件电路。 由于LCD液晶面板本身响应很快，硬件电路还可实现不同空间分布的图案的快速切换， 实现在时间上快速变化的灰度图案。硬件电路的具体实现方案已经有许多成熟技术，其 主控制器可以采用（但不限于）单片机、ARM、或者可编程逻辑器件等，具体实现方法可 参考文献：苏维嘉，张澎.基于FPGA的TFT-IXD控制器的设计和实现[J].液晶与显 示，2010, 25(1) : 75-78。
[0028] 本发明基于LCD液晶面板的可编程孔径显微镜系统的多模式成像方法 实施前，首先对LCD液晶面板中每个像素点的位置进行标记。结合图2,建立坐标 系。其中矩形区域代表LCD液晶面板12的有效区域，坐标原点位于其中央。对于 任意一个像素点P，其位置坐标为（Px，Py)，我们定义该点所对应的成像数值孔径为
，f代表第一透镜Q11的焦 距，Μ为显微物镜7的放大率。每个像素点P的数值孔径决定了成像光线的角度
，由此公式可见，约靠近LCD液晶面板或LED阵列边缘 的像素，对应成像光线的角度越大。
[0029] 本发明基于LCD液晶面板的可编程孔径显微镜系统的多模式成像方法，主要包括 明场、暗场、差分相衬成像三种成像模式，其中明场成像方法的实现步骤如下：
[0030] 步骤一：将显微成像系统1的显微镜的显微物镜7切换到合适倍率的普通明场物 镜，这里（包括下述的）"合适倍率"是指根据实际观察的样品尺寸，使用者观察所需的放 大倍数，与观察所需的实际区域而选定。聚光镜孔径光阑4调节到小于物镜数值孔径的位 置上，推荐值为物镜数值孔径的30-80%。
[0031] 步骤二：使IXD液晶面板12中所有像素均透光即可。结合图3,整个白色方块代 表LCD液晶面板12中所有像素均透光，而其中虚线部分代表的是显微物镜的数值孔径区域 嫩。1^，而内圈点线部分代表的是聚光镜孔径光阑区域嫩; 11。
[0032] 步骤三：在此配置下，在样品载物台（6)上放入待测样品，在就可显微镜相机端口 的图像平面10即可拍摄得到明场显微成像结果。
[0033] 所述暗场成像方法的实现步骤如下：
[0034] 步骤一：将显微成像系统1的显微镜的显微物镜7切换到合适倍率的普通明场 物镜。聚光镜孔径光阑4调节到小于物镜数值孔径的位置上，推荐值为物镜数值孔径的 30-80 %〇
[0035] 步骤二：使IXD液晶面板12中的中心圆形区域不透光，而其余部分透光即可。不 透光区域刚好覆盖聚光镜孔径光阑区域。结合图4,整个方块区域代表LCD液晶面板12中 所有像素，其中虚线部分代表的是显微物镜的数值孔径区域ΝΑ_，而内圈点线部分代表的 是聚光镜孔径光阑区域NAm。内圈点线以内的区域为黑色，代表不透光区域刚好覆盖聚光 镜孔径光阑区域。
[0036] 步骤三：在此配置下，在样品载物台（6)上放入待测样品，在就可显微镜相机端口 的图像平面10即可拍摄得到明场显微成像结果。
[0037] 所述差分相衬成像方法的实现步骤如下：
[0038] 步骤一：将显微成像系统1的显微镜的显微物镜7切换到合适倍率的普通明场 物镜，聚光镜孔径光阑4调节到小于物镜数值孔径的位置上，推荐值为物镜数值孔径的 30-80%，在样品载物台（6)上放入待测样品。
[0039] 步骤二：仅使IXD液晶面板12中的中心左半圆形区域透光，而其余部分不透光。 半圆形区域的半径正好与显微物镜的数值孔径区域~4^半径相等。结合图5(a)，整个方 块区域代表LCD液晶面板12中所有像素，其中虚线部分代表的是显微物镜的数值孔径区域 ΝΑα]，而内圈点线部分代表的是聚光镜孔径光阑区域NAm。内圈点线以内的区域为黑色，代 表不透光区域。通过相机拍摄第一帧图像I:。
