[實(shí)用新型]一種兩步衍射相位成像系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420556265.5
• 申請(qǐng)日: 2014-09-26
• 公開（公告）號(hào): CN204116710U
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐媛媛;王亞偉;季穎;梁敏捷;張力
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B21/36
• 分類號(hào): G02B21/36;G02B21/00
• 代理公司: 江蘇縱聯(lián)律師事務(wù)所 32253
• 代理人: 蔡棟

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于干涉顯微成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光柵衍射的兩步衍射相位顯微成像技術(shù)。

背景技術(shù)

光學(xué)顯微技術(shù)為微觀事物的觀察開啟了一扇大門，在生物學(xué)以及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。眾多的生物樣品，如活細(xì)胞，大部分是透明的，表現(xiàn)為相位物體。利用相位與強(qiáng)度之間轉(zhuǎn)換的相位成像技術(shù)可對(duì)這些樣品進(jìn)行無損傷的清晰成像。目前，干涉相位顯微技術(shù)是其中的主流技術(shù)，具有測量速度快、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)。

2004年美國Gabriel?Popescu教授提出傅里葉相位顯微技術(shù)，利用樣品的散射光與非散射光分別作為物場與參考場，使之發(fā)生共幾何光路同軸干涉，結(jié)合相移技術(shù)，采集多幅干涉圖以實(shí)現(xiàn)相位成像。類似技術(shù)還有美國專利技術(shù)US2009290156?(A1)（空間光干涉顯微鏡與細(xì)胞組織的傅里葉變換光散射傳輸方法）。該類技術(shù)相位成像高度穩(wěn)定，相位恢復(fù)運(yùn)算簡便，不足的是精確調(diào)控相移在實(shí)際中是比較困難的，而且多次相移也不利于樣品的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)測量。相比之下，離軸干涉具有單次拍攝特性，可以很好地用于相位物體快現(xiàn)象的研究。如麻省理工學(xué)院專利技術(shù)CN20110374950.7（用于希爾伯特相位成像的系統(tǒng)和方法），它基于典型的馬赫-曾德爾干涉光路，利用希爾伯特積分變換處理單幅干涉圖以實(shí)現(xiàn)干涉相位成像。又如2006年瑞士Lyncee?Tec?SA公司基于離軸干涉首次推出了數(shù)字全息顯微鏡（DHM-1000），可直接觀測樣品的三維形貌和相位分布。然而此類技術(shù)中物光與參考光采用分離光路干涉，易受外界振動(dòng)、環(huán)境干擾等影響。對(duì)此，共光路的離軸干涉相位成像被提出。如衍射相位顯微技術(shù)以及它的延伸技術(shù)利用光柵的衍射特性在不犧牲穩(wěn)定性的前提下，實(shí)現(xiàn)了快速成像。但它與其他離軸干涉一樣，不能夠充分利用CCD的分辨率和空間帶寬，而且在相位恢復(fù)過程中需要通過高通濾波消除背景像，容易造成高頻信息的缺失。為解決這兩問題，一類結(jié)合相移技術(shù)的輕微離軸干涉技術(shù)被提出，如美國杜克大學(xué)Adam?Wax教授通過控制兩偏振片實(shí)現(xiàn)的兩步輕微離軸干涉。該技術(shù)在相位恢復(fù)運(yùn)算中采用兩干涉圖樣相減消除不需要的背景像，無需高通濾波保證了樣品信息的完整。但是相移需要事后通過擬合背景條紋確定，一定程度上增加了相位恢復(fù)的復(fù)雜性。另外，此技術(shù)采用的是雙光路的干涉顯微，不具備共光路優(yōu)勢。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中離軸干涉相位顯微可從單幅干涉圖解調(diào)相位信息，但離軸干涉不能充分利用CCD空間帶寬，且常用的背景像高通濾波也會(huì)造成高頻信息缺失；雖然也有一些技術(shù)，如文中提到的Adam?Wax提出的兩步輕微離軸干涉可解決上述的問題，但采用的是雙光路干涉成像系統(tǒng)，不穩(wěn)定，且需要器件來實(shí)現(xiàn)相移，并需對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)測量。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于提供一種兩步衍射相位成像系統(tǒng)，以充分利用CCD空間帶寬和免除背景像高通濾波，使同時(shí)適用于離軸干涉和輕微離軸干涉，增強(qiáng)相位成像的穩(wěn)定性、精確度和效率。

為了解決以上技術(shù)問題，本實(shí)用新型利用光柵衍射特性的兩步衍射相位成像技術(shù)，采用的具體解決方案如下：

一種兩步衍射相位成像系統(tǒng)，光路采用類衍射相位成像光路：沿著激光器(1)的輸出方向依次連接偏振片(2)以及由第一透鏡(3)、針孔空間濾波器(4)與第二透鏡(5)組成的擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)，然后依次連接由樣品(6)、可調(diào)載物臺(tái)(7)、顯微物鏡(8)及反射鏡(9)組成的顯微系統(tǒng)，形成放大的顯微像；沿著顯微系統(tǒng)后的出射光束依次放置有中繼鏡(10)、光圈(11)和置于成像屏IP上的光柵(12)，分成了許多級(jí)包含顯微圖像信息的衍射光；然后各級(jí)衍射光通過設(shè)定的空間頻率濾波系統(tǒng)分離出所需的衍射光，并相干涉，在CCD(18)上形成干涉圖樣；其特征在于：還包括沿著衍射光束傳播方向依次由第三透鏡(13)、空間光調(diào)制器(14)、第一擋板(16)、第二擋板(17)與第四透鏡(15)組成的標(biāo)準(zhǔn)4f空間濾波系統(tǒng)；所述空間光調(diào)制器(14)位于第三透鏡(13)傅里葉平面FP上，有3個(gè)濾波窗口，分別只允許+1級(jí)、0級(jí)與-1級(jí)衍射光束通過；所述第一擋板(16)與第二擋板(17)結(jié)構(gòu)完全相同，分別位于-1級(jí)和+1級(jí)衍射光在傅里葉平面FP?聚焦區(qū)域位置處，用于擋住-1級(jí)和+1級(jí)衍射光通過。

所述光柵(12)的光柵常量依據(jù)具體要求刻制，以實(shí)現(xiàn)離軸干涉和輕微離軸干涉，因?yàn)閮上喔缮婀獠▋A斜角由光柵常量決定。