[发明专利]基于梯度折射率透镜的多目微型三维显微成像装置和方法

权利要求书

1.一种基于梯度折射率透镜的多目微型三维显微成像装置，其特征在于：包括：LED光源(1)、半球透镜(2)、激发滤光片(3)、二向色镜(4)、梯度折射率透镜阵列(5)、待测样品(6)、梯度折射率透镜阵列(5)、二向色镜(4)、收集滤光片(7)、中继透镜(8)和CMOS相机(9)；

所述LED光源(1)产生的光源信号依次通过所述半球透镜(2)、激发滤光片(3)、二向色镜(4)、梯度折射率透镜阵列(5)传输到待测样品(6)表面形成照明光路；

所述待测样品(6)表面的反射荧光依次通过所述梯度折射率透镜阵列(5)、二向色镜(4)、收集滤光片(7)、中继透镜(8)传输到CMOS相机(9)形成检测光路；

所述二向色镜(4)、梯度折射率透镜阵列(5)相对于被测样品(6)位于同一竖直方向上，且二向色镜(4)、梯度折射率透镜阵列(5)在竖直方向上的中轴线重合。

2.根据权利要求1所述的基于梯度折射率透镜的多目微型三维显微成像装置，其特征在于：所述的LED光源(1)波长为480nm的蓝光光源，功率为50mw。

3.根据权利要求1所述的基于梯度折射率透镜的多目微型三维显微成像装置，其特征在于：所述CMOS相机(9)尺寸为13mm×13mm×2mm。

4.根据权利要求1所述的基于梯度折射率透镜的多目微型三维显微成像装置，其特征在于：所述的梯度折射率透镜阵列(5)由3个NA＝0.5，焦距为5mm的梯度折射率透镜组成，相邻两个梯度折射率透镜的间距为1.4mm，整体直径尺寸为2.5mm。

5.根据权利要求1所述的基于梯度折射率透镜的多目微型三维显微成像装置，其特征在于：所述的LED光源(1)、半球透镜(2)、激发滤光片(3)、二向色镜(4)、梯度折射率透镜阵列(5)、收集滤光片(7)、中继透镜(8)和CMOS相机(9)集成在最大外形尺寸为15mm×15mm×25mm的外壳中。

6.根据权利要求1所述的基于梯度折射率透镜的多目微型三维显微成像装置，其特征在于：所述的梯度折射率透镜阵列(5)中每个梯度折射率透镜分别从不同位置采集被测样品(6)反射光束后，共用一个光路系统进行成像。

7.根据权利要求1所述的基于梯度折射率透镜的多目微型三维显微成像装置，其特征在于：所述的中继透镜(8)用于控制成像比例，前焦面与梯度折射率透镜阵列(5)的后焦面重合，后焦面与CMOS相机(9)的传感器面重合。

8.一种基于权利要求1～7中任一所述基于梯度折射率透镜的多目微型三维显微成像装置的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

数据采集步骤a：

步骤a1、LED光源(1)发出的光经半球透镜(2)形成平行光，经激发滤光片(3)入射在二向色镜(4)上发生反射，反射光经梯度折射率透镜阵列(5)分别聚焦在被测样品(6)不同位置上。

步骤a2、待测样品(6)表面的荧光激发后，发出的反射光经梯度折射率透镜阵列(5)透射至二向色镜(4)，透射光再经收集滤光片(7)过滤后入射到中继透镜(8)上，中继透镜(8)将采集信号聚焦在CMOS相机(9)上进行单帧采集。

数据处理步骤b：

步骤b1、图像位置校准：将CMOS采集到的单帧图像进行每个梯度折射率透镜的轴向位置校准；

步骤b2、球差校正：梯度折射率透镜采集图像会产生明显的图像凸出，校正后得到无球差图像；

步骤b3、将采集到的图像反卷积三维位点扩展函数得到被测样品的三维形貌。

9.根据权利要求8所述的基于梯度折射率透镜的多目微型化三维显微成像方法，其特征在于：所述步骤b1中，通过采集单帧高曝光图像进行轴向定位，相邻两个梯度折射率透镜的真实距离为校准后的距离。

10.根据权利要求8所述的基于梯度折射率透镜的多目微型化三维显微成像方法，其特征在于：所述步骤b3中，三维点扩展函数通过采集等间距轴向位置的25μm针孔后经高斯拟合获得。