[發(fā)明專利]LED照明的干涉顯微裝置和方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810933070.0
• 申請(qǐng)日: 2018-08-16
• 公開（公告）號(hào): CN108931207A
• 公開（公告）日: 2018-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭榮禮;王凡;路紹軍;張維光;韓峰;于洵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/24
• 分類號(hào): G01B11/24;G02B21/00;G02B21/06;G02B21/36
• 代理公司: 西安新思維專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 61114
• 代理人: 黃秦芳

本發(fā)明提出一種LED照明的干涉顯微成像裝置和方法。以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、光路調(diào)整困難，以及時(shí)間分辨率低的問(wèn)題。本發(fā)明裝置LED照明單元包括沿光軸方向依次設(shè)置的LED光源、倒置的第一顯微物鏡、小孔光闌和第一透鏡；干涉顯微單元包括沿光軸方向依次設(shè)置的第二透鏡、第二顯微物鏡和第二分光棱鏡，第二分光棱鏡的反射光路上設(shè)置有反射鏡，所述第二顯微物鏡工作距離的長(zhǎng)度大于第二分光棱鏡的長(zhǎng)度；成像單元包括設(shè)置于第一透鏡和第二透鏡之間的第一分光棱鏡，CCD相機(jī)的入射面設(shè)置于第一分光棱鏡的反射光路上；先將樣品設(shè)置于第二分光棱鏡的出射光路上，且位于第二顯微物鏡的前焦面，然后按照一定的步驟依次操作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提出一種LED照明的干涉顯微成像裝置和方法，適用于反射式樣品的定量精確測(cè)量。

背景技術(shù)

干涉顯微技術(shù)具有無(wú)需熒光標(biāo)記、可全場(chǎng)測(cè)量和測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)，在生物細(xì)胞成像、微納檢測(cè)和表面形貌測(cè)量等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。在干涉顯微技術(shù)中，通常采用激光器作為光源。由于激光的相干性好，物光和參考光很容易形成干涉條紋。在離軸干涉顯微中，激光經(jīng)過(guò)擴(kuò)束、準(zhǔn)直后分為兩路，一路光照明樣品作為物光波，另一路光作為參考光，物光和參考光相遇產(chǎn)生干涉條紋，當(dāng)物光波波矢和參考光波波矢的夾角為α?xí)r，干涉條紋的周期為d＝λ/2sin(α/2)，其中λ為光波波長(zhǎng)。對(duì)于離軸干涉圖，通常采用傅立葉變換算法進(jìn)行處理，首先對(duì)干涉圖做傅立葉變換，變換到頻域；然后，在頻域設(shè)置濾波器，把物光波頻譜濾出來(lái)；最后對(duì)物光波頻譜做傅立葉逆變換，得到物光波的復(fù)振幅分布，進(jìn)而得到樣品的相位分布。該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、快捷，但是要求干涉條紋的周期比較小(同時(shí)，需要滿足尼奎斯特采樣頻率要求)，以保證頻域中物光波頻譜、0級(jí)頻和物光波共軛頻譜三者分開。整體而言，激光照明的離軸干涉顯微技術(shù)具有可實(shí)時(shí)測(cè)量和干涉裝置容易調(diào)整的優(yōu)點(diǎn)。但是，激光作為高相干性光源，在干涉測(cè)量的時(shí)候，由于光路中透鏡等元件表面的塵埃、劃痕的散射、或者由于透鏡表面的多次反射等原因，在干涉圖中會(huì)引入寄生的雜散光干涉條紋或者散斑，這些相干噪聲會(huì)降低測(cè)量的精度。

為了降低激光的相干噪聲對(duì)測(cè)量精度的影響，可以采用低相干光源。LED作為一種低相干光源，與激光相比，除了具有相干噪聲小的優(yōu)點(diǎn)外，還具有價(jià)格低、體積小的優(yōu)點(diǎn)。目前，LED用于干涉顯微的時(shí)候有兩大缺點(diǎn)：一是干涉裝置復(fù)雜；二是通常需要用到相移干涉技術(shù)。由于LED發(fā)出的光波相干長(zhǎng)度通常只有幾微米到幾十微米(取決于光源譜寬)，為了實(shí)現(xiàn)干涉，在搭建干涉裝置的時(shí)候，物光路和參考光路的光程差必須小于相干長(zhǎng)度。目前，用到的光路結(jié)構(gòu)有馬赫-曾德干涉儀(Optics Letters,volume 37,issue 12,2012，F(xiàn).Duboiset al.)、邁克爾遜干涉儀(Optics Express,volume 15,issue 15,2007，N.Warnasooriyaet al.)和Linnik干涉儀(Applied Optics,volume 52,issue 34,2013，Rongli Guo etal.)等結(jié)構(gòu)。在這些干涉儀中，為了保證物光和參考光光程相等，在物光臂和參考光臂中需要放置完全相同的光學(xué)元器件，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜、光路調(diào)整困難。另外，由于LED光波的相干長(zhǎng)度短，不能直接得到離軸干涉圖。為了重建相位分布，通常需要結(jié)合相移干涉技術(shù)，通過(guò)記錄多幅相移干涉圖(Optics Express,volume 15,issue 15,2007，N.Warnasooriya etal.)，時(shí)間分辨率低，不能對(duì)動(dòng)態(tài)樣品成像。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要提供一種LED照明的實(shí)時(shí)干涉顯微裝置和方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、光路調(diào)整困難，以及時(shí)間分辨率低的問(wèn)題。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種LED照明的實(shí)時(shí)干涉顯微裝置，其特征在于：沿光軸方向依次設(shè)置有LED照明單元、干涉顯微單元和成像單元；

所述LED照明單元包括沿光軸方向依次設(shè)置的LED光源、倒置的第一顯微物鏡、小孔光闌和第一透鏡；