本發(fā)明涉及一種微型化微分干涉相襯顯微成像系統(tǒng)和方法，具體涉及一種基于梯度折射率透鏡的微型化邊緣信息增強(qiáng)系統(tǒng)和方法。目前微型化顯微成像技術(shù)具有體積小，成像視場(chǎng)大的優(yōu)點(diǎn)。將核心元件梯度折射率透鏡與微型化微分干涉相襯元件結(jié)合，改變傳像方式，可以在多種應(yīng)用條件下實(shí)現(xiàn)邊緣增強(qiáng)的檢測(cè)。
背景技術(shù)：
1、微型化顯微鏡(miniscope)的誕生初衷是為了能更好的對(duì)自由活動(dòng)小鼠的腦部進(jìn)行實(shí)成像和觀測(cè)。自從光學(xué)顯微鏡的發(fā)明以來(lái)，一直在不斷追求的是多功能活體顯微鏡，像培養(yǎng)皿的活細(xì)胞觀測(cè)已經(jīng)十分成熟，但哺乳動(dòng)物的活體成像仍然面臨著很大的挑。在哺乳動(dòng)物物種中，小鼠是針對(duì)細(xì)胞特性進(jìn)行靶向操縱的卓越且生命力頑強(qiáng)遺傳模型，但使用光學(xué)顯微鏡對(duì)其大腦進(jìn)行觀察時(shí)仍然需要將其四肢和頭部固定，將物鏡固定在頭部上方進(jìn)行觀測(cè)，這種對(duì)其正常行為活動(dòng)的限制在很大程度上會(huì)影響獲取信息的普遍性。制作工藝的提升是小型化集成中最關(guān)鍵性的進(jìn)步，以梯度折射率透鏡(grin?lens)代替?zhèn)鹘y(tǒng)物鏡，以小尺寸光學(xué)元件替換常規(guī)尺寸光學(xué)元件，將所有光學(xué)元件集成在3d打印的外殼內(nèi)，一個(gè)可以被戴在頭上的微型化顯微鏡應(yīng)運(yùn)而生。但也僅用于熒光顯微成像系統(tǒng)上，其他的成像方式卻未得到開(kāi)發(fā)。miniscope不僅體積小，還有著微米級(jí)的分辨率和毫米級(jí)的視場(chǎng)，通過(guò)適應(yīng)性的改進(jìn)，可以應(yīng)用到特殊情況條件下的生物或工業(yè)檢測(cè)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、在下文中給出了關(guān)于本發(fā)明的簡(jiǎn)要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡(jiǎn)化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。
2、鑒于此，為了克服上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于梯度折射率透鏡的微型化微分干涉相襯顯微成像系統(tǒng)和方法，采用梯度折射率透鏡代替單物鏡的方式，在保證分辨率和視場(chǎng)的前提下，可以對(duì)光學(xué)元件進(jìn)行高度集成，邊緣增強(qiáng)顯微成像系統(tǒng)的體積。
3、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
4、方案一：本發(fā)明提供了一種基于梯度折射率透鏡的微型化微分干涉相襯顯微成像系統(tǒng)，其特征在于：包括照明模塊，差分模塊，微型化成像采集模塊；
5、所述照明模塊按照光線傳播方向依次為：白光光源、半球透鏡、起偏器、分束鏡、wollaston棱鏡、grin?lens、wollaston棱鏡、分束鏡、檢偏器、管鏡和cmos；
6、所述微型化差分模塊按照光線傳播方向依次為：起偏器、分束鏡、wollaston棱鏡、grin?lens、wollaston棱鏡、分束鏡、檢偏器；
7、所述微型化采集模塊按照光線傳播方向依次為：管鏡和cmos；
8、進(jìn)一步的：所述的白光光源緊貼在半球透鏡后，確保最大限度壓縮體積的同時(shí)光源由球面波變?yōu)槠叫泄狻?/p>
9、進(jìn)一步的：所述的起偏器尺寸為4mm×4mm×2mm，所述的檢偏器尺寸為4mm×4mm×2mm，所述的分束鏡尺寸為4mm×4mm×2mm，所述的wollaston棱鏡尺寸為4mm×4mm×3mm。
10、進(jìn)一步的：所述的梯度折射率透鏡na(數(shù)值孔徑)＝0.5，f＝0.2mm，直徑2mm，長(zhǎng)度10mm。
