本發(fā)明涉及光學電子顯微鏡的技術領域，具體涉及一種單筒光場顯微鏡，用于對標本多視角成像以及三維成像。

背景技術：

目前電子顯微鏡已經(jīng)普遍應用于市場中，但是顯微鏡倍數(shù)越高，景深越小，對于觀察一些空間結構明顯或者微生物需要不斷的調焦，每次調焦也只能得到標本局部清晰像。并且市場對顯微三維成像需求也越來越大。本發(fā)明不僅能夠解決顯微鏡景深問題，還能通過一次曝光反演出標本三維像。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明在目前電子顯微鏡發(fā)展基礎上，提出一種單筒光場顯微鏡，有效解決了顯微鏡景深與放大率的矛盾，通過一次曝光記錄光場信息，反演出多視角圖和三維像，對比現(xiàn)有電子顯微鏡體現(xiàn)出較明顯的優(yōu)勢。

為達到上述目的，可以采取以下技術方案予以實現(xiàn)：一種單筒光場顯微鏡，包括一采用了復消色差遠場校正長工作距物鏡，所述物鏡配套聚焦鏡采用焦距等于200mm的聚焦轉接鏡、一由cmos成像器件和微透鏡陣列耦合形成的光場傳感器、一顯微鏡支架。

其中，所述顯微鏡配置有一環(huán)形均勻背光源、一環(huán)形led白光源，背光源表面即作為載物臺。

其中，所述顯微鏡孔徑光闌設置在聚焦鏡的上方，孔徑光闌上方上180mm加長管，聚焦轉接鏡和孔徑光闌各提供10mm后工作距。

其中，cmos成像器件靶面在微透鏡陣列的焦平面上，并且使得d/f<＝d/f，其目的在于使子口徑圖像不重疊并充分利用cmos成像器件，其中d為出瞳直徑，f為聚焦焦距，d為微透鏡陣列子口徑，f為微透鏡陣列焦距。

其中，顯微鏡支架包括一底座、一滑桿、一滑塊、一鎖緊支撐體、一連接裝置，其中滑塊通過自身螺釘鎖緊和鎖緊支撐體固定在滑桿上，鎖緊支撐體通過螺釘鎖緊固定在滑桿上，其中連接裝置固定口徑與聚焦轉接鏡參數(shù)匹配，通過螺釘鎖緊固定整個光學鏡筒，其中滑塊和連接裝置之間采用齒輪齒條傳動，通過旋轉旋鈕調整工作距。

本發(fā)明的原理在于：系統(tǒng)采用復消色差遠場校正物鏡和聚焦鏡組成的顯微系統(tǒng)，在系統(tǒng)一次像面處插入微透鏡陣列與cmos成像器件耦合形成光場傳感器，在聚焦鏡上面插入孔徑光闌，在各項參數(shù)匹配情況下，通過上位機控制cmos器件，單次曝光獲得光場信息。通過重聚焦算法可以獲得不同物距處的像，反演得到多視角和三維像。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于：

(1)、本發(fā)明充分利用了微透鏡陣列的特性，利用2維傳感器記錄4維光場信息，解決了顯微鏡景深問題，不需要機械細調焦獲得某一物平面像。

(2)、本發(fā)明采用的單筒顯微鏡設計，結構簡單，應用場合靈活。

(3)、本發(fā)明采集到的4維光場信息，反演能夠得到目標三維像。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種單筒光場顯微鏡原理圖；

圖2為本發(fā)明耦合光場傳感器；

圖3為本發(fā)明中圖像處理流程圖。

圖中附圖標記含義為：1為滑桿，2為滑塊，3為旋鈕，4為鎖緊支撐體，5為cmos成像器件，6為微透鏡陣列，7為加長管，8為孔徑光闌，9為聚焦轉換鏡，10為連接裝置，11為環(huán)形led白光源，12為物鏡，13為背光源，14為底座，15為cmos保護窗，16為cmos靶面。

