微成像装置中，当示踪粒子位于物镜焦平面附近时，其发出的光被限制在一个微透镜内，形成冗余采样，导致重建分辨率急剧下降。将含有示踪粒子的待测微通道放置于远离物镜焦平面的区域能够提升传统光场显微成像装置的重建分辨率，但此区域激光强度减弱，进而降低示踪粒子受激产生的荧光的强度，最终导致光场图像的亮度和对比度的下降。因此，传统光场显微成像装置需要通过牺牲光场图像的亮度和对比度以获取高重建分辨率。

为同时满足高图像质量和高重建分辨率的需求，需要对光场显微成像装置加以改进，构建一套能够在物镜焦平面附近获得最佳重建分辨率的光场显微成像装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对传统光场显微成像装置无法同时满足高图像质量和高重建分辨率的需求，而提供一种改进的光场显微成像装置及构建方法，以在物镜焦平面附近获得最佳重建分辨率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种改进的光场显微成像装置，包括显微镜物镜、显微镜筒镜、微透镜阵列以及相机传感器，所述相机传感器采集显微镜物镜成像于显微镜筒镜上的图像；其特征在于：所述微透镜阵列位于显微镜像平面与相机传感器之间，显微镜筒镜成像于显微镜像平面上，再经过微透镜阵列的作用后，再次成像于相机传感器上。

所述微透镜阵列和显微镜像平面的距离a：

式中，z_max为测量深度的最大值；M为物镜放大倍数；NA为物镜数值孔径；d为微透镜孔径；

相机传感器与微透镜阵列的距离b：

式中，D_t为显微镜筒镜孔径，f_t为显微镜筒镜焦距。

在所述显微镜物镜和显微镜筒镜之间设置有用于将显微镜物镜和显微镜筒镜形成一反射光路的反射镜。

光场显微成像装置还包括一光源及一用于将所述光源反射后再通过显微镜物镜的二向色镜。

一种改进的光场显微成像装置的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：通过数值模拟计算传统光场显微成像装置与聚焦型光场显微成像装置中，不同离焦距离下的微透镜阵列面的衍射斑直径，拟合出衍射斑直径与离焦距离的函数关系：