[发明专利]一种基于共角干涉的层析相位显微方法与装置

说明书

本发明公开一种基于共角干涉的层析相位显微装置和方法，包括依次布置的激光器、扫描振镜系统和第一分束器，由第一分束器将激光束分成参考光和样品光：设有沿样品光路依次布置的：照明物镜，用于使照明光变成平行光照明样品；成像物镜，用于接收样品反射的样品光；设有沿参考光路依次布置的：第一反射镜，通过周期性移动自身位置来改变参考光路光程；补偿器，用于补偿参考光路与样品光路间的光程差；第二分束器，用于将参考光和样品反射的样品光进行合束；和图像采集单元，用于记录参考光与样品光产生的干涉图像；还包括计算机，根据在第一反射镜每个周期内多次扫描样品记录得到多个干涉图像包，解出对应该周期内的样品三维折射率分布图。

技术领域

本发明属于超分辨光学显微领域，特别涉及一种共角干涉的层析相位显微方法和装置。

背景技术

在显微成像中，样品的折射率分布起了非常重要的作用。首先，折射率作为一种天然的标记揭示了细胞内部的特殊结构；其次，光学非均匀性影响样品产生的光程，从而直接影响成像质量，因此定量测量样品的3D折射率分布至关重要。在基于荧光的显微技术中，荧光团对样品产生的效应以及光毒性影响细胞样品以及系统的成像稳定性。而基于相位的显微技术，如差分干涉对比显微术以及相衬显微镜对样品的影响最小，但是这种典型的透射式相位成像法仅可以测量样品的平均折射率而无法对轴向方向的折射率进行分辨。折射率的3D空间变化首先是通过层析相位显微术(TPM)测量的，这种技术基于测量沿多个方向的折射率投影。

为了重构一张层析相位图，必须沿着不同的方向记录样品的相位信息。通常被用于定量回复波前相位信息的方法包括相移法、条纹调制技术以及传输强度方程法。在这些方法中，相移法是最精确并且受强度非均匀性影响最小的一种方法。在测量沿多个方向折射率的投影中有两种主要的方法：改变照明光的方向或者旋转样品。虽然照明光扫描法的角度在一个维度上的覆盖范围比样品旋转法小，但是这种方法可以实现二维的角度扫描，保持样品于照明扫描的TPM装置中，参考光路的角度是固定的，因此，当样品壁的光路倾斜时，样品引入的相位信息将被倾斜相位背景淹没，引入背景噪声将影响分辨率。与倾斜照明相关的相位背景将减小可探测的相位梯度，尤其是当照明角度很大时，这一影响更为显著。相位引入的条纹与背景混合在一起将影响波前的均匀性，从而降低测量相位的精确度。

发明内容

本发明提供了一种基于共角干涉的层析相位显微方法和装置。在本发明的装置中使参考臂与样品臂的光路以相同的角度绕着样品进行共角扫描，从而保证了在大角度照明时相位的恢复精度与垂直入射时相当。同时PZT控制信号采用锯齿波信号，减小其因电压切换导致抖动带来的干扰，系统更加精密稳定，样品相位信息获取速度达50帧每秒，在三维活体生物成像，肿瘤诊断和材料瑕疵检测等生物医学以及材料科学领域中有广泛的应用前景。

本发明的具体技术方案如下：

一种基于共角干涉的层析相位显微装置，包括依次布置的激光器、扫描振镜系统和第一分束器，由所述第一分束器将激光束分成参考光和样品光；

设有沿样品光路依次布置的：

照明物镜，用于使照明光变成平行光照明样品；

成像物镜，用于接收样品反射的样品光；

设有沿参考光路依次布置的：

活动的第一反射镜，通过周期性移动自身位置来改变参考光路光程；

补偿器，用于补偿参考光路与样品光路间的光程差；

第二分束器，用于将参考光和样品反射的样品光进行合束；

和图像采集单元，用于记录参考光与样品光产生的干涉图像；

还包括计算机，根据在第一反射镜每个周期内多次扫描样品记录得到多个干涉图像包，解出对应该周期内的样品三维折射率分布图。