一種白光同軸干涉相移顯微鏡系統(tǒng)和顯微成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明顯微成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種白光同軸干涉相移顯微鏡系統(tǒng)和顯微成 像方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 普通顯微鏡成像只是使得光的振幅變化(亮度)和波長變化(顏色)得以被觀察，但 活的微小生物體大多是無色透明的，當(dāng)光線通過時，波長和振幅變化不顯著，這樣在明場顯 微鏡檢查下就難于觀察清晰。為了克服這一困難，人們采用了如染色等措施，使得被檢物體 的顏色及亮度發(fā)生變化。但這種方法大部分時候用于非活體狀態(tài)，應(yīng)用到活體時效果不是 特別理想。當(dāng)然，縮小聚光鏡的孔徑光闌，以增加明暗對比，但這樣細(xì)微結(jié)構(gòu)又難于被分辨， 同時亮度隨之降低。
[0003] 近年來，由于計算機(jī)的普及，全息干涉術(shù)也有了長足的進(jìn)步。其中一個最重要的部 分就是相移干涉術(shù)(Phase-shifting Interferometry，PSI) ISI不是一種具體的光學(xué)硬件 結(jié)構(gòu)，而是一種可以用在各種測量條件下的數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)分析方法。PSI具有相當(dāng)高的測 量重復(fù)精度、精度和穩(wěn)定度。
[0004] 近年來出現(xiàn)了結(jié)合空間光調(diào)制器和顯微鏡完成對細(xì)胞和病理切片相位恢復(fù)的技 術(shù)，均是利用透鏡的傅里葉變換特性使得低頻信息和高頻信息分離，又使用空間光調(diào)制器 對低頻信息單獨(dú)調(diào)制。然而，在這些方法中，兩路干涉光光強(qiáng)嚴(yán)重不匹配，造成最后相干成 像時，由相移產(chǎn)生的光強(qiáng)變化非常小，如果使用昂貴的sCMOS相機(jī)來提高信噪比，則成本大 大增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于，解決白光同軸干涉相移顯微鏡系統(tǒng)中干涉調(diào)制度低的問題。
[0006] 本發(fā)明的目的是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。
[0007] -種白光同軸干涉相移顯微鏡系統(tǒng)，其包括顯微鏡裝置和相位成像裝置，所述相 位成像裝置包括光源、第一透鏡、透射式純振幅空間光調(diào)制器、第二透鏡、第三透鏡、反射式 純相位空間光調(diào)制器、第四透鏡以及相機(jī)，所述光源發(fā)出的光依次經(jīng)過所述顯微鏡裝置、第 一透鏡、透射式純振幅空間光調(diào)制器、第二透鏡、第三透鏡、反射式純相位空間光調(diào)制器以 及第四透鏡后，形成的圖像由所述相機(jī)接收;所述透射式純振幅空間光調(diào)制器加載有一個 和所述圖像的頻譜相匹配的圖樣用于降低低頻信息的光強(qiáng)，以使所述低頻信息和高頻信息 的光強(qiáng)相當(dāng)；所述反射式純相位空間光調(diào)制器的入射角度<10°;所述第一、第二透鏡組成 一個四倍焦距系統(tǒng)，所述第二、第三透鏡組成一個四倍焦距系統(tǒng)，所述第三、第四透鏡組成 一個四倍焦距系統(tǒng);所述反射式純相位空間光調(diào)制器上加載有相移量不同的多個圖樣以調(diào) 制所述低頻信息。
[0008] 本發(fā)明一實(shí)施例中，所述反射式純相位空間光調(diào)制器上依次加載的相移量為0，
[0009] 本發(fā)明一實(shí)施例中，所述顯微鏡裝置的顯微鏡成像面與所述第一透鏡的前焦面重 合，所述透射式純振幅空間光調(diào)制器位于所述第一透鏡的后焦面，所述反射式純相位空間 光調(diào)制器位于所述第三透鏡的后焦面;所述相機(jī)位于所述第四透鏡的后焦面。
[0010] 本發(fā)明一實(shí)施例中，所述光源為鹵素?zé)簟?br>[0011] 本發(fā)明一實(shí)施例中，所述顯微鏡裝置沿光路行進(jìn)方向依次包括集光鏡、孔徑光闌、 聚光鏡、顯微物鏡、反射鏡和鏡筒透鏡;所述光源發(fā)出的光線首先進(jìn)入所述集光鏡;待測樣 品位于所述聚光鏡和所述顯微物鏡之間。
