本實用新型涉及顯微鏡照明領(lǐng)域及電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及數(shù)字微鏡器件在顯微鏡照明方面應(yīng)用的一種視域可編程顯微鏡裝置，該裝置可用于需要不同照明亮度及照明圖形的樣品圖像數(shù)據(jù)獲取。

背景技術(shù)：

目前，隨著生物物理化學(xué)等領(lǐng)域研究的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的日益進步，顯微鏡的應(yīng)用基本在所有的科學(xué)研究中都有所涉及，對樣品的觀察模式也有了更高的要求。在觀察熒光類樣品時，需要對樣品進行不同照明亮度、照明圖形、照明波長或照明區(qū)域的照射做對照；有時還需要高速掃描樣品以觀察諸如血細胞流動等過程；在光刻工藝中，需要對極小的區(qū)域進行瞬時曝光等。這些都對照射光的亮度、波長、形狀、區(qū)域、掃描速度等有著極高的要求，因此需要對照射光進行空間調(diào)制并方便地顯示存儲及反饋調(diào)整。

而傳統(tǒng)顯微鏡的空間光調(diào)制是通過針孔陣列、透鏡陣列來實現(xiàn)的，一旦設(shè)計制造完畢后便再也無法更改，調(diào)整參數(shù)時只能選擇更換器件的方式，在實際使用的過程中非常的不方便。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供的一種視域可編程顯微鏡，通過數(shù)字微鏡實現(xiàn)對空間光的快速調(diào)制，可以任意改變照射光亮度、波長、照射形狀、照射區(qū)域、曝光時間、掃描頻率等，還能夠方便地在PC機上顯示存儲及反饋調(diào)整，同時具有操作簡單、顯示存儲方便等特點。

實現(xiàn)本實用新型目的的具體技術(shù)方案是：

一種視域可編程顯微鏡裝置，它包括PC機、控制電路、光源、光學(xué)濾波器、勻光光棒、棱鏡透鏡組、數(shù)字微鏡器件、透鏡陣列、樣品載物臺及攝像頭，所述PC機分別與控制電路、攝像頭連接，控制電路分別與光源、光學(xué)濾波器、數(shù)字微鏡器件、透鏡陣列連接，光源與光學(xué)濾波器連接，光學(xué)濾波器與勻光光棒連接，勻光光棒與棱鏡透鏡組連接，棱鏡透鏡組與數(shù)字微鏡器件連接，數(shù)字微鏡器件與透鏡陣列連接，透鏡陣列與樣品載物臺連接，樣品載物臺與攝像頭連接；

其中：所述控制電路包括FPGA、ARM微處理器、AS接口、JTAG接口、電機、LED及蜂鳴器；所述FPGA分別與AS接口、ARM微處理器相連，所述ARM微處理器分別與JTAG接口、電機、LED、蜂鳴器相連。

上述裝置實現(xiàn)視域可編程顯微包括以下具體步驟：

步驟1：PC機控制光源照射到數(shù)字微鏡器件上

?。㏄C機通過控制電路打開光源開關(guān)，通過光學(xué)濾波器使其變?yōu)樘囟úㄩL的照射光；

ⅱ）照射光通過勻光光棒，使點光源展寬為面光源；

ⅲ）照射光通過棱鏡透鏡組，使照射光面符合數(shù)字微鏡器件大??；

步驟2：數(shù)字微鏡器件對空間光進行調(diào)制并照射到樣品上

?。┛刂齐娐房刂茢?shù)字微鏡器件每個鏡子的旋轉(zhuǎn)角度，使其呈現(xiàn)出“打開”或者“關(guān)斷”狀態(tài)，控制空間光的亮度、形狀、區(qū)域、持續(xù)時間、掃描頻率，完成對空間光的調(diào)制，或者通過控制光學(xué)濾波器產(chǎn)生的不同波長照射光照射不同區(qū)域，實現(xiàn)多區(qū)域多色彩對比照明；

ⅱ）調(diào)制后的空間光經(jīng)過透鏡陣列，由控制電路對透鏡陣列進行焦距調(diào)整，保證空間光能夠均勻準(zhǔn)確地照射在待測樣品的表面上；

步驟3：攝像頭采集待測物的圖像數(shù)據(jù)并在PC上進行顯示

?。z像頭采集待測物的圖像數(shù)據(jù)上傳至PC機屏幕上進行顯示或存儲，可以根據(jù)顯示效果調(diào)節(jié)數(shù)字微鏡器件的參數(shù)，再次對待測物的圖像數(shù)據(jù)進行采集。

