[發(fā)明專利]基于光強傳輸方程的環(huán)形光照明高分辨率定量相位顯微成像方法

有效

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• 申請日: 2017-03-24
• 公開（公告）號: CN106842540B
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 左超;張趙;陳錢;李加基;孫佳嵩;馮世杰;張佳琳;顧國華;張玉珍
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: G02B21/36
• 分類號: G02B21/36
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛

1.一種基于光強傳輸方程的環(huán)形光照明高分辨率定量相位顯微成像方法，其特征在于首先設(shè)計一個環(huán)形光闌，然后基于部分相干成像方法，引入弱物體近似，利用環(huán)形光闌以及明場顯微鏡的參數(shù)計算出弱物體光學(xué)傳遞函數(shù)WOTF，最后利用相機采集三幅強度圖像并通過反卷積求解光強傳輸方程得到定量相位圖；

環(huán)形光闌有兩個參數(shù)：一個是環(huán)形光闌的外徑r，另一個是圓環(huán)寬度Δs，Δs＝(5％～15％)r；該環(huán)形光闌的環(huán)形區(qū)域透光，中心為黑色不透光區(qū)域，外徑r等于明場顯微鏡的物鏡光瞳半徑；將該環(huán)形光闌放置在明場顯微鏡的聚光鏡孔徑光闌處，并將伯特蘭透鏡放入明場顯微鏡的目鏡觀察筒的筒鏡中，通過目鏡觀察物鏡后焦面以確保該環(huán)形光闌內(nèi)切于物鏡光曈。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光強傳輸方程的環(huán)形光照明高分辨率定量相位顯微成像方法，其特征在于設(shè)計的環(huán)形光闌由3D打印機打印，或者通過玻璃/金屬材料黑色陽極電鍍工藝制成，或者由可編程LED或LCD編碼實現(xiàn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光強傳輸方程的環(huán)形光照明高分辨率定量相位顯微成像方法，其特征在于計算弱物體光學(xué)傳遞函數(shù)WOTF，即弱物體光學(xué)傳遞函數(shù)的公式為：

其中，u和u'是傅里葉空間的二維坐標(biāo)，k是波數(shù)，λ是明場顯微鏡的照明光波長，S(u)表示環(huán)形光闌平面光源的光強分布，|P(u)|表示明場顯微鏡的物鏡光曈函數(shù)，Δz表示明場顯微鏡沿光軸的離焦距離，WOTF為求出的弱物體光學(xué)傳遞函數(shù)，該傳遞函數(shù)的虛部為弱物體的相位傳遞函數(shù)；

所設(shè)計的環(huán)形光闌為：

其中，為頻率坐標(biāo)，該頻率坐標(biāo)被歸一化到相干衍射極限，即NA_obj/λ，NA_obj表示物鏡數(shù)值孔徑，λ表示系統(tǒng)照明光波長；s₁和s₂分別表示環(huán)形光闌內(nèi)圈和外圈的數(shù)值孔徑，表示環(huán)形光闌平面光源的光強分布，表示明場顯微鏡的物鏡光曈函數(shù)；

根據(jù)明場顯微鏡的照明波長λ以及離焦距離Δz代入弱物體光學(xué)傳遞函數(shù)公式(1)中，計算出在特定離焦距離和照明波長下該環(huán)形光闌的弱物體光學(xué)傳遞函數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光強傳輸方程的環(huán)形光照明高分辨率定量相位顯微成像方法，其特征在于利用相機沿光軸拍攝三幅強度圖像，并通過反卷積求解光強傳輸方程得到定量相位圖，步驟如下：

第一步，通過手動調(diào)焦或電控離焦控制相機同步采集欠焦、聚焦、過焦三幅光強圖像，分別記作I_Δz(x)，I₀(x)與I_-Δz(x)，它們的離焦距離分別是Δz，0，-Δz；

第二步，對三幅光強圖像進(jìn)行傅里葉變換，分別記作與將以及計算得出的弱物體光學(xué)傳遞函數(shù)WOTF代入方程(4)中，通過反卷積求出相位的傅里葉變換

第三步，對進(jìn)行逆傅里葉變換即可求得定量相位φ(x),從而實現(xiàn)了高分辨率定量相位的顯微成像。