一般而言要略小于物鏡的數(shù) 值孔徑（虛線部分代表的是顯微物鏡的數(shù)值孔徑區(qū)域NA cJ。
[0053] 暗場光學染色如圖6(a)所示，LED陣列1只需顯示一個中空的彩色圓環(huán)即可（其 余部分不發(fā)光）。該圓環(huán)的內徑與顯微物鏡的數(shù)值孔徑區(qū)域NA cib,相切，外徑略大于內徑（一 般為內徑的120%-180%)。圖6(a)中以黃色為例，實際上可以選取為紅/綠/藍，或是他 們的混合中的任何一種。甚至可以選取為包含赤橙黃綠青藍紫所有色彩的彩色圓環(huán)，如圖 6(b)所示。
[0054] 明場暗場復合光學染色如圖7所示，顧名思義就是將明場光學染色圖案與暗場光 學染色圖案相結合。顯微物鏡的數(shù)值孔徑區(qū)域NA cib,內顯示一種顏色，而位于顯微物鏡的數(shù) 值孔徑區(qū)域NAcib^h的圓環(huán)區(qū)域顯示另一種顏色。圖7中以黃色/綠色為例，實際上顏色組 合可以選取為紅/綠/藍，或是他們的混合中的任何一種。
[0055] 差分光學染色如圖8(a)所示，其在明場暗場復合光學染色圖案的基礎上，進一步 把彩色圓環(huán)分割為面積相等的若干子區(qū)域，子區(qū)域相鄰的顏色可以取不同的顏色。圖8(a) 中，彩色圓環(huán)被分割為兩部分，顏色分別取了紅和綠。實際上顏色組合可以選取為紅/綠/ 藍，或是他們的混合中的任何一種。不僅僅限于圖8(a)所示的2段編碼，如圖8(b)所示， 彩色圓環(huán)還可被等面積分割為4段甚至更多，且子區(qū)域相鄰的顏色均可以取不同的顏色。
[0056] 相襯光學染色如圖9(a)所示，LED陣列1只需顯示一個中空的彩色圓環(huán)即可（其 余部分不發(fā)光）。該環(huán)形區(qū)域與顯微物鏡7的后焦面環(huán)狀相位板區(qū)域相吻合。顯然，由于 環(huán)狀相位板位于顯微物鏡7的后焦面上，所以環(huán)形區(qū)域是落在顯微物鏡7的數(shù)值孔徑區(qū)域 NAcib,之內的。圖9(a)中以黃色為例，實際上可以選取為紅/綠/藍，或是他們的混合中的 任何一種。甚至可以選取為包含赤橙黃綠青藍紫所有色彩的彩色圓環(huán)，如圖9(b)所示。
[0057] 為了表明本發(fā)明的實際使用效果，我們采用一實例來說明。在實例中，我們采用基 于可編程LED陣列的顯微鏡對衍射光學元件樣品進行觀察，圖10(a)是傳統(tǒng)明場光學顯微 鏡拍攝到的衍射光學元件樣品的圖像。注意該樣品本身是無色透明的，在傳統(tǒng)明場顯微鏡 下的對比度是很低的，圖10(b)是采用本發(fā)明明場暗場復合光學染色顯微成像方法拍攝到 的衍射光學元件樣品的圖像。圖10(c)是采用本發(fā)明差分光學染色顯微成像方法拍攝到的 衍射光學元件樣品的圖像。圖10(d)是采用本發(fā)明差分光學染色顯微成像方法拍攝到的衍 射光學元件樣品的另一組圖像。由實驗結果可以看出采用本發(fā)明所拍攝到的衍射光學元件 樣品的光學染色圖像的對比度獲得了很強的提升，并且圖像中產(chǎn)生了紅綠藍多種色彩。
【主權項】
1. 一種基于可編程LED陣列照明的多模式顯微成像方法，其特征在于LED陣列（1)作 為顯微鏡成像系統(tǒng)（2)的照明光源，直接安置在顯微鏡成像系統(tǒng)（2)的樣品載物臺（6)下 方，并且LED陣列（1)的中心處于顯微鏡成像系統(tǒng)（2)的光軸上，從而實現(xiàn)相襯成像、光場 成像及光學染色成像模式； 在進行成像前，標記LED陣列（1)中每個像素點的位置，即首先建立坐標系，坐標原點 位于LED陣列中央，對于任意一個像素點P，其位置坐標為（Px，Py)，定義該點所對應的照明數(shù)值孔徑為ZV/1 = sin ?λ = sin ai，cUm f代表聚光鏡的焦距LED陣列中 I I 心距離載物臺的距離，每個像素點P的照明數(shù)值孔徑?jīng)Q定了其所發(fā)出的光學照射樣品的角 度2. 根據(jù)權利要求1所述的基于可編程LED陣列照明的多模式顯微成像方法，其特征在 于相襯顯微成像的步驟如下： 步驟一：將顯微鏡成像系統(tǒng)（2)的顯微物鏡（7)切換到與實際觀察的樣品尺寸相應倍 率的相襯顯微物鏡，相襯顯微物鏡是在傳統(tǒng)顯微物鏡的后焦面處增加了一個環(huán)狀相位板； 步驟二：僅點亮LED陣列（1)中一個中心環(huán)形區(qū)域的像素點即可，其余部分不點亮，該 環(huán)形區(qū)域與顯微物鏡7的后焦面環(huán)狀相位板區(qū)域相吻合； 步驟三：在樣品載物臺（6)上放入待觀察樣品，采用顯微鏡成像系統(tǒng)（2)的相機（9)拍 攝圖像并于顯示器（5)上顯示即可得到相襯顯微成像結果。