[發(fā)明專利]基于光瞳面調(diào)制的定量微分干涉相襯顯微成像裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210249858.6
• 申請(qǐng)日: 2022-03-14
• 公開（公告）號(hào): CN114858752A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬英;馬琳;郜鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/41
• 分類號(hào): G01N21/41;G01N21/45;G01N21/59;G01B11/24;G02B21/00;G02B21/06
• 代理公司: 西安嘉思特知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61230
• 代理人: 方婷

本發(fā)明公開了一種基于光瞳面調(diào)制的定量微分干涉相襯顯微成像裝置和方法，所述裝置包括沿光束傳播方向依次設(shè)置的環(huán)形光源、顯微物鏡、鏡筒透鏡、第一線偏振片、第一透鏡、空間光調(diào)制器、第二透鏡、第二線偏振片和圖像采集模塊，其中，環(huán)形光源用于發(fā)射環(huán)形光束，顯微物鏡與鏡筒透鏡的共焦面形成顯微成像裝置的光瞳面；第一線偏振片用于將物光波分為沿第一方向的偏振物光波和沿第二方向的偏振物光波；空間光調(diào)制器用于加載相位調(diào)制圖案；圖像采集模塊用于采集多張微分干涉相襯圖像。本發(fā)明結(jié)構(gòu)和計(jì)算過程簡(jiǎn)單，且共路徑干涉的光學(xué)結(jié)構(gòu)使裝置對(duì)外界擾動(dòng)具有非常強(qiáng)的免疫性，具有高的時(shí)間和空間相位靈敏度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)顯微成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光瞳面調(diào)制的定量微分干涉相襯顯微成像裝置及方法。

背景技術(shù)

光學(xué)顯微鏡自發(fā)明以來(lái)，作為一種非侵入式的成像技術(shù)在許多領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。然而，傳統(tǒng)的明場(chǎng)顯微鏡只能獲得樣品的振幅信息，無(wú)法對(duì)透明樣品進(jìn)行高對(duì)比度成像。熒光顯微鏡通過探測(cè)熒光物質(zhì)受激發(fā)時(shí)產(chǎn)生的熒光信號(hào)可對(duì)樣品的顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇性成像。然而，熒光標(biāo)記引起的光毒性及光漂白性等問題限制了熒光顯微鏡的應(yīng)用范圍。相比而言，定量相位顯微鏡無(wú)需熒光標(biāo)記，可對(duì)樣品進(jìn)行原位定量檢測(cè)，在生命醫(yī)學(xué)研究及工業(yè)檢測(cè)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

定量相位顯微鏡在近十年得到了快速的發(fā)展，研究人員先后開發(fā)了多種相位恢復(fù)算法及成像系統(tǒng)。其中，數(shù)字全息顯微鏡將全息技術(shù)和顯微成像相結(jié)合，通過對(duì)相機(jī)記錄的干涉圖樣進(jìn)行數(shù)字恢復(fù)，可再現(xiàn)出透明樣品的相位分布，已發(fā)展成為定量相位顯微成像的金標(biāo)準(zhǔn)。研究人員通過對(duì)樣品進(jìn)行環(huán)形機(jī)械掃描，極大地提高了數(shù)字全息顯微鏡的空間分辨率，但這也限制了其時(shí)間分辨率。數(shù)字全息顯微鏡具有很高的測(cè)量精度，但其需要額外的參考光，對(duì)光源的相干性要求較高。為了獲得樣品的相位分布信息并去除相干光源引起的散斑噪聲，數(shù)字全息顯微技術(shù)需要進(jìn)行復(fù)雜的圖像處理。另一方面，基于單光束衍射的定量相位顯微技術(shù)通過對(duì)一系列衍射圖案進(jìn)行迭代計(jì)算即可獲得樣品的相位分布信息，具有成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。其中，傅立葉疊層顯微成像技術(shù)整合了相位恢復(fù)和合成孔徑效應(yīng)，利用不同角度的發(fā)光二極管對(duì)樣品進(jìn)行順次照明，并進(jìn)行空間域和頻域之間的反復(fù)迭代運(yùn)算，可以恢復(fù)得到分辨率明顯增強(qiáng)的相位分布信息。然而，利用這類技術(shù)重建一張相位圖像需要采集多張?jiān)紙D像，因此成像速度受到了很大的限制。另外，這類技術(shù)需要通過復(fù)雜的圖像處理才能獲得樣品的相位信息，重建參數(shù)及模型的選擇極易引起計(jì)算誤差。基于則涅克相襯的定量相位顯微技術(shù)，在環(huán)形寬光譜照明下，通過對(duì)樣品的非散射光進(jìn)行一系列相位調(diào)制，可對(duì)透明樣品的相位分布信息進(jìn)行高質(zhì)量重建。這類技術(shù)具有共路徑干涉的光學(xué)結(jié)構(gòu)，對(duì)環(huán)境擾動(dòng)具有非常好的免疫性。值得一提的是，基于則涅克相襯的定量相位顯微技術(shù)需要僅對(duì)非散射光進(jìn)行相位調(diào)制，才能避免光暈偽影并獲得樣品的準(zhǔn)確相位信息。然而，現(xiàn)存的基于則涅克相襯的定量相位顯微鏡中，環(huán)形光源的有效寬度很難做到很窄，導(dǎo)致散射光受到不正確的相位調(diào)制，進(jìn)而影響相位圖像的質(zhì)量和準(zhǔn)確性。另一方面，基于則涅克相襯的定量相位顯微技術(shù)對(duì)強(qiáng)散射樣品進(jìn)行成像時(shí)，無(wú)法在成像系統(tǒng)的光瞳面處產(chǎn)生聚焦的非散射光來(lái)進(jìn)行相移操作，因此該技術(shù)無(wú)法對(duì)強(qiáng)散射樣品進(jìn)行相位恢復(fù)。