[0012] 本發(fā)明一實(shí)施例中，所述顯微物鏡為40倍物鏡時，所述孔徑光闌的數(shù)值孔徑為 0.09〇
[0013] 基于前述任一顯微鏡系統(tǒng)的顯微成像方法包括以下步驟：
[0014] 所述顯微鏡裝置形成的物像由所述第一透鏡進(jìn)行傅立葉變換后，低頻信息和高頻 信息在所述透射式純振幅空間光調(diào)制器上分開；
[0015] 在所述透射式純振幅空間光調(diào)制器上加載一個和圖像頻譜相匹配的圖樣，以降低 所述低頻信息的光強(qiáng)，使所述低頻信息和所述高頻信息的光強(qiáng)相當(dāng)；
[0016] 在所述反射式純相位空間光調(diào)制器上加載相移量不同的多個圖樣以調(diào)制干涉光 路。
[0017] 本發(fā)明一實(shí)施例中，利用四步相移法調(diào)制所述干涉光路。
[0018] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明利用透射式純振幅空間光調(diào)制器控制參考光光強(qiáng)，可以 將干涉對比度調(diào)至最大，進(jìn)而不再需要昂貴的sCMOS來獲得高信噪比的信號，減少了成本。 [0019]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠 更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的白光同軸干涉相移顯微鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的加載在反射式純相位空間光調(diào)制器上的四幅圖樣。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。附圖中 給出了本發(fā)明的較佳實(shí)施方式。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實(shí)現(xiàn)，并不限于本文 所描述的實(shí)施方式。相反地，提供這些實(shí)施方式的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容理解的更 加透徹全面。
[0023]除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的 技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具 體的實(shí)施方式的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語"及/或"包括一個或多個 相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。
[0024]請參考圖1，圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的白光同軸干涉相移顯微鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖，其包括相位成像裝置100和顯微鏡裝置200。
[0025]相位成像裝置100包括光源12、第一透鏡L1、透射式純振幅空間光調(diào)制器14、第二 透鏡L2、第三透鏡L3、反射式純相位空間光調(diào)制器16、第四透鏡L4以及相機(jī)18。
[0026]光源12采用鹵素?zé)?，避免了使用具有高度時間相干性的激光會出現(xiàn)的激光散斑。 由于白光本身相當(dāng)短的相干長度(大約是1.2微米），成像的空間背景噪聲就被控制在亞納 米量級。
[0027] 顯微鏡裝置200沿光路行進(jìn)方向依次包括集光鏡21、孔徑光闌22、聚光鏡23、顯微 物鏡24、反射鏡25和鏡筒透鏡26。
[0028]光源12位于顯微鏡裝置200的一端，其發(fā)出的光線首先進(jìn)入集光鏡21，然后被孔徑 光闌22約束。優(yōu)選的，在本系統(tǒng)中，為了保證光束的空間相干性，需要將孔徑光闌22盡量縮 小，舉例來說，當(dāng)顯微物鏡24放大倍數(shù)為40倍時，應(yīng)該將孔徑光闌22的數(shù)值孔徑控制在0.09 左右。從孔徑光闌22發(fā)出的光經(jīng)過聚光鏡23后照射到待測樣品S上，待測樣品S下方的顯微 物鏡24對待測樣品S進(jìn)行放大，經(jīng)過反射鏡25后，光束被轉(zhuǎn)向，被鏡筒透鏡26成像到顯微鏡 成像面P1。
[0029]光束繼續(xù)依次進(jìn)入第一透鏡L1、透射式純振幅空間光調(diào)制器