[0040] 步骤三：仅使IXD液晶面板12中的中心右半圆形区域透光，而其余部分不透光。 半圆形区域的半径正好与显微物镜的数值孔径区域~4^半径相等。结合图5(b)，整个方 块区域代表LCD液晶面板12中所有像素，其中虚线部分代表的是显微物镜的数值孔径区域 ΝΑα]，而内圈点线部分代表的是聚光镜孔径光阑区域NAm。内圈点线以内的区域为黑色，代 表不透光区域。通过相机拍摄第二帧图像1 2。在此配置下，在样品载物台（6)上放入待测 样品，在就可显微镜相机端口的图像平面10即可拍摄得到明场显微成像结果。
[0041] 步骤四：通过计算
实现差分相衬成像（其中IDPC表示差分相衬成像后 的图像）。
[0042]注意，上述差分相衬成像又称为左右差分相衬成像，其实上述左/右半圆形区域 也可分别改变为上/下半圆形区域从而实现上下差分相衬成像，如图6(a)与图6(b)所示。 [0043]为了表明本发明的实际使用效果，我们采用一实例来说明。在实例中，我们采用基 于LCD液晶面板的可编程孔径显微镜系统对未染色的口腔上皮细胞样品进行观察，图7是 采用本发明所拍摄到的口腔上皮细胞样品的明场图像。注意该样品本身是无色透明的，所 以在明场成像下的对比度是很低的，图8是采用本发明所拍摄到的口腔上皮细胞样品的暗 场图像，可以看到暗场图像中细胞表现为暗背景上的亮图像，细节丰富。图9是采用本发明 所拍摄到的口腔上皮细胞样品的差分相衬成像（左右）图像。图10是采用本发明所拍摄 到的口腔上皮细胞样品的差分相衬成像（上下）图像。可以看出差分相衬成像图像具有很 强的浮雕式的立体感，图像对比度获得了很强的提升。
【主权项】
1. 一种基于LCD液晶面板的可编程孔径显微镜系统，其特征在于包括显微成像系统 (1)和LCD液晶面板的4f系统似，该LCD液晶面板的4f系统似包括第一透镜Li(11)、 第二透镜L2(13)、LCD液晶面板（12)W及单色CCD相机（14)，第一透镜Li(11)、第二透镜 L2(1：3)的焦距f=fi=f2,第一透镜Li(ll)和第二透镜L2(1：3)构成一个标准的4f成像 系统，即第一透镜Li(ll)到显微镜图像平面（10)的端口的距离为fl，第二透镜L2(11)至。 CCD相机（14)成像平面的端口的距离为f2,两透镜之间的距离是n+f2;LCD液晶面板（12) 放置于4f系统的傅里叶平面，即第一透镜Li(ll)和第二透镜L2(13)之间，距离第一透镜 Li(ll)的距离为fl，距离第二透镜L2(13)的距离为f2。2. 根据权利要求1中所述的基于LCD液晶面板的可编程孔径显微镜系统，其特征在于 显微成像系统（1)包括集光镜（3)、聚光镜孔径光阔（4)、聚光镜巧）、样品载物台化）、显 微物镜（7)、反射镜（8)与镜筒透镜巧），其中集光镜（3)将照明光汇聚到聚光镜孔径光阔 (4)，通光聚光镜孔径光阔（4)发散后又被聚光镜（5)收集后照射样品载物台（6)上的样 品，透射过样品的光被显微物镜（7)收集，并经过反射镜（8)后由镜筒透镜（9)放大后成像 在显微镜相机端口的图像平面（10)。