[發明專利]基于微離軸顯微干涉投影的折射率層析裝置

有效

• 申請號: 201010604252.7
• 申請日: 2010-12-24
• 公開（公告）號: CN102539381A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 來建成;薛亮;王綬玙;李振華
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明涉及一種光學顯微干涉層析裝置，特別是一種可應用于生物細胞內部折射率空間分布定量測量的顯微干涉層析裝置。

背景技術

折射率及其空間分布是表征生物組織光學特性的重要參量，深入了解生物樣品內折射率的空間分布對于生物組織光學模型的建立以及相關光傳輸理論的研究有著重要的意義。現有大量研究報道了組織內折射率的局部異常對生物組織內光傳輸過程的影響及其在發展疾病診斷技術中的應用。例如,?正常和惡性乳房組織之間存在折射率的差異,?這對于發展光學無創傷診斷技術有著非常重要的價值。在細胞尺度上,?折射率可以是描述生物樣品光學特性的獨立參量，是研究和分析細胞尺度上各類光學現象的基礎,它同樣是發展疾病光學診療技術的基礎，因此在細胞尺度上，測量生物樣品的折射率及其空間分布對于深入認識組織樣品的光學特性、生物組織內的光傳輸過程以及發展生物組織無創傷診斷技術都有著重要的價值。2009年1月15日公開的美國專利（申請號PCT/US2008/008447）提出了基于時間移相馬赫曾德干涉裝置，通過旋轉入射光角度獲取活細胞多方向折射率投影，并進行生物細胞折射率空間分布的三維層析就似乎，得到了紅血球內部折射率的三維分布。這種方法采用同軸干涉技術，通過時間移相技術獲取干涉投影數據，因此在光路中必須要有帶電控高精度時間相移裝置，這使得光路較為復雜、可靠性差，同時還必須要采集三幅以上的干涉圖才能獲得一個方向的干涉投影數據，使得干涉投影數據的獲取過程變得較為復雜，特別是實時性很差，這對于活體細胞的測量是十分不利的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種裝置簡單、實時性好的光學顯微折射率層析裝置，它將馬赫曾德干涉、微離軸顯微干涉、偏振相移、高速圖像采集、希爾伯特相位提取等技術相結合，有效克服了時間移相帶來的實時性問題，同時使系統具有結構簡單，穩定性好和重復性好等優點。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于微離軸顯微干涉投影的折射率層析裝置，包括偏振He-Ne激光器、擴束準直鏡、第一消偏振分光棱鏡、第二消偏振分光棱鏡、共焦顯微物鏡組即前顯微物鏡和后顯微物鏡、第一五維調節架、第二五維調節架、電控三維平移臺、1/4波片、第一全反鏡、第二全反鏡、偏振分光棱鏡、第一高速CMOS數字圖像采集裝置和第二高速CMOS數字圖像采集裝置；線偏振He-Ne激光器之后放置擴束準直鏡進行擴束準直，其后放置一消偏振分光棱鏡進行偏振分束；消偏振分光棱鏡的第一個輸出面之后放置前顯微物鏡和后顯微物鏡，前顯微物鏡和后顯微物鏡的共焦點處放置有待測細胞樣品，待測細胞樣品放置在電控三維平移臺上，前顯微物鏡放置在第一五維調節架上，后顯微物鏡放置在第二五維調節架上，后顯微物鏡之后放置消偏振分光棱鏡；消偏振分光棱鏡的第二個輸出面之后放置第一全反鏡將光路轉90度，第一全反鏡之后放置1/4波片進行偏振態變化，1/4波片之后放置第二全反鏡將光路再轉90度；第二全反鏡之后放置第二消偏振分光棱鏡對相互正交的入射光進行合束，第二消偏振分光棱鏡之后放置偏振分光棱鏡，偏振分光棱鏡的第一輸出面之后放置第一高速CMOS數字圖像采集裝置，第二輸出面之后放置第二高速CMOS數字圖像采集裝置，第一高速CMOS數字圖像采集裝置和第二高速CMOS數字圖像采集裝置同時分別獲取相移為????????????????????????????????????????????????的干涉圖，用以實時提取多方向干涉投影數據。

本發明與現有技術相比，其顯著優點：1．本發明結合微離軸干涉、偏振相移、希爾伯特相位提取和圖像高速采集等技術，能同時獲得相移為的兩幅干涉圖，然后通過希爾伯特相位提取法和相位解包法，恢復攜帶有細胞樣品折射率空間分布信息的相位投影數據，可將干涉投影數據獲取速度提高3倍以上，同時與離軸干涉相比，優化了頻譜帶寬，提高了后期重建精度。

2．以偏振相移代替了時間相移，簡化了光學顯微干涉層析裝置，使系統結構更為簡單、操作更為簡便，避免了時間相移的噪聲干擾，降低了裝置的成本。

3．以錐形光束投影取代傳統的平行光投影，可顯著提高光學顯微放大的倍數，有效改善了光學顯微干涉層析裝置空間分辨率。

4．采用高速CMOS相機的獲取干涉圖，可使干涉圖像的獲取時間縮短至毫秒量級，生物樣品的動態檢測能力。?

附圖說明

附圖是本發明基于微離軸顯微干涉投影的折射率層析裝置的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。