3. 根據(jù)權利要求1所述的基于可編程LED陣列照明的多模式顯微成像方法，其特征在 于光場顯微成像的實現(xiàn)步驟如下： 步驟一：將顯微鏡成像系統(tǒng)（2)的顯微物鏡（7)切換到與實際觀察的樣品尺寸相應倍 率的普通顯微物鏡； 步驟二：僅點亮LED陣列（1)中一個圓形區(qū)域的像素點即可，其余部分不點亮， 控制該圓形區(qū)域的圓心像素位置坐標為（Px，Py)，可實現(xiàn)對光場顯微成像的觀察角度進行控制；控制該圓形區(qū)域的半徑R可實現(xiàn)對于照明數(shù)值孔徑角 0 m的控制：θ ill = arctanR/f，數(shù)值孔徑角Θ in反比于焦深； 步驟三：在樣品載物臺（6)上放入待觀察樣品，采用相機（9)拍攝圖像并于顯示器（5) 上顯示即可得到光場顯微成像結果。4. 根據(jù)權利要求1所述的基于可編程LED陣列照明的多模式顯微成像方法，其特征在 于光學染色顯微成像的實現(xiàn)步驟如下： 步驟一：將顯微鏡成像系統(tǒng)（2)的顯微物鏡（7)切換到與實際觀察的樣品尺寸相應倍 率的普通顯微物鏡； 步驟二：在LED陣列（1)中顯示對應于明場光學染色、暗場光學染色、明場暗場復合光 學染色、差分光學染色或相襯光學染色的指定圖案； 步驟三：在樣品載物臺（6)上放入待觀察樣品，采用相機（9)拍攝圖像并于顯示器（5) 上顯示即可得到光學染色顯微成像結果。5. 根據(jù)權利要求4所述的基于可編程LED陣列照明的多模式顯微成像方法，其特征在 于明場光學染色顯微成像所對應的指定圖案只包含一個彩色中央圓形即可，其余部分不發(fā) 光，其顏色選取為紅、綠、藍或是它們的混合中的任何一種，該圓形區(qū)域的大小正比于聚光 鏡孔徑光闌的大小。6. 根據(jù)權利要求4所述的基于可編程LED陣列照明的多模式顯微成像方法，其特征在 于暗場光學染色顯微成像所對應的指定圖案為一個中空的彩色圓環(huán)，其余部分不發(fā)光，該 圓環(huán)的內徑與顯微物鏡的數(shù)值孔徑區(qū)域NAcib,相切，外徑大于內徑，其顏色選取為為紅、綠、 藍或是它們的混合中的任何一種。7. 根據(jù)權利要求4所述的基于可編程LED陣列照明的多模式顯微成像方法，其特征在 于明場暗場復合光學染色顯微成像所對應的指定圖案為明場光學染色圖案與暗場光學染 色圖案相結合，顯微物鏡的數(shù)值孔徑區(qū)域NAc^ft顯示一種顏色，而位于顯微物鏡的數(shù)值孔 徑區(qū)域NAcib^h的圓環(huán)區(qū)域顯示另一種顏色，其顏色組合選取為紅、綠、藍或是它們的混合中 的任何一種。8. 根據(jù)權利要求4所述的基于可編程LED陣列照明的多模式顯微成像方法，其特征在 于差分光學染色顯微成像所對應的指定圖案在明場暗場復合光學染色圖案的基礎上，進一 步把彩色圓環(huán)分割為面積相等的若干子區(qū)域，子區(qū)域相鄰的顏色取不同的顏色，其顏色組 合選取為紅、綠、藍或是它們的混合中的任何一種。9. 根據(jù)權利要求4所述的基于可編程LED陣列照明的多模式顯微成像方法，其特征在 于相襯光學染色顯微成像所對應的指定圖案為一個中空的彩色圓環(huán)，其余部分不發(fā)光，該 環(huán)形區(qū)域與顯微物鏡7的后焦面環(huán)狀相位板區(qū)域相吻合，其顏色選取為紅、綠、藍或是它們 的混合中的任何一種。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于可編程LED陣列照明的多模式顯微成像方法，LED陣列作為顯微鏡成像系統(tǒng)的照明光源，直接安置在顯微鏡成像系統(tǒng)的樣品載物臺下方，并且LED陣列的中心處于顯微鏡成像系統(tǒng)的光軸上，從而實現(xiàn)相襯成像、光場成像及光學染色成像模式。本發(fā)明可靈活實現(xiàn)學染色顯微成像，無需在顯微鏡的成像光路中加入任何附加光學元件，例如環(huán)形光闌、微透鏡陣列、相位板等；從而簡化系統(tǒng)結構，大大降低成本。
【IPC分類】G02B21/06
【公開號】CN105158887
【申請?zhí)枴緾N201510642770
【發(fā)明人】左超, 陳錢, 孫佳嵩, 李加基, 顧國華, 張玉珍, 馮世杰, 張佳琳, 胡巖, 陶天陽, 張良, 孔富城, 張敏亮, 范瑤, 林飛
【申請人】南京理工大學
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年9月29日