11、進(jìn)一步的：所述的基于梯度折射率透鏡的微型化微分干涉相襯顯微成像系統(tǒng),其特征在于：所述的grin?lens、起偏器、半球透鏡、白光光源、cmos、管鏡、檢偏器、分束鏡和wollaston棱鏡均集成在由3d打印的光學(xué)樹(shù)脂制成微型化顯微成像系統(tǒng)的外殼中。
12、進(jìn)一步的：所述的管焦距f＝6mm，直徑d＝5mm，用于將樣本發(fā)出的經(jīng)過(guò)差分后的光線匯聚至cmos感光面。
13、進(jìn)一步的：所述的基于梯度折射率透鏡的微型化微分干涉相襯顯微成像系統(tǒng),其特征在于：所述的cmos像元尺寸6μm，視場(chǎng)可達(dá)700×700μm。
14、進(jìn)一步的：所述設(shè)備總長(zhǎng)度25mm，寬度15mm×15mm，質(zhì)量?jī)H為4g，可以輕易固定在多軸機(jī)械臂上，實(shí)現(xiàn)橫向移動(dòng)，軸向移動(dòng)和同軸旋轉(zhuǎn)。
15、有益效果
16、本發(fā)明基于梯度折射率透鏡的微型化微分干涉相襯顯微成像系統(tǒng)和方法具有體積小，成像視場(chǎng)大，分辨率高且邊緣信息增強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。不同于傳統(tǒng)臺(tái)式微分干涉相襯顯微鏡大質(zhì)量大體積的特點(diǎn)，本發(fā)明以其優(yōu)良的體積質(zhì)量特性十分適合作為集成化的科研載荷，用以各種各樣生物檢測(cè)或者工業(yè)檢測(cè)的領(lǐng)域之中。
1.基于梯度折射率透鏡(grin?lens)的微型化微分干涉相襯(dic)顯微成像系統(tǒng)，其特征在于：包括照明模塊，差分模塊，微型化成像采集模塊；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于梯度折射率透鏡的微型化微分干涉相襯顯微成像系統(tǒng)，其特征在于：所述的白光光源(4)緊貼在半球透鏡(3)后，確保最大限度壓縮體積的同時(shí)光源由球面波變?yōu)槠叫泄狻?/p>
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于梯度折射率透鏡的微型化微分干涉相襯顯微成像系統(tǒng)，其特征在于：所述的起偏器(2)尺寸為4mm×4mm×2mm，所述的檢偏器(8)尺寸為4mm×4mm×2mm，所述的分束鏡(9)尺寸為4mm×4mm×2mm，所述的wollaston棱鏡(9)尺寸為4mm×4mm×3mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于梯度折射率透鏡的微型化微分干涉相襯顯微成像系統(tǒng),其特征在于：所述的梯度折射率透鏡(1)na(數(shù)值孔徑)＝0.5，f＝0.2mm，直徑2mm，長(zhǎng)度10mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于梯度折射率透鏡的微型化微分干涉相襯顯微成像系統(tǒng),其特征在于：所述的grin?lens(1)、起偏器(2)、半球透鏡(3)、白光光源(4)、cmos(6)、管鏡(7)、檢偏器(8)、分束鏡(9)和wollaston棱鏡(10)均集成在由3d打印的光學(xué)樹(shù)脂制成微型化顯微成像系統(tǒng)的外殼(5)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于梯度折射率透鏡的微型化微分干涉相襯顯微成像系統(tǒng),其特征在于：所述的管鏡(7)焦距f＝6mm，直徑d＝5mm，用于將樣本發(fā)出的經(jīng)過(guò)差分后的光線匯聚至cmos(6)感光面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于梯度折射率透鏡的微型化微分干涉相襯顯微成像系統(tǒng),其特征在于：所述的cmos(6)像元尺寸6μm，視場(chǎng)可達(dá)700×700μm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于梯度折射率透鏡的微型化微分干涉相襯顯微成像系統(tǒng)，其特征在于：所述設(shè)備總長(zhǎng)度25mm，寬度15mm×15mm，質(zhì)量?jī)H為4g，可以輕易固定在多軸機(jī)械臂上，實(shí)現(xiàn)橫向移動(dòng)，軸向移動(dòng)和同軸旋轉(zhuǎn)。