本實用新型解決了目前傳統(tǒng)顯微鏡調(diào)制光參數(shù)改變困難的問題，使用了先進的數(shù)字微鏡器件對照射光進行調(diào)制，可以方便地對照射光進行亮度、形狀、區(qū)域、波長、持續(xù)時間、掃描頻率的精確控制，并用攝像頭代替顯微鏡目鏡，方便地顯示或存儲在PC機上并由用戶根據(jù)顯示效果進行參數(shù)調(diào)整。

附圖說明

圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型控制電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為實用新型工作模式設(shè)置流程圖；

圖4為本實用新型多區(qū)域多色彩照明模式示意圖；

圖5為本實用新型的PC機顯示示意圖。

具體實施方式

參閱圖1，本實用新型包括PC機1、控制電路2、光源3、光學(xué)濾波器4、勻光光棒5、棱鏡透鏡組6、數(shù)字微鏡器件7、透鏡陣列8、樣品載物臺9及攝像頭10。所述PC機1分別與控制電路2、攝像頭10相連，控制電路2分別與光源3、光學(xué)濾波器4、數(shù)字微鏡器件7及透鏡陣列8相連，光源3與光學(xué)濾波器4相連，光學(xué)濾波器4與勻光光棒5相連，勻光光棒5與棱鏡透鏡組6相連，棱鏡透鏡組6與數(shù)字微鏡器件7相連，數(shù)字微鏡器件7與透鏡陣列8相連，透鏡陣列8與樣品載物臺9相連，樣品載物臺9與攝像頭10相連。PC機1通過控制電路2控制各個器件工作，控制電路2控制光源3的開關(guān)產(chǎn)生照射光，照射光通過由控制電路2控制的光學(xué)濾波器4變成特定波長的照射光，再通過勻光光棒5使點光源變成面光源，經(jīng)過棱鏡透鏡組6擴展為符合數(shù)字微鏡器件7大小的光束；控制電路2控制數(shù)字微鏡器件7產(chǎn)生特定亮度、區(qū)域、圖形或掃描速度的調(diào)制光，并控制透鏡陣列8調(diào)整焦距使調(diào)制光均勻準(zhǔn)確地照射在樣品載物臺9的待測樣品11上，最后由攝像頭10代替顯微鏡目鏡收集樣品圖像數(shù)據(jù)，并在PC機1上顯示或存儲，PC機1根據(jù)顯示的結(jié)果進行反饋調(diào)整各個器件的參數(shù)。

參閱圖2，為本實用新型控制電路結(jié)構(gòu)示意圖。所述控制電路2包括FPGA 21、ARM微處理器22、AS接口23、JTAG接口24、電機25、LED26及蜂鳴器27；所述FPGA 21分別與AS接口23、ARM微處理器22相連，所述ARM微處理器22分別與JTAG接口24、電機25、LED26、蜂鳴器27相連。AS接口23用來燒寫FPGA 21代碼，JTAG接口24用來燒寫和調(diào)試ARM微處理器22代碼，ARM微處理器22通過UART總線接收到命令，將命令解析后發(fā)送相應(yīng)參數(shù)至FPGA 21，并同時根據(jù)參數(shù)設(shè)置，控制電機25驅(qū)動透鏡陣列調(diào)整焦距，如果控制電路工作異常，則控制LED 26、蜂鳴器27進行提示。

本實用新型控制電路2工作過程：用戶在PC機1設(shè)置完成顯微鏡觀察模式及參數(shù)后，通過UART總線發(fā)送至ARM微處理器；ARM微處理器通過I2C總線發(fā)送命令，打開光源3的同時驅(qū)動光學(xué)濾波器4工作，使光學(xué)濾波器4周期性地通過不同波長的光；ARM微處理器解析PC機1指令，將指令中需要設(shè)置的參數(shù)通過SPI總線發(fā)送至FPGA；FPGA根據(jù)參數(shù)設(shè)置數(shù)字微鏡器件7劃分的區(qū)域；FPGA 21統(tǒng)一設(shè)置各區(qū)域數(shù)字微鏡打開的周期與光學(xué)濾波器4運行周期一致，可使不同區(qū)域的數(shù)字微鏡反射某一固定波長的光；FPGA 21根據(jù)參數(shù)分區(qū)域設(shè)置數(shù)字微鏡器件7的打開時刻，可使數(shù)字微鏡器件7反射符合參數(shù)設(shè)置要求波長的光，可呈現(xiàn)多區(qū)域不同色彩照明的效果；FPGA 21分區(qū)域設(shè)置數(shù)字微鏡器件7的打開時間，可使其呈現(xiàn)不同亮度照明的效果；FPGA 21分區(qū)域設(shè)置數(shù)字微鏡器件7打開形狀，可產(chǎn)生不同照明形狀；FPGA 21設(shè)置完畢上述參數(shù)后，驅(qū)動整個數(shù)字微鏡器件7工作；ARM微處理器22在檢測到數(shù)字微鏡器件7正常工作后，根據(jù)用戶設(shè)置的焦距參數(shù)，通過IO口控制電機25驅(qū)動透鏡陣列8進行焦距調(diào)整；透鏡陣列8調(diào)整焦距完畢后，ARM微處理器22通知PC機1進行圖像采集；ARM微處理器22收到PC機1采集圖像完成的消息后，復(fù)位光學(xué)濾波器4，同時向FPGA 21發(fā)送指令復(fù)位數(shù)字微鏡器件7；FPGA 21復(fù)位數(shù)字微鏡器件7后，ARM微處理器22開始等待接收新的PC機命令。

