[发明专利]一种两步相移干涉相位显微一次成像系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于成像技术领域，具体涉及一种基于两步相移下的干涉相位显微一次成像技术。

背景技术

众多的生物样品，如活细胞，大部分是透明的，而且表现为相位物体。为了使得这些相位物体清晰可见，一般需要将相位信息转换为强度分布，为此相位显微成像技术应运而生。尤其是近十几年来，各种定量相位显微成像技术被相继提出，为类似于生物细胞的相位物体的显微观察与动力学行为等研究提供了强有力的工具。而相位显微成像技术大部分都是基于光的干涉原理，所以常也称此类技术为干涉相位显微成像技术。对于同轴干涉而言，一般会结合时域相移技术获取多幅干涉图而实现相位成像，如专利技术CN201010106282.5（基于衍射光栅的物参共路相移数字全息显微装置），它是通过移动其中的光栅来实现相移的，从而采集到多幅图像，然后根据相移运算呈现出所需要的相位信息；又如美国Gabriel Popescu教授提出的傅里叶相位显微技术以及他的专利技术US2009290156 (A1)（Spatial light interference microscopy and fourier transform light scattering for cell and tissue characterization：空间光干涉显微镜与细胞组织的傅里叶变换光散射传输方法），他通过采用相位调制器来调节参考光的相位以及运用四步相移运算来实现相位成像。上述这些技术具有很好的先进性和独特性，如物光与参考光共光路使得整个光路表现出很好的稳定性，但是分时获取至少三幅干涉图，一方面耗时，另一方面很难保证许多参量在改变参考光的位相过程中不发生变化，所以仅在静态样品的观察中发挥着很好的作用。对于离轴干涉显微，具有单次拍摄的特性，可以很好地用于相位物体发生快速现象的研究，如专利技术CN20110374950.7（用于希尔伯特相位成像的系统和方法），它是基于典型的马赫-曾德尔干涉光路，并采用希尔伯特积分变换处理干涉图像而实现相位成像。需注意的是，为了避免显微物镜所引起的球面二次相位误差，在样品臂与参考臂上增加了相同的显微物镜，但是光学器件的增加，一定程度上会导致噪声的变大。另外，此系统也需要经过高通滤波分离出干涉项，这就导致了不能够充分利用CCD的空间带宽。对此，美国杜克大学Adam Wax教授提出了介于同轴干涉与离轴干涉之间的轻微离轴干涉技术，仅需采集两相移干涉图样就可实现相位成像，不足的是这两干涉图像是分时获得的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种两步相移干涉相位显微一次成像系统及方法，使同时适用于同轴与离轴干涉，也包括轻微离轴干涉，在单次曝光下同时采集到两幅干涉图，节约采集时间，实现相位物体快速相位显微成像。

为了实现上述目的，本发明采用马赫-曾德尔干涉光路，基于后放大干涉的原理并结合两步相移技术，提出了一种两步相移干涉相位显微一次成像技术，构造独立的双通道干涉系统，具体技术方案如下：

一种两步相移干涉相位显微一次成像系统，采用马赫-曾德尔干涉光路，其特征在于包括用于分光的第一侧向位移分光镜9和第二侧向位移分光镜11、用于旋转的第二反射镜10、用于改变参考光位相的波片12以及置于干涉系统后用于放大的显微镜14；沿着激光器1的输出方向依次连接由第一透镜2、针孔空间滤波器3、第二透镜4组成的透镜扩束准直系统以及第一分光镜5，所述的第一分光镜5将激光分为物光与参考光，沿物光方向依次放置有第一反射镜 6、载物台7、样品8、第一侧向位移分光镜9；沿参考光方向依次放置有第二反射镜10、第二侧向位移分光镜11；经所述第二侧向位移分光镜11得到的偏离原参考光束通道的参考光经过波片12；经所述第一位移分光镜9得到的两物光与经所述第二侧向位移分光镜11和波片12得到的两参考光通过第二分光镜 13，并经置于其后的的显微镜14放大，在CCD15上形成两相移干涉图，并存储在计算机16上。

所述的第一侧向位移分光镜9与第二侧向位移分光镜11结构相同，其内两胶层分别镀半透半反膜和全反射膜，且与底面交角45°，保证一光束被分成两严格平行的光束，并沿原来光束的方向进行传输；两侧向位移分光镜其内两胶层面的距离相等，保证两干涉图样仅发生由波片12产生的相移。

一种利用所述的两步相移干涉相位显微一次成像系统进行成像的方法，其特征在于包括以下步骤：