استعراض

وفي الآونة الأخيرة، طور مهندسو جامعة رايس lensless، مجال واسع من الرأي، رقيقة جدا مضان المجهر "FlatScope". سمك منه هو أرق من بطاقات الائتمان، بما فيه الكفاية صغيرة لتناسب على الإصبع. ويمكن أن تولد معدل الإطار عالية، ودقة الصورة مضان ميكرون الأبعاد يمكن تطبيقها على الجانب المنظار، تصوير مساحة واسعة، المجهر مرونة.

خلفية

المجهر، وعادة مصنوعة أداة بصرية تتألف من واحد أو مزيج من عدة عدسات الكائنات تضخيم العين البشرية لا يمكن ملاحظتها بشكل رئيسي للغرامة، بحيث كان مرئيا للعين المجردة. شهد هذا الاختراع بداية العصر النووي في المجهرية.

في علم الأحياء، المجهري مضان التقليدية هي أداة أساسية. والمشع جزيئات الخلايا أو الأنسجة جزءا لا يتجزأ مع ضوء طول موجي معين، فإن الباحثين جمع إشارة مضان من هذه الجسيمات. تسمح هذه التقنية تمكن العلماء من قرار نانومتر، واستكشاف وتتبع العوامل البيولوجية.

ومع ذلك، المجهر مضان التقليدية مع جميع المجاهر والتلسكوبات والكاميرا، كما يتم تحديد القرار حسب حجم العدسات، لذلك غالبا ما تكون كبيرة وثقيلة، مما يحد من الطلب في مجال البيولوجيا.

(المصدر: ويكيبيديا)

وعلاوة على ذلك، فإن هيكل مجموعة عدسة المجهر التقليدية هناك عيب: كما تصبح العدسة الصغيرة، التي أن يجمع أقل ضوء، أو مجال الرؤية من التصوير يصبح أصغر.

ابتكار

مع الابتكار وتطوير التكنولوجيا، والعدسة لم يعد ضروريا مكونات بعض المجهر. وفي الآونة الأخيرة، المهندسين جامعة رايس تهدف إلى التغلب على أوجه القصور التقليدية للبنية مجموعة عدسة المجهر، لا طائرة في عدسة الكاميرا قبل أساس "FlatCam"، طورت lensless رقيقة جدا مضان المجهر "FlatScope".

كما هو مبين أدناه: هذه البيانات يمكن استخدامها لتنفيذ طائرة قياس ثلاثي الأبعاد المجهر، والتقاط الصور تحقيقها من خلال حجم قناع من ظفر وشريحة الكاميرا. يرسل البيانات إلى جهاز الكمبيوتر الذي يتم معالجتها بعد ذلك إلى صورة.

(المصدر: جيف Fitlow جامعة / رايس)

بدأت الدراسة كدراسة من الوكالة الأميركية الدفاع مشاريع البحوث المتقدمة (DARPA) زرع، وارتفاع القرار واجهة العصبية جزءا من الخطة. المهندسين جامعة رايس أشوك Veeraraghavan، يعقوب روبنسون، ريتشارد بارانيوك وغيرهم من الباحثين في مجلة "التقدم في العلوم (علوم السلف)"، ورقة نشرت مقالا يصف نتائج البحوث.

هذا المجال واسع من الرأي المجهر، وسمك أنحف من بطاقة الائتمان، وهو ما يكفي صغيرة وضعت على طرف الإصبع. ويمكن أن تولد معدل الإطار عالية، قرار من الحجم الكلي للصورة مضان ثلاثية الأبعاد للصورة ثلاثية الأبعاد يمكن أن تغطي بضعة ملليمترات ميكرون مكعب.

(المصدر: جيف Fitlow جامعة / رايس)

الشكل أدناه هو خريج من جامعة رايس فيفيك Boominathan (يسار) وجيسي أدامز وبناء الطائرة التجريبية من المجهر. الطائرة كاميرا lensless ويمكن استخدام المجهر مضان، ويمكن استخدامها لالتقاط بيانات ثلاثية الأبعاد، وبناء صورة من مجال الرؤية من أي مكان الكائن.

(المصدر: جيف Fitlow جامعة / رايس)

تكنولوجيا

يستخدم فريق من الباحثين في جامعة رايس نهجا مختلفا: استخدام كل من الكاميرا الإلكترونية في كل من الجهاز المسؤول عن جانب (CCD) القبض على رقاقة الضوء الساقط. مثل FlatCam البند السابق، FlatScope يعادل حجم مجال الرؤية للاستشعار CCD، والتي يمكن أن تكون أكبر أو أصغر حسب الحاجة. تبديل مجموعة عدسة في المجهر التقليدية من خلال السعة قناع مخصص (قناع السعة)، مما شكله مسطح.

