[发明专利]基于LED阵列的多模式显微成像系统及其方法

摘要

本发明公开了一种基于LED阵列的多模式显微成像系统及其方法，将LED阵列作为显微系统光源，产生可控多角度照明光、可控照明孔径，实现明场成像、暗场成像和差分相衬成像。本发明可实现的多模式成像包括明场、暗场和差分相衬成像三种成像模式，且实现明场成像、暗场成像和差分相衬成像的同时无需往传统显微镜的成像光路中加入任何附加光学元件，从而大大简化了光学系统，利用LED阵列使得显微镜具有照明孔径、照明角度和光源相干性灵活可调的能力。

主权项

一种基于LED阵列的多模式显微成像系统，包括成像系统(1)，该成像系统(1)包括相机(2)、筒镜(3)、物镜(4)、样品(5)、样品载物台(6)，其中相机(2)和物镜(4)安装在筒镜(3)的两端，距离固定；物镜(4)与样品(5)之间的距离可调，样品(5)放置在可平移的样品载物台(6)上；其特征在于LED阵列(7)设置在样品载物台(6)下方，并距离载物台上表面50‑70mm的位置，该LED阵列(7)的中心处于成像系统(1)的光轴上；所述LED阵列(7)采用三基色LED阵列作为系统光源，三基色LED阵列中的每个LED像素能够分别发出红、绿、蓝三种单色光，波长依次为635nm、525nm和475nm，相邻LED像素之间中心间距为d，d为2‑6mm，整个LED阵列共有n行、m列，一共n*m个像素，n≥8，m≥8，亮度在2000cd/m2以上；每个LED像素均可单独点亮，或多个LED像素同时点亮从而完成多个角度的照明；所述的基于LED阵列的多模式显微成像系统在明场、暗场、差分相衬三种显微成像模式的成像过程步骤如下：第一步，采用LED阵列(7)作为显微成像系统光源，根据明场、暗场或差分相衬成像模式，LED阵列(7)产生快速变化的编码照明光；明场成像时，LED阵列(7)以中心像素为圆心，产生半径R1可调的整圆，该圆内所有LED灯均被点亮；暗场成像时相反，以中心像素为圆心，产生半径R2可调的整圆，该圆内所有LED灯均被熄灭，其余灯均点亮；差分相衬成像时，LED阵列(7)以中心像素为圆心，先产生半径R3可调的半圆，只点亮该半圆内所有的LED灯作为第一个差分照明光，然后产生半径与R3相同的另一个半圆，只点亮该半圆内所有的LED灯作为第二个差分照明光；第二步，产生可控多角度照明光，即θi表示第i个LED像素(8)的照明角度，假设θmax表示最大的照明角度，D表示中心LED像素与最外边LED像素的中心间距，得到又因为tanθmax＝D/H，所以在该步实现θ＝0°～θmax的不同照明角度，H表示LED阵列到载物台上表面之间的距离；θ是指照明角度；第三步，产生可控的照明半径，在明场模式下照明半径的大小取决于被点亮的LED像素的半径，照明区域是以LED阵列(7)中心像素为圆心，半径可调的整圆，将该圆内所有LED像素均点亮，此处调节该圆半径大小则可实现照明半径的调节，所述该圆半径为明场成像模式时的R1；在暗场模式下照明半径的大小取决于被熄灭的LED像素的半径，以LED阵列(7)中心像素为圆心，产生半径可调的整圆，该圆内所有LED灯均被熄灭，其余LED灯被点亮，此处调节该圆半径大小则可实现照明半径的调节，所述该圆半径为暗场成像模式时的R2；在差分相衬成像模式时，取决于被点亮的LED像素的半径，LED阵列(7)以中心像素为圆心，产生半径可调的半圆，将半圆内所有LED像素均点亮，此处调节该半圆半径大小则可实现照明半径的调节，所述该半圆半径为差分相衬成像模式时的R3；第四步，实现明场成像、暗场成像或差分相衬成像，当进行明场或者暗场成像时，通过LED阵列(7)产生所需照明孔径的照明光后，利用CCD拍摄图像，即完成了明场或者暗场成像；当进行差分相衬成像时，先产生第一个差分照明光，用CCD拍摄第一帧图像I1，然后产生第二个差分照明光，CCD拍摄第二帧图像I2，由实现差分相衬成像，其中IDPC表示差分相衬成像后的图像。