基于led阵列的多模式显微成像系统及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光学成像技术，特别是一种基于LED阵列的多模式显微成像系统及其 方法。
【背景技术】
[0002] 明场成像、暗场成像和差分相衬成像是比较常见的三种显微成像方法，目前多数 显微镜都具备这三种成像模式。明场成像和暗场成像是最常用的两种显微成像方法，两者 的区别在于：照明方式不同。如果只允许透射光束通过物镜光阑成像，称其为明场像；如果 只允许衍射光束通过物镜光阑成像，则称为暗场像。所以明场是让照明孔径在物镜数值孔 径以内，视场是明亮的；而暗场是则是让照明孔径在物镜数值孔径以外，而不让照明光束通 过物镜光阑成像，但是标本中的结构能够衍射光线，这些衍射光有一部分通过物镜光阑成 像，所以在黑暗的背景上能够看到表现标本中细微结构的亮点和亮线（1、刘晓云，龙兴武， 黄云，周宁平，高伯龙.相衬显微镜衬比的分析[N].光子学报，1999,28(1))。
[0003] 还有一种常见的成像方式是相差显微成像。1935年荷兰科学家Zernike利用相差 显微成像技术发明了相差显微镜，并将其用于观察未染色标本。活细胞和未染色的生物标 本，因细胞各部细微结构的折射率和厚度的不同，光波通过时，波长和振幅并不发生变化， 仅相位发生变化，这种相位差人眼无法观察。而相差显微镜利用物体不同结构成分之间的 折射率和厚度的差别，把通过物体不同部分的光程差转变为振幅（光强度）的差别，经过带 有环状光阑的聚光镜和带有相位片的相差物镜实现观测。该显微镜主要用于观察活细胞或 不染色的组织切片，有时也可用于观察缺少反差的染色样品。光线透过标本后发生折射， 偏离了原来的光路，同时被延迟了 1/4X(波长），如果再增加或减少1/4A，则光程差变为 1/2X，两束光合轴后干涉加强，振幅增大或减下，提高反差。在构造上，相差显微镜有不同 于普通光学显微镜3个特殊之处：1.环形光阑（annulardiaphragm)位于光源与聚光器之 间，作用是使透过聚光器的光线形成空心光锥，焦聚到标本上；2.相位板（phas印late)在 物镜中加了涂有氟化镁的相位板，可将直射光或衍射光的相位推迟1/4X;3.合轴调节望 远镜：用于调节环状光阑的像与相板共轭面完全吻合（2、朱晓辉，朱忠勇.相差显微镜的原 理、结构和临床应用[J].临床检验杂志，2007, 24(4) :308-310.)。
[0004] 类似于相差显微成像的成像效果，差分相衬成像也是一种常见的显微成像方法， 使用该方法可使样品的细微结构呈现出正或负的投影形象，通常是一侧亮，而另一侧暗，类 似大理石上的浮雕，这样便人为地造成了样品的三维立体感。
[0005] 但是这些显微镜有一个共同的缺点就是都需要在成像光路中加入附加的光学元 件（例如环形光阑、相位板等），而这无形中增加了光路调节的复杂度。这些传统的显微 镜使用固定的柯勒照明系统，难以实现照明孔径、照明角度、光源相干性灵活可调。传统显 微镜一般需要熟练的显微镜工作者进行操作，并需要针对标本的差异和物镜的不同进行实 践、校正（3、刘溪、张志恒、李越敏.显微镜的使用及维护[J].教学仪器与实验：中学版， 2005(9) :30-30.) 〇
[0006] 在很多情况下，一台设计精良的显微镜并不一定会获得良好的成像质量。其主要 原因多半是光源未调校好，使标本不能获得充分的照明所致。所以对于显微镜的照明光源 的改进不仅需要设计好光源与载物台之间的距离，而且需要使得显微镜标本的照明状态明 亮、无眩光、且视场照度均匀；调节光路的操作简便。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种基于LED阵列的多模式显微成像系统及其方法，从而 实现在无复杂光学结构前提下的明场成像、暗场成像和差分相衬成像。
[0008] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于LED阵列的多模式显微成像系统及 其方法，包括成像系统，该成像系统包括相机、筒镜、物镜、样品、样品载物台，其中相机和物 镜安装在筒镜的两端，距离固定；物镜与样品之间的距离可调，样品放置在可平移的样品载 物台上；LED阵列设置在样品载物台下方，并距离载物台上表面50-70mm的位置，该LED阵 列的中心处于成像系统的光轴上。
[0009] 本发明与现有技术相比，其显著优点：（1)解决传统显微镜在明场、暗场、差分相 衬成像时光路复杂，操作难度大的问题，采用LED阵列作为显微系统的照明光源，从而实现 明场、暗场和差分相衬成像时无需在传统显微镜的成像光路中加入任何附加光学元件（例 如环形光阑、相位板等），大大简化了光学系统。（2)放弃了传统显微镜使用固定柯勒照明 系统，利用LED阵列使得显微镜简便获得多角度照明光、多照明孔径、光源相干性多变可 控。（3)无需机械的移动光源位置，从而实现实时准确的测量。
[0010] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
【附图说明】
[0011] 图1是LED阵列的明场、暗场、差分相衬显微成像系统构成示意图。
[0012] 图2是明场成像原理示意图。
[0013] 图3是明场成像原理示意图。
[0014] 图4是差分相衬成像原理示意图。
[0015] 图5是明场、暗场成像流程图。
[0016] 图6是差分相衬成像流程图。
【具体实施方式】
[0017] 结合图1，本发明基于LED阵列的多模式显微成像系统，利用LED阵列作为显微成 像系统的照明光源、多角度照明光、多照明孔径、光源相干性多变可控，从而实现在无复杂 光学结构前提下的明场成像、暗场成像和差分相衬成像，包括传统的成像系统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。
[0018] 本发明基于LED阵列的多模式显微