一种单筒光场显微镜的制作方法

本发明涉及光学电子显微镜的技术领域，具体涉及一种单筒光场显微镜，用于对标本多视角成像以及三维成像。

背景技术：

目前电子显微镜已经普遍应用于市场中，但是显微镜倍数越高，景深越小，对于观察一些空间结构明显或者微生物需要不断的调焦，每次调焦也只能得到标本局部清晰像。并且市场对显微三维成像需求也越来越大。本发明不仅能够解决显微镜景深问题，还能通过一次曝光反演出标本三维像。

技术实现要素：

本发明在目前电子显微镜发展基础上，提出一种单筒光场显微镜，有效解决了显微镜景深与放大率的矛盾，通过一次曝光记录光场信息，反演出多视角图和三维像，对比现有电子显微镜体现出较明显的优势。

为达到上述目的，可以采取以下技术方案予以实现：一种单筒光场显微镜，包括一采用了复消色差远场校正长工作距物镜，所述物镜配套聚焦镜采用焦距等于200mm的聚焦转接镜、一由cmos成像器件和微透镜阵列耦合形成的光场传感器、一显微镜支架。

其中，所述显微镜配置有一环形均匀背光源、一环形led白光源，背光源表面即作为载物台。

其中，所述显微镜孔径光阑设置在聚焦镜的上方，孔径光阑上方上180mm加长管，聚焦转接镜和孔径光阑各提供10mm后工作距。

其中，cmos成像器件靶面在微透镜阵列的焦平面上，并且使得d/f<＝d/f，其目的在于使子口径图像不重叠并充分利用cmos成像器件，其中d为出瞳直径，f为聚焦焦距，d为微透镜阵列子口径，f为微透镜阵列焦距。

其中，显微镜支架包括一底座、一滑杆、一滑块、一锁紧支撑体、一连接装置，其中滑块通过自身螺钉锁紧和锁紧支撑体固定在滑杆上，锁紧支撑体通过螺钉锁紧固定在滑杆上，其中连接装置固定口径与聚焦转接镜参数匹配，通过螺钉锁紧固定整个光学镜筒，其中滑块和连接装置之间采用齿轮齿条传动，通过旋转旋钮调整工作距。

本发明的原理在于：系统采用复消色差远场校正物镜和聚焦镜组成的显微系统，在系统一次像面处插入微透镜阵列与cmos成像器件耦合形成光场传感器，在聚焦镜上面插入孔径光阑，在各项参数匹配情况下，通过上位机控制cmos器件，单次曝光获得光场信息。通过重聚焦算法可以获得不同物距处的像，反演得到多视角和三维像。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)、本发明充分利用了微透镜阵列的特性，利用2维传感器记录4维光场信息，解决了显微镜景深问题，不需要机械细调焦获得某一物平面像。

(2)、本发明采用的单筒显微镜设计，结构简单，应用场合灵活。

(3)、本发明采集到的4维光场信息，反演能够得到目标三维像。

附图说明

图1为本发明一种单筒光场显微镜原理图；

图2为本发明耦合光场传感器；

图3为本发明中图像处理流程图。

图中附图标记含义为：1为滑杆，2为滑块，3为旋钮，4为锁紧支撑体，5为cmos成像器件，6为微透镜阵列，7为加长管，8为孔径光阑，9为聚焦转换镜，10为连接装置，11为环形led白光源，12为物镜，13为背光源，14为底座，15为cmos保护窗，16为cmos靶面。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的技术方案，以下结合附图做进一步的详细描述。

如图1所示，本发明一种单筒光场显微镜，包括滑杆1，滑块2，旋钮3，锁紧支撑体4，cmos成像器件5，微透镜阵列6，加长管7，孔径光阑8，聚焦转换镜9，连接装置10，环形led白光源11，物镜12，背光源13和底座14；具体实现步骤如下：cmos成像器件5、微透镜阵列6、加长管7、孔径光阑8、聚焦转换镜9、环形led白光源11、物镜12和背光源13共同组成系统光路。聚焦镜后工作距为200mm，聚焦转换镜9提供10mm，孔径光阑8提供10mm，加长管7提供180mm。微透镜阵列6安装在聚焦像面上，cmos成像靶面安装在微透镜阵列6焦平面上。滑杆1，滑块2，旋钮3，锁紧支撑体4，连接装置10和底座14共同构成系统机械部分。滑块2通过锁紧支撑体4和螺钉锁紧在滑杆1上，从而配合旋钮3齿轮齿条完成系统工作距粗略调整。底座14为整个系统的支撑体，配合背光源13作为载物台。

图2为微透镜阵列与cmos成像器件耦合形成的光场传感器示意图。这样就形成了光场显微镜光场采集光路。

需要说明的是，光路所有接口都采用光学c-接口。机械调焦部分只有粗准焦螺旋钮，但是上述光场显微镜齿轮齿条已经有很高的精度了。

根据cmos器件像元尺寸，拟定光场方向分辨率n*n，确定微透镜阵列子孔径尺寸d，然后拟定空间分辨率为m*m，则微透镜尺寸大小为mn*mn。并确保d/f<＝d/f，使子口径图像不重叠并充分利用cmos成像器件，其中d为出瞳直径，f为聚焦焦距，d为微透镜阵列子口径，f为微透镜阵列焦距。

通过计算机控制cmos成像器件单次曝光，得到原始光场图像，通过一系列的计算重构，获得不同物平面下的图像，从而重构出全景深图，改善传统显微镜的景深问题。具体图像处理过程如图3所示。

总体上，本发明所述的一种单筒光场显微镜对比传统光学显微镜，景深有很大提高。分辨率受限于微透镜阵列子口径和像元尺寸，为三维显微成像提供了一种方法。本发明未详细阐述的技术和原理属于本发明领域人员所公知的技术。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种单筒光场显微镜，用于对标本单次曝光后，进行重聚焦成像以及三维成像。本发明的单筒光场显微采用远场校正物镜，在一次像面出插入微透镜阵列与CMOS成像器件组合成光场传感器，对光场进行采集。通过一次曝光采集、记录光场，通过计算成像的方法对标本进行重聚焦成像以及三维成像。本发明充分利用了微透镜阵列的特性，利用2维传感器记录4维光场信息，解决了显微镜景深问题，不需要机械细调焦获得某一物平面像。本发明采用的单筒显微镜设计，结构简单，应用场合灵活。本发明采集到的4维光场信息，反演能够得到目标三维像。

技术研发人员：杨帆;严伟;田鹏;李凡星;彭伏平;周毅;邓钦元;邓茜
受保护的技术使用者：中国科学院光电技术研究所
技术研发日：2017.05.27
技术公布日：2017.09.29