一種基于硅基液晶芯片的結構光照明顯微成像系統技術方案

本發明專利技術公開了一種基于硅基液晶芯片的結構光照明顯微成像系統，包括高亮度LED激發光源，所述高亮度LED激發光源前方設置有準直模塊，所述準直模塊前方設置有物鏡偏振分束器PBS，所述物鏡偏振分束器PBS前方設置有硅基液晶芯片LCoS開發系統，所述硅基液晶芯片LCoS開發系統與計算機連接，所述計算機與光電探測器連接，所述光電探測器前方設置有窄帶濾光片，所述窄帶濾光片前方設置有聚焦物鏡，所述聚焦物鏡前方設置有二向色鏡，所述二向色鏡前方設置有顯微物鏡，所述顯微物鏡前方設置有待測物體。本發明專利技術技術方案，具有光能量利用量高、系統體積小、結構光照明周期可調節、成像分辨率高等優點，更適用于活體生物細胞的實時三維成像研究。

【技術實現步驟摘要】
—種基于硅基液晶芯片的結構光照明顯微成像系統
本專利技術涉及一種超分辨率顯微鏡的成像系統，具體涉及一種基于硅基液晶芯片的結構光照明顯微成像系統。
技術介紹
當前，高分辨率光學顯微鏡已經成為生物學、醫學、藥學等領域原始創新并取得重大突破的重要工具，特別是生物學研究向rim尺度亞細胞結構方向的發展，對光學顯微鏡向超高分辨率、活體實時成像發展提出了更高的要求。普通光學顯微鏡受光學衍射極限的限制，橫向分辨率一般只能達到200nm，縱向分辨率約500nm，難以滿足當前生物學領域對亞細胞結構和分子結構的研究需求。結構光成像技術最初是由Neil等人于1997年首次提出的，并將之應用于生物學成像，分辨率可以達到lOOnm。該技術使用特殊調制的結構光場照明樣品，通過運用相移算法從不同相位的調制圖像數據中提取聚焦平面的信息，得到結構光照明顯微成像的圖像數據，與目前已有的幾種超分辨光學顯微成像方法，如光激活定位法(PALM)、隨機光學重構法(STORM)以及受激發射損耗法(STED)等相比，具有成像速度較快，結構簡單，適合于活體組織實時觀察等優點。結構光照明顯微最早是通過將照明光路中加入一個正弦光柵來實現的，光柵圖案被投影到樣品上形成結構光照明，光柵加裝在一個壓電陶瓷上通過壓電陶瓷控制器實現步進，每次移動光柵周期的1/3，相當于光柵圖案相移2 π/3。三次相移(0，2π/3，4π/3)得到樣品的三幅源圖像，通過一個簡單的算法，可以得到樣品的層析圖像；而通過另外一個算法，則可以將與光柵條紋垂直方向上的橫向空間分辨率提高一倍。在這些用光柵獲得結構光照明的系統中，必須移動光柵來獲得不同相移下的源圖像，因此這種機械移動裝置會減低系統的穩定性。本專利技術基于硅基液晶芯片的結構光照明顯微成像系統，采用的空間光調制器硅基液晶芯片LCoS，是一種可編程數字光調制器件，結構光照明顯微所需的照明圖案相移由LCoS經編程后實現，有效避免了傳統光柵式結構光照明成像系統中機械裝置移動對系統穩定性帶來的影響。
技術實現思路
為克服現有技術中的不足，本專利技術提供一種基于硅基液晶芯片的結構光照明顯微成像系統，該成像系統采用超高亮度LED激發光源作為激發光源，采用硅基液晶芯片LCoS作為空間光調制器，通過運用相移算法從不同相位的調制圖像數據中提取聚焦平面的信息，得到結構光照明顯微成像的圖像數據，具有光能量利用量高、系統體積小、結構光照明周期可調節、成像分辨率高(達IOOnm)等優點，更適用于活體生物細胞的實時三維成像研究。為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本專利技術通過以下技術方案實現: 一種基于硅基液晶芯片的結構光照明顯微成像系統，包括高亮度LED激發光源，所述高亮度LED激發光源前方設置有準直模塊，所述準直模塊前方設置有物鏡偏振分束器PBS，所述物鏡偏振分束器PBS前方設置有硅基液晶芯片LCoS開發系統，所述硅基液晶芯片LCoS開發系統與計算機連接，所述計算機與光電探測器連接，所述光電探測器前方設置有窄帶濾光片，所述窄帶濾光片前方設置有筒鏡，所述筒鏡前方設置有二向色鏡，所述二向色鏡前方設置有顯微物鏡，所述顯微物鏡前方設置有待測物體。進一步的，所述硅基液晶芯片LCoS開發系統包括LCoS芯片和同步控制系統，所述LCoS芯片是所述硅基液晶芯片LCoS開發系統的核心部件，所述LCoS芯片的工作模式為反射式或透射式，工作方式為純相位調制，純振幅調制或相位振幅混合調制模式。優選的，所述硅基液晶芯片LCoS開發系統采用了大容量緩存的工作模式，以保證循環產生結構光條紋方式下的高幀頻刷新速度 進一步的，所述高亮度LED光源為可發射多個窄帶光波長的單個LED光源模組。進一步的，所述光電探測器為SCMOS或科研級CCD器件。與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果: 1、采用硅基液晶芯片LCoS產生結構光，其相移由LCoS經編程后實現，有效避免了傳統光柵式結構光照明成像系統中機械裝置移動對系統穩定性帶來的影響，并實現了高速成像。2、采用了窄帶多譜段LED光源，單一光源模組即可實現多個窄帶光波長的發射，實現傳統多個光源組合才能實現的寬波段窄帶光覆蓋，縮小了系統體積，實現了便攜式設計。