一种基于微球物镜的三维成像光场显微系统的制作方法

本技术涉及显微装置，具体涉及到一种基于微球物镜的三维成像光场显微系统。

背景技术：

1、光学显微成像是一种重要的对微纳尺度的物体进行表征的技术手段，在工业检测，生物科学研究等领域都有广泛应用。分辨力是光学显微成像技术的一项重要评价指标。受限于光波的衍射效应，通常在普通的光学显微镜中，它只能达到大约光波长的一半。近年来，许多超分辨成像技术已经被开发用于突破光学衍射极限，进而提高光学显微成像的分辨力。其中，光学微球纳米显微成像技术目前倍受关注。这种基于介质微球的超分辨成像技术，将直径微米量级的微球，与传统光学显微镜结合，采用白光作为光源，就可以实现超分辨成像。光学微球纳米显微成像相比于其他的超分辨成像技术，不仅分辨力高，而且还具有无需荧光标记，低成本以及和传统光学显微镜兼容等优点。

2、光场显微技术是近些年被提出的一种快速三维显微技术，将传统显微技术采集空间信息的特性扩展到空间信息与角度信息同时采集，实现一次采集，便可获得四维光场信息，包含二维空间信息和二维角度信息，进一步实现三维成像。其具体方法为：在显微镜系统的像面处安装微透镜阵列，微透镜阵列的排列结构十分紧凑，不同角度的光照入射获得的图片对应于样本在傅里叶域不同位置的信息，即对应于微透镜阵列中单个透镜变换后的不同空间位置。通过合适的反演算法，可以得到观察样品的三维显微图像。

3、超分辨光学成像和三维光场显微成像，均有着广泛的实际应用，特别是在生命科学研究领域，用于观察活体细胞的微观结构，具有非常重要的意义。

4、但是，目前超分辨成像和三维光场显微成像尚未有效结合，都存在待改进之处，在结构设计上，本实用新型提供一种基于微球物镜的三维成像光场显微系统，为结合前述两种显微成像技术奠定基础。

技术实现思路

1、针对现有技术所存在的不足，本实用新型目的在于提出一种基于微球物镜的三维成像光场显微系统，具体方案如下：

2、一种基于微球物镜的三维成像光场显微系统，沿光路方向依次包括：照明光路结构、样品台、微球物镜、筒镜、微透镜阵列和用于成像的探测单元；

3、样品台用于放置目标物，照明光路结构产生的光束照射于样品台上的目标物，透过目标物的光束再依次透过微球物镜、筒镜、微透镜阵列后成像于探测单元上。

4、由此，将目标物放置在样品台上之后，照明光路结构产生的光束作用于目标物，首先，微球物镜结合筒镜可以实现对目标物的超分辨放大成像，其次，微透镜阵列实现对经过筒镜的光束进行不同角度方向的采样，实现三维光场显微成像，最后，探测单元对透过微透镜阵列的光束进行信号采样，用于后续成像。

5、综述，该种三维成像光场显微系统具有对目标物同时进行超分辨成像和三维立体成像的能力，并且成像速度快，可以实时观察微观动态过程。

6、进一步的，微球物镜包括相互间隔且对准设置的微球、高倍物镜。

7、进一步的，微球物镜还包括安装结构，微球通过安装结构可拆卸装配于高倍物镜上。

8、由此，微球通过安装结构与高倍物镜实现装配，制造成本低，配置相对灵活。

9、进一步的，微球可相对安装结构进行自转式的位置调节。

10、由此，可以通过合适的工装调整微球的位置至合适，避免影响超分辨放大成像的效果。

11、进一步的，探测单元设置为面阵探测器。

12、由此，面阵探测器对目标物整个图像最后的强度信号进行采样，通过特定的算法进行反演，就可以得到三维立体显微图像。

13、进一步的，照明光路结构采用基于透射成像、反射成像或者荧光激发的照明光路结构。

14、由此，提供多种方式的超分辨显微成像，具有易于集成，配置灵活的优点。

15、进一步的，基于透射成像的照明光路结构包括光源、聚光镜，光源透过聚光镜以产生照明光束。

16、由此，通过光源、聚光镜实现透射成像，结构简单。

17、与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

18、本实用新型采用微球物镜的超分辨三维成像技术以及微透镜阵列的光场显微技术，将微球成像技术和光场成像技术有机结合，不仅能获得观测目标物的三维空间显微结构信息，并且可以进行实时成像。

技术特征：

1.一种基于微球物镜的三维成像光场显微系统，其特征在于，沿光路方向依次包括：照明光路结构(2)、样品台(1)、微球物镜(3)、筒镜(4)、微透镜阵列(5)和用于成像的探测单元(6)；

2.根据权利要求1所述的基于微球物镜的三维成像光场显微系统，其特征在于，微球物镜(3)包括相互间隔且对准设置的微球(31)、高倍物镜(32)。

3.根据权利要求2所述的基于微球物镜的三维成像光场显微系统，其特征在于，微球物镜(3)还包括安装结构(33)，微球(31)通过安装结构(33)可拆卸装配于高倍物镜(32)上。

4.根据权利要求3所述的基于微球物镜的三维成像光场显微系统，其特征在于，微球(31)可相对安装结构(33)进行自转式的位置调节。

5.根据权利要求1所述的基于微球物镜的三维成像光场显微系统，其特征在于，探测单元(6)设置为面阵探测器。

6.根据权利要求1所述的基于微球物镜的三维成像光场显微系统，其特征在于，照明光路结构(2)采用基于透射成像、反射成像或者荧光激发的照明光路结构(2)。

7.根据权利要求6所述的基于微球物镜的三维成像光场显微系统，其特征在于，基于透射成像的照明光路结构(2)包括光源(21)、聚光镜(22)，光源(21)透过聚光镜(22)以产生照明光束。

技术总结本技术提供一种基于微球物镜的三维成像光场显微系统，涉及显微装置技术领域，沿光路方向依次包括：照明光路结构、样品台、微球物镜、筒镜、微透镜阵列和用于成像的探测单元；样品台用于放置目标物，照明光路结构产生的光束照射于样品台上的目标物，透过目标物的光束再依次透过微球物镜、筒镜、微透镜阵列后成像于探测单元上。本技术采用微球物镜的超分辨三维成像技术以及微透镜阵列的光场显微技术，将微球成像技术和光场成像技术有机结合，不仅能获得观测目标物的三维空间显微结构信息，并且可以进行实时成像。技术研发人员：王康俊,吴晋龙受保护的技术使用者：上海昊量光电设备有限公司技术研发日：20231129技术公布日：2024/6/13