[发明专利]一种多模态数字全息显微成像装置

说明书

本发明公开了一种多模态数字全息显微成像装置，包括：光源、准直透镜、第一半波片、偏振立方分束棱镜、第二半波片、第一平面反射镜、第一透镜、挡板。其中光源发出的光束经准直透镜后准直传播，经过第一半波片后被偏振立方分束棱镜分为透射和反射两束光路。通过控制挡板和空间光调制器分别对光束传播路径和物体信息进行调控，从而实现同轴全息、离轴全息和明场、暗场四种成像模式的切换。本发明装置既可以用于细胞、生物等样本的三维测量，也可以用于感光粒子流分析，具有测量方便、模式多样的特点，能够更广泛地应用到实际测量领域中。

技术领域

本发明涉及显微成像技术领域，具体为一种多模态数字全息显微成像装置。

背景技术

数字全息(DigitalHolography)，是传统全息术、计算机技术、电子摄像技术相结合的产物。与传统光学全息不同的是，数字全息采用CCD、CMOS等电子器件来记录全息图，并将记录的全息图存入计算机。然后，利用数值计算方法对存入计算机的全息图进行再现。

数字全息显微成像技术的主要特点体现在：1)能够实现对物体无接触、全场同时成像、无须对物体进行任何标记，不会对被观测物体造成任何损伤；2)能够以纳米量级的高精度实现对相位物体动态定量测量，且对环境要求相对较低；3)能够同时得到物体的光强信息和相位信息。

目前，数字全息按物光和参考光是否存在夹角分为离轴全息和同轴全息两种成像模态。无论哪种成像模态，在明场情形下均无法实现对感光纳米场中纳米粒子定位。同时，当样本具备一定的感光或强散射特性时，传统的明场数字全息测量方式将不再适合。本发明旨在为上述样本提供统一的解决方案，即可以兼顾明场、暗场成像同时又具备同轴和离轴干涉结构。

发明内容

本发明的目的提出了一种多模态数字全息显微成像装置，将明场成像、暗场成像和离轴全息、同轴全息集成到一起，实现了四种测量模态，既可以实现明场的全息成像，也可以实现暗场的全息成像。本发明解决了现有光学显微镜只能获得物体二维光强信息的局限性，克服了传统明场数字全息成像系统存在的无法对感光纳米场粒子三维定位等技术问题，同时能够实现高动态的实时性测量。

具体提供了一种多模态数字全息显微成像装置，包括光源、准直透镜、第一半波片、偏振立方分束棱镜、第二半波片、第一平面反射镜、第一透镜、挡板、第二平面反射镜、第二透镜、第三平面反射镜、第四平面反射镜、第五平面反射镜、第三透镜、显微物镜、第六平面反射镜、第一消色差透镜、空间光调制器、第二消色差透镜、第三消色差透镜、立方分束棱镜和摄像器件，所述光源发出的光束经准直透镜后准直传播，经过第一半波片后被偏振立方分束棱镜分为透射和反射两束光路，通过控制挡板和空间光调制器分别对光束传播路径和物体信息进行控制，控制挡板允许由偏振立方分束棱镜透射的光束通过，且对空间光调制器进行编码，透射过偏振立方分束棱镜的光束在通过第一透镜后汇聚，汇聚光束经第二平面反射镜反射到第二透镜后准直，准直光束经第三平面反射镜反射后入射到立方分束棱镜，立方分束棱镜反射光不含物体信息作为参考光与从第三消色差透镜出射的平行物体光束满足离轴干涉条件，在摄像器件靶面形成离轴干涉条纹；

第四平面反射镜和第五平面反射镜组成的光路折返系统可以上下移动调节，由偏振立方分束棱镜反射的光束通过第二半波片后由第一平面反射镜反射进入光路折返系统，由折返系统出射的平行光束经第三透镜聚焦后照射样本，样本经显微物镜、第六平面反射镜和第一消色差透镜成像于显微物镜的共轭后焦面处，通过在共轭后焦面处放置空间光调制器，阻挡物光束中的非散射照明光即具有最低频谱的背景下信息，物光透过第二消色差透镜和第三消色差透镜组成的4f系统后可以在摄像器件靶面形成暗场图样。

优选的，所述挡板可以是光束控制器、可调光阑等。

优选的，所述空间光调制器为相位型空间光调制器或者物理掩膜板。

优选的，所述的光源可以是激光光源或者LED光源。

优选的，所述的摄像器件可以采用彩色或者单色CMOS、CCD等摄像器件。