上述說明僅是本專利技術技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本專利技術的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本專利技術的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。本專利技術的【具體實施方式】由以下實施例及其附圖詳細給出。【附圖說明】此處所說明的附圖用來提供對本專利技術的進一步理解，構成本申請的一部分，本專利技術的示意性實施例及其說明用于解釋本專利技術，并不構成對本專利技術的不當限定。在附圖中: 圖1為結構光照明顯微成像系統工作原理圖； 圖2為本專利技術采用硅基液晶芯片LCoS開發系統的結構光照明超分辨顯微系統示意圖； 圖3為本專利技術的高亮度LED光源結構示意圖； 圖4為本專利技術中硅基液晶芯片LCoS開發系統的上位機數據工作模式示意圖； 圖5為本專利技術空間光調制器娃基液晶芯片LCoS像素的開關狀態不意圖； 圖6為本專利技術光束入射硅基液晶芯片LCoS調制后的出射光示意圖。圖中標號說明:1、高亮度LED激發光源，2、準直模塊，3、物鏡偏振分束器PBS，4、二向色鏡，5、顯微物鏡，6、待測物體，7、聚焦物鏡，8、窄帶濾光片，9、硅基液晶芯片LCoS開發系統，901、LCoS芯片，902、同步控制系統，10、光電探測器，11、計算機。【具體實施方式】下面將參考附圖并結合實施例，來詳細說明本專利技術。如圖2所不,一種基于娃基液晶芯片的結構光照明顯微成像系統，包括聞売度LED激發光源1，所述高亮度LED激發光源I前方設置有準直模塊2，所述準直模塊2前方設置有物鏡偏振分束器PBS3，所述物鏡偏振分束器PBS3前方設置有硅基液晶芯片LCoS開發系統9，所述硅基液晶芯片LCoS開發系統9與計算機11連接，所述計算機11與光電探測器10連接，所述光電探測器10前方設置有窄帶濾光片8，所述窄帶濾光片8前方設置有聚焦物鏡7，所述聚焦物鏡7前方設置有二向色鏡4，所述二向色鏡4前方設置有顯微物鏡5，所述顯微物鏡5前方設置有待測物體6。進一步的，所述硅基液晶芯片LCoS開發系統9包括LCoS芯片901和同步控制系統902，所述LCoS芯片901是所述硅基液晶芯片LCoS開發系統9的核心部件，所述LCoS芯片901的工作模式為反射式或透射式，工作方式為純相位調制，純振幅調制或相位振幅混合調制模式。優選的，所述硅基液晶芯片LCoS開發系統采用了大容量緩存的工作模式，以保證循環產生結構光條紋方式下的高幀頻刷新速度 進一步的，所述高亮度LED光源I為可發射多個窄帶光波長的單個LED光源模組。進一步的，所述光電探測器10為SCMOS或科研級CXD器件。實施例一: 如圖1所示，目前結構中采用光柵的結構光照明顯微成像系統工作原理圖。該光路主要由光柵、照明光源、透鏡系統、CCD以及同步控制系統組成。光源發出的光經過準直，經光柵產生結構光，照明待測物體表面，透鏡系統將物體表面發出的熒光成像于CCD平面上。利用壓電裝置使得光柵的移動(對應于相位移動)與CCD記錄圖像的速度同步，即一幅圖像記錄完成后，光柵移動一個位移，記錄新位相對應的圖像。將記錄的圖像利用特定算法進本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于硅基液晶芯片的結構光照明顯微成像系統，其特征在于，包括高亮度LED激發光源（1），所述高亮度LED激發光源（1）前方設置有準直模塊（2），所述準直模塊（2）前方設置有物鏡偏振分束器PBS（3），所述物鏡偏振分束器PBS（3）前方設置有硅基液晶芯片LCoS開發系統（9），所述硅基液晶芯片LCoS開發系統（9）與計算機（11）連接，所述計算機（11）與光電探測器（10）連接，所述光電探測器（10）前方設置有窄帶濾光片（8），所述窄帶濾光片（8）前方設置有聚焦物鏡（7），所述聚焦物鏡（7）前方設置有二向色鏡（4），所述二向色鏡（4）前方設置有顯微物鏡（5），所述顯微物鏡（5）前方設置有待測物體（6）。

【技術特征摘要】
1.一種基于硅基液晶芯片的結構光照明顯微成像系統，其特征在于，包括高亮度LED激發光源(I)，所述高亮度LED激發光源(I)前方設置有準直模塊(2 )，所述準直模塊(2 )前方設置有物鏡偏振分束器PBS (3)，所述物鏡偏振分束器PBS (3)前方設置有硅基液晶芯片LCoS開發系統(9)，所述硅基液晶芯片LCoS開發系統(9)與計算機(11)連接，所述計算機(11)與光電探測器(10)連接，所述光電探測器(10)前方設置有窄帶濾光片(8)，所述窄帶濾光片(8 )前方設置有聚焦物鏡(7 )，所述聚焦物鏡(7 )前方設置有二向色鏡(4 )，所述二向色鏡(4)前方設置有顯微物鏡(5)，所述顯微物鏡(5)前方設置有待測物體(6)。2...

【專利技術屬性】
技術研發人員：熊大曦，楊西斌，朱劍鋒，李輝，
申請(專利權)人：中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所，
類型：發明
國別省市：