3. -种基于LCD液晶面板的可编程孔径显微镜系统的多模式成像方法，其特 征在于由显微成像系统（1)和LCD液晶面板的4f系统似实现明场、暗场、差分 相衬成像Ξ种成像模式，在成像之前，先对LCD液晶面板（12)中每个像素点的位 置进行标记，首先建立坐标系，坐标原点位于LCD液晶面板的（12)的中央，对于其 中任意一个像素点P，其位置坐标为化，Py)，定义该点所对应的成像数值孔径为f代表第一透镜Li(11)的焦 距，Μ为显微物镜（7)的放大率；每个像素点P的数值孔径决定了成像光线的角度4. 根据权利要求3所述的基于LCD液晶面板的可编程孔径显微镜系统的多模式成像方 法，其特征在于明场成像的实现步骤如下： 步骤一：将显微成像系统（1)的显微物镜（7)切换到与实际观察的样品尺寸相应倍率 的普通明场物镜，聚光镜孔径光阔（4)调节到小于物镜数值孔径的位置上，推荐值为物镜 数值孔径的30-80% ; 步骤二：使LCD液晶面板（12)中所有像素均透光即可； 步骤Ξ:在样品载物台（6)上放入待测样品，在就可显微镜相机端口的图像平面（10) 即可拍摄得到明场显微成像结果。5. 根据权利要求3所述的基于LCD液晶面板的可编程孔径显微镜系统的多 模式成像方法，其特征在于暗场成像的实现步骤如下： 步骤一：将显微成像系统（1)的显微物镜（7)切换到与实际观察的样品尺寸相应倍率 的普通明场物镜，聚光镜孔径光阔（4)调节到小于物镜数值孔径的位置上，推荐值为物镜 数值孔径的30-80% ; 步骤二：使LCD液晶面板（12)中的中屯、圆形区域不透光，而其余部分透光即可，不透光 区域刚好覆盖聚光镜孔径光阔区域。 步骤Ξ:在样品载物台（6)上放入待测样品，在就可显微镜相机端口的图 像平面（10)即可拍摄得到明场显微成像结果。6. 根据权利要求3所述的基于LCD液晶面板的可编程孔径显微镜系统的多模式成像方 法，其特征在于差分相衬成像的实现步骤如下： 步骤一：将显微成像系统（1)的显微物镜（7)切换到与实际观察的样品尺寸相应的放 大倍率的普通明场物镜，聚光镜孔径光阔（4)调节到小于物镜数值孔径的位置上，推荐值 为物镜数值孔径的30-80%，在样品载物台（6)上放入待测样品； 步骤二：仅使LCD液晶面板（12)中的中屯、左半圆形区域透光，而其余部分不透光，半圆 形区域的半径正好与显微物镜的数值孔径区域NA"b,半径相等； 步骤Ξ:仅使LCD液晶面板（12)中的中屯、右半圆形区域透光，而其余部分不透光，半圆 形区域的半径正好与显微物镜的数值孔径区域NA"b,半径相等； 步骤四：通过计算实现差分相衬成像，其中Idpc表示差分相衬成像后的图 像。7. 根据权利要求6所述的基于LCD液晶面板的可编程孔径显微镜系统的多模式成像 方法，其特征在于差分相衬成像中的左/右半圆形区域也可分别改变为上/下半圆形区域 从而实现上下差分相衬成像。
【专利摘要】本发明公开了一种基于LCD液晶面板的可编程孔径显微镜系统及其多模式成像方法，由显微成像系统和LCD液晶面板的4f系统实现明场、暗场、差分相衬成像三种成像模式，在成像之前，先对LCD液晶面板中每个像素点的位置进行标记。本发明利用LCD液晶面板实现空间光调制器的功能，可以实现孔径图案、孔径光阑尺寸等的灵活可调，显著提升了显微镜的灵活性与多功能性。
【IPC分类】G02B21/06, G02F1/13
【公开号】CN105403988
【申请号】CN201510631958
【发明人】左超, 陈钱, 孙佳嵩, 冯世杰, 顾国华, 张玉珍, 胡岩, 陶天阳, 李加基, 张良, 张佳琳, 孔富城, 张敏亮, 范瑶, 林飞
【申请人】南京理工大学
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年9月29日