[发明专利]一种共光路干涉相位显微一次成像系统及方法

说明书

本发明提供一种共光路干涉相位显微一次成像系统及方法，包括激光器、中性可调衰减器、扩束准直器、半透半反镜、视场光阑、非偏振分光棱镜、反射载物台、样品、显微物镜、第三透镜、CCD和计算机；本发明基于差分干涉光路，采用非偏振分光镜把激光分为物光与参考光两束平行光，再利用反射载物台全反射物光与参考光，物光和参考光经非偏振分光棱镜合束后以共光路的方式传播，后经显微物镜放大，最终被CCD相机采集并传输到计算机里并显示；本发明可通过调整反射载物台的角度实现现有的光路干涉成像系统，其中包括离轴干涉、同轴干涉和轻微离轴干涉。本发明在相位显微方面具有广泛的实用价值与应用前景，特别是在生物细胞形态识别应用领域。

技术领域

本发明属于生物细胞成像技术研究领域，具体涉及一种共光路干涉相位显微一次成像系统及方法。

背景技术

在观测的生物样品中，如活细胞，可以当成是透明的来处理，并且这些细胞通常表现为相位物体。为了能够清楚的观测到这些相位物体，通常的做法是将相位信息转换为强度分布，这也就导致了相位显微成像的出现。在最近的十几年中，由于各种应用定量相位显微成像的技术被不断提出，这就为研究类似于生物细胞的相位物体的组织结构和动力学行为提供了极为重要的研究手段，而相位显微成像技术基本上是应用光的干涉原理来工作，所以也可以称此类技术为干涉相位显微成像技术。这些技术包括离轴干涉、同轴干涉和轻微离轴干涉。

对相位物体的光学检测技术主要基于干涉原理。干涉显微从结构上可划分为：物光与参考光分离的干涉显微和物光与参考光共路的干涉显微。物、参分离的干涉显微方法主要有：Michelson干涉显微；Linnik干涉显微和Mach-Zehnder干涉显微等。Michelson干涉显微的基本原理是，入射光透过显微物镜到分光镜被分成两束光，一束为投射到参考镜的参考光，另一束为透射到样本表面的物光，两束光经过反射，并在显微物镜的视场上发生干涉。该结构的特点是，物光与参考光经过同一个显微物镜，两束光不会由于物镜的差异而产生光程差。但是，显微物镜与样本之间加入了分光镜，这样就使显微物镜的工作距离比另两种装置更长，进而限制了物镜的放大倍数，同样也限制了数值孔径的大小，这就直接导致了仪器的横向分辨率降低。Linnik干涉显微的基本结构是它的物光和参考光分别有一个显微物镜，光线透过显微物镜就直接到样品表面，因为其与样品表面之间没有其它光学元件，所以该装置的放大倍数可以很大，工作距离可以很短，并且能够达到0.5μm的横向分辨率。但是该装置物光和参考光的显微物镜的差异会产生额外的光程差，这将影响真实的观测结果。Mach-Zehnder干涉显微的基本结构是该装置只使用了一个显微物镜，参考镜则放置在主光路中，这样就使得物光光路和参考光路的工作条件非常接近，结构设计上也更加紧凑，同时可以排除许多干扰因素。基于这些主要显微成像原理，国内外科学家进行了拓展研究，如：专利技术CN 102914258 A基于正交双光栅的同步移相干涉显微检测装置及检测方法，该技术利用平行双光栅将正交偏振的物光和参考光分束，结合偏振调制通过一次曝光获得两幅相移干涉图。虽然该方法可以实现实时测量，但由于采用离轴光路不能充分利用CCD的功能，且物参光间若存在夹角将会使数据处理的工作变得复杂；又如专利CN 103115582 A基于受激辐射的迈克尔逊荧光干涉显微测量装置，该发明通过镀膜改变被测面的表面特性，保证测量光经被测面反射后能够返回探测系统，解决了高NA和高斜率表面检测的难题，但是该光路本身具有横向分辨率较低的缺陷，且仪器的成本较高。并且在物光与参考光分离的干涉显微中，环境的扰动会对物光与参考光造成不同的影响，从而影响两者之间的光程差的稳定性，最终对测量精度产生影响。