[发明专利]一种基于结构光照明的相位显微成像装置和方法

说明书

本发明公开了一种基于结构光照明的相位显微成像装置和方法，所述装置包括照明模块、光束调制模块和微分干涉成像模块。其中，照明模块包括光源和第一望远镜单元；光束调制模块包括偏振片、光束数字调制单元以及第二望远镜单元，光束数字调制单元用于产生具有不同角度和相位的条纹结构光；微分干涉成像模块包括第三望远镜单元和成像单元。由光源发射的光依次经过第一望远镜单元、偏振片、光束数字调制单元、第二望远镜单元和第三望远镜单元后，由成像单元接收。本发明通过数字化光束调制单元产生条纹结构的照明光，能够获得待测样品两个正交方向上的相位梯度分布，实现对被测样品相位分布的定量测量。

技术领域

本发明属于显微成像技术领域，具体涉及一种基于结构光照明的相位显微成像装置和方法。

背景技术

传统的光学显微成像只能获取样品的强度信息，无法对相位进行直接成像或测量，而相位分布往往能反映物体三维形貌、内部结构与折射率分布等信息，因而能够对样品的相位分布进行可视化或定量测量的成像技术具有重要意义。

1985年，中科院上海光学精密机械研究所徐毓光等人在专利CN85105355中提出利用半透半反镜把成像物光分成两束，并进行微分干涉的相衬显微装置。2012年，华中科技大学曾邵群等人在专利CN102998789中提出一种基于结构照明的超分辨微分干涉相衬显微成像方法，该方法中，微分干涉由传统的微分干涉相衬成像模块来实现的，结构照明仅仅是用来提高微分干涉相衬成像分辨率。上述两种装置均是通过折射分光形成一个方向上的微分干涉，虽然能提高透明样品的成像对比度，但是无法定量重构出样品的相位分布。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于结构光照明的相位显微成像装置和方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明的一个方面提供了一种基于结构光照明的相位显微成像装置，包括照明模块、光束调制模块和微分干涉成像模块，其中，

所述照明模块包括光源和第一望远镜单元；

所述光束调制模块包括偏振片、光束数字调制单元以及第二望远镜单元，所述光束数字调制单元用于产生具有不同角度和相移的条纹结构光；

所述微分干涉成像模块包括第三望远镜单元和成像单元；

由所述光源发射的光依次经过所述第一望远镜单元、所述偏振片、所述光束数字调制单元、所述第二望远镜单元和所述第三望远镜单元后，由所述成像单元接收；

所述成像单元与待测样品经所述第三望远镜单元成像后的像面之间存在预定间距。

在本发明的一个实施例中，所述第一望远镜单元包括靠近所述光源的第一透镜和靠近所述偏振片的第二透镜；

所述第二望远镜单元包括靠近所述光束数字调制单元的第三透镜和靠近所述第三望远镜单元的第一物镜；

所述第三望远镜单元包括靠近所述第一物镜的第二物镜和靠近所述成像单元的第四透镜。

在本发明的一个实施例中，所述成像单元与待测样品经所述第三望远镜单元成像后的像面之间的间距为5～50mm。

在本发明的一个实施例中，所述光源为激光器或LED光源。

在本发明的一个实施例中，所述光束数字调制单元为透射式空间光调制器，用于加载周期P为50μm～300μm，相位阶为π的二进制光栅。

在本发明的一个实施例中，所述光束数字调制单元包括反射式空间光调制器和分光棱镜，其中，

所述反射式空间光调制器用于加载周期P为50μm～300μm，相位阶为π的二进制相位光栅或灰度值为0和1的二进制振幅光栅，所述反射式空间光调制器的反射面垂直于光线入射方向，且所述分光棱镜的反射面与所述反射式空间光调制器的反射面呈45°。