[发明专利]一种基于成像清晰度的显微镜像差校正装置

说明书

本发明公开了一种基于成像清晰度的显微镜像差校正装置，包括光学显微镜、波前校正器、成像探测器、控制器、反射镜，建立显微镜像差实时监测闭环控制回路，其中光学显微镜包含物镜、目镜。波前校正器能够对显微镜系统光路波前相位进行调制，成像探测器能够对显微镜系统光学成像进行探测，控制器能够将成像探测器获取的图像信息进行清晰度计算并计算出波前校正器的校正参数，最终对波前校正器施加校正参数，实现对成像清晰度下降进行校正。本发明可以运用已有的光学显微镜系统，该系统只需增加波前校正器、反射镜，控制过程简单可行，能够提升显微镜光学系统的分辨率，具有实际应用的意义。

技术领域

本发明属于光学系统技术领域，涉及一种闭环控制校正显微镜光学系统误差、样品折射率分布不均匀以及样品吸收的显微镜系统，特别涉及一种以波前校正器作为校正装置、成像探测器作为误差检测设备的像差校正显微镜。

背景技术

光学成像显微镜是科学研究不可或缺的工具，观测目标包含微小颗粒、金属或非金属材料表面结构、生物组织样本等。微小颗粒的观测包括对空气中不同尺度的悬浮颗粒以及烟尘颗粒等。金属或非金属材料表面观测能够对材料由于应力、碰撞等产生的表面结构变化进行直观判断，例如金相显微镜可应用于航空、机械制造等工业测量领域。生物组织样本观测包含生物体的骨髓、细胞组织、蛋白分子等进行活体观测，从而了解生物组织的活体实时变化情况。生物显微观测中往往需要通过荧光染料对生物样品中特定对象进行标记，通过激光照射荧光物质使其发射荧光进行荧光成像。目前，显微成像主要包含普通宽敞显微镜、共聚焦显微镜、多光子显微镜等。

对于颗粒或材料表面结构观测的光学成像显微镜，由于显微镜光学系统误差以及载物玻璃片折射率不均匀等因素的影响，会导致显微镜成像分辨率降低；对于生物成像的荧光显微镜，除了上述因素以外还包含由于生物组织折射率不均匀导致光线经过生物组织时产生像差以及散射和吸收等影响，最终导致光信号强度下降以及成像分辨率降低。

自适应光学(Adaptive Optics，AO)作为波前像差校正技术已经广泛应用于天文、人眼视网膜和激光器调制等领域。在光学显微镜成像领域，自适应光学技术也得到了一定程度的应用，其主要应用领域为生物组织像差校正。对于有波前探测的显微镜光学校正需要在生物组织中寻找合适的点光源或使用荧光微珠作为人工导星，通过波前探测器进行指定位置的波前探测，然后通过波前校正器进行波前畸变的校正。该方法需要找到合适的目标点光源或者人工添加导引星，增加了系统的复杂程度。与此同时，该方法也不适用于微小颗粒或材料表面的观测。无波前探测方法则无需进行波前探测，该方法以图像清晰度作为优化指标进行波前相位的优化搜索。该方法的优点是结构简单，无需增加系统复杂度。

本发明所涉及的基于成像清晰度的显微镜像差校正引入无波前探测自适应光学技术，以显微镜成像探测器采集图像数据作为波前校正评价指标，通过优化算法进行迭代校正。装置不需增加专门的波前探测设备，仅仅需要显微镜系统已有的探测器成像清晰度函数作为评价指标进行闭环迭代校正，所需结构简单，利于实际应用。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：克服现有技术的不足，提供一种基于成像清晰度的显微镜像差校正装置，利用该装置能够对系统误差以及样品折射率分布不均匀、样品吸收等进行实时校正，提高系统的成像清晰度。与此同时，该装置不增加系统复杂度，不影响显微镜的正常工作，既可用于普通样品的观测，也可用于活体生物组织的观测。该装置可用于多种类型的显微镜系统，所需设备简单，利于工程实施。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于成像清晰度的显微镜像差校正装置，其包括光学显微镜、波前校正器、成像探测器、反射镜；观测样品放置于载玻片上，显微镜光源所发出的光线先后经过光学显微镜物镜、反射镜、波前校正器后进行分光，一路光线经过光学显微镜目镜后，通过人眼观测，另一路经过聚焦透镜后在成像探测器靶面成像。