具體實施方式

為了更好地理解本發(fā)明的技術方案，以下結合附圖做進一步的詳細描述。

如圖1所示，本發(fā)明一種單筒光場顯微鏡，包括滑桿1，滑塊2，旋鈕3，鎖緊支撐體4，cmos成像器件5，微透鏡陣列6，加長管7，孔徑光闌8，聚焦轉換鏡9，連接裝置10，環(huán)形led白光源11，物鏡12，背光源13和底座14；具體實現(xiàn)步驟如下：cmos成像器件5、微透鏡陣列6、加長管7、孔徑光闌8、聚焦轉換鏡9、環(huán)形led白光源11、物鏡12和背光源13共同組成系統(tǒng)光路。聚焦鏡后工作距為200mm，聚焦轉換鏡9提供10mm，孔徑光闌8提供10mm，加長管7提供180mm。微透鏡陣列6安裝在聚焦像面上，cmos成像靶面安裝在微透鏡陣列6焦平面上。滑桿1，滑塊2，旋鈕3，鎖緊支撐體4，連接裝置10和底座14共同構成系統(tǒng)機械部分?；瑝K2通過鎖緊支撐體4和螺釘鎖緊在滑桿1上，從而配合旋鈕3齒輪齒條完成系統(tǒng)工作距粗略調整。底座14為整個系統(tǒng)的支撐體，配合背光源13作為載物臺。

圖2為微透鏡陣列與cmos成像器件耦合形成的光場傳感器示意圖。這樣就形成了光場顯微鏡光場采集光路。

需要說明的是，光路所有接口都采用光學c-接口。機械調焦部分只有粗準焦螺旋鈕，但是上述光場顯微鏡齒輪齒條已經(jīng)有很高的精度了。

根據(jù)cmos器件像元尺寸，擬定光場方向分辨率n*n，確定微透鏡陣列子孔徑尺寸d，然后擬定空間分辨率為m*m，則微透鏡尺寸大小為mn*mn。并確保d/f<＝d/f，使子口徑圖像不重疊并充分利用cmos成像器件，其中d為出瞳直徑，f為聚焦焦距，d為微透鏡陣列子口徑，f為微透鏡陣列焦距。

通過計算機控制cmos成像器件單次曝光，得到原始光場圖像，通過一系列的計算重構，獲得不同物平面下的圖像，從而重構出全景深圖，改善傳統(tǒng)顯微鏡的景深問題。具體圖像處理過程如圖3所示。

總體上，本發(fā)明所述的一種單筒光場顯微鏡對比傳統(tǒng)光學顯微鏡，景深有很大提高。分辨率受限于微透鏡陣列子口徑和像元尺寸，為三維顯微成像提供了一種方法。本發(fā)明未詳細闡述的技術和原理屬于本發(fā)明領域人員所公知的技術。

技術特征：

技術總結
本發(fā)明公開了一種單筒光場顯微鏡，用于對標本單次曝光后，進行重聚焦成像以及三維成像。本發(fā)明的單筒光場顯微采用遠場校正物鏡，在一次像面出插入微透鏡陣列與CMOS成像器件組合成光場傳感器，對光場進行采集。通過一次曝光采集、記錄光場，通過計算成像的方法對標本進行重聚焦成像以及三維成像。本發(fā)明充分利用了微透鏡陣列的特性，利用2維傳感器記錄4維光場信息，解決了顯微鏡景深問題，不需要機械細調焦獲得某一物平面像。本發(fā)明采用的單筒顯微鏡設計，結構簡單，應用場合靈活。本發(fā)明采集到的4維光場信息，反演能夠得到目標三維像。

技術研發(fā)人員：楊帆;嚴偉;田鵬;李凡星;彭伏平;周毅;鄧欽元;鄧茜
受保護的技術使用者：中國科學院光電技術研究所
技術研發(fā)日：2017.05.27
技術公布日：2017.09.29