هذا القناع هو مماثل لقانون نقابة المحامين مباشرة أمام CCD. الضوء من خلال القناع، والمشع على جهاز الاستشعار، يمكن فهم برنامج كمبيوتر وتصبح تحويلها إلى بيانات الصورة.

(المصدر: مرجع [2])

قد يتم القبض على أي جزء من الخوارزمية بواسطة المجهر متحد البؤر بيانات ثلاثية الأبعاد لتوليد حقل ميكرون الحجم نظر تفاصيل صورة الكائن.

وقال روبنسون أن هذا بدقة عالية بحيث يصبح جهاز المجهر. وقال: "لديك كاميرا الهاتف أو الكاميرا الرقمية SLR يمكن أن تصل إلى 10 ميكرون القرار عند التقاط صورة الاقتصاد الكلي مع قرار من حوالي 20-50 ميكرون سأقدم لك كنوع من المجهر. في الصورة تشكيل الأجهزة الميكروسكيل. يعني "أن أقل من قطر شعرة من الكائن، مثل الخلايا، مكونات الخلية أو بنية ليفية غرامة.

يتطلب هذا القرار تعديل لتحقيق قناع FlatCam، لمواصلة تقليل كمية من الضوء تصل إلى أجهزة الاستشعار، وإعادة كتابة البرنامج. وقال روبنسون: "هذا ليس من غير المجدي أن خوارزمية FlatCam تطبيقها ببساطة إلى نفس التكنولوجيا التي نستخدمها في تصوير الأشياء البعيدة."

(يستخدم فتحة للتحكم في الضوء من خلال العدسة، وكمية الضوء التي تدخل سطح حساس من الجسم جهاز) مماثلة عدسة قناع فتحة للكاميرا، ولكن فقط بضع مئات من ميكرون من أجهزة الاستشعار، وفقط تسمح للضوء بالمرور جزئيا، مما يحد من كمية البيانات وبالتالي تبسيط العملية.

وقال روبنسون: "في كاميرا ميغابكسل، وحساب يتطلب المليون مضروبا من مليون عنصر المصفوفة وهو نمط مصفوفة كبيرة جدا ولكن لأننا مرت الصفوف والأعمدة وتقسيمها، لنا. واحد فقط مليون من عناصر المصفوفة ".

البيانات قطع من 600 غيغا بايت إلى 21 ميغا بايت أكثر عملية، يعني تقصير وقت المعالجة. يأخذ الإصدارات في وقت مبكر FlatCam ساعة أو حتى مزيدا من الوقت لمعالجة الصورة، والبيانات ثلاثية الأبعاد التقاط الطائرة المجهر الآن سرعة FlatScope تصل إلى 30 لقطة في الثانية الواحدة.

قيمة

وقال Veeraraghavan، وبذلك الأمور ستزدهر الكاميرا الطائرة والمجهر للعديد من التطبيقات. وهذا بدوره في خفض التكاليف. وقال: "بالمقارنة مع الكاميرات التقليدية، وهذه التكنولوجيا هي ميزة كبيرة، لأننا لسنا بحاجة إلى عدسة، وبالتالي فإن الجمعية لا تحتاج إلى أن تصنع القول، والمنتج يمكن أن تستمر إلى أن يتم إنتاجها من خط الانتاج .."

من البيانات Veeraraghavan، ليس من الصعب العثور على الأشياء في تطوير المد والجزر، FlatScope والتكنولوجيا المرتبطة بها لديها آفاق تطبيق واسع، وبسبب احتمالات جيدة في السوق، ومن المتوقع أيضا أن يقلل من التكلفة، بينما التصنيع الأكثر تقليدية في إنتاج يكون المنتجات أيضا ميزة.

عن استخدام الرأي، فإنه قد تشمل سيناريوهات التطبيق: المنظار زرع السريري، في ساحة المعركة في حجم كف اليد مع المجهر، جهاز تصوير مساحة واسعة، المجهر مرونة. وأشار الباحثون إلى أن وظائفهم وتتركز أساسا في تطبيقات مضان، FlatScope أن تستخدم أيضا لحقل مشرق، الحقل الظلام وينعكس المجهر الضوئي.

الكلمة

كاميرا، المجهر، شريحة، عدسة

المواد المرجعية

[1]

[2] جيسي K. آدمز، فيفيك Boominathan، بنيامين W. Avants، دانيال G. Vercosa، فان يي، ريتشارد G. Baraniuk، يعقوب T. روبنسون، أشوك Veeraraghavan. احد الإطار 3D مضان المجهر مع ultraminiature lensless FlatScope . التقدم العلوم، 2017 (3)؛ (12): e1701548 دوى: 10.1126 / sciadv.1701548