參閱圖3，為本實用新型工作模式設(shè)置流程圖。首先用戶通過PC機1設(shè)置參數(shù)，之后設(shè)置采集模式為單次模式、動態(tài)顯示模式或高速掃描模式。若為單次采集模式則單次運行控制流程進行采集；若為動態(tài)顯示模式，則循環(huán)運行控制流程進行采集；若為高速掃描模式，則設(shè)置掃描次數(shù)，根據(jù)設(shè)置的掃描次數(shù)運行控制流程。

參閱圖4，為本實用新型多區(qū)域多色彩照明模式示意圖，光學(xué)濾波器4開始工作后，在一個周期的不同時刻通過不同波長的光；將光學(xué)濾波器4的一個周期分為多個時間間隔，控制電路2控制數(shù)字微鏡器件7的某一個區(qū)域在t₁時間間隔內(nèi)打開，反射光學(xué)濾波器4通過的波長為λ₁的照射光，照亮區(qū)域S₁，同時其他區(qū)域的數(shù)字微鏡為關(guān)斷狀態(tài)；控制電路2控制數(shù)字微鏡器件7的另一個區(qū)域在t₂時間間隔內(nèi)打開，反射光學(xué)濾波器4通過的波長為λ₂的照射光，照亮區(qū)域S₂，同時其他區(qū)域的數(shù)字微鏡為關(guān)斷狀態(tài)。以此類推，重復(fù)上述周期過程，因為人眼具有視覺暫留效應(yīng)，可呈現(xiàn)出多個區(qū)域多色彩的照明效果。

參閱圖5，為本實用新型的PC機1顯示示意圖，在設(shè)置調(diào)制參數(shù)時，可直接用鼠標(biāo)在樣品圖像上進行點擊選擇感興趣區(qū)域，方便根據(jù)顯示效果進行反饋調(diào)節(jié)。

實施例

隨著生物物理化學(xué)等領(lǐng)域研究的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的日益進步，顯微鏡的應(yīng)用基本在所有的科學(xué)研究中都有所涉及，人們對樣品的觀察模式也有了更高的要求。以熒光蛋白的觀測為例，在觀察熒光蛋白時，需要降低照明亮度，通過不同波長照射多個區(qū)域進行觀察。將待測熒光蛋白11放置在樣品載物臺9上；用戶在PC機1上設(shè)置采集模式為動態(tài)顯示模式，選擇多個照明區(qū)域，并為每個照明區(qū)域設(shè)置自定義的照明亮度、照明形狀及照明波長；用戶確認參數(shù)無誤后，PC機1將命令發(fā)送至控制電路2中的ARM微處理器22；ARM微處理器22接收到命令后，打開光源3的同時，驅(qū)動光學(xué)濾波器4開始工作；ARM微處理器22解析命令，將其中的參數(shù)傳送至FPGA 21，F(xiàn)PGA 21根據(jù)參數(shù)設(shè)置，驅(qū)動數(shù)字微鏡器件7；同時ARM微處理器22驅(qū)動電機25調(diào)整透鏡陣列8焦距；在焦距調(diào)節(jié)完畢后，攝像頭10開始循環(huán)采集熒光蛋白的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至PC機1上，可以呈現(xiàn)動態(tài)顯示的效果。

本實用新型相比于傳統(tǒng)顯微鏡空間光調(diào)制靈活、顯示存儲方便、響應(yīng)速度快。