[发明专利]一种实时相移共光路干涉显微装置和方法

说明书

本发明涉及反射式样品的定量精确测量技术领域，具体涉及一种实时相移共光路干涉显微成像装置和方法。为了克服现有技术存在的结构复杂、视场减小的缺点。本发明采用的具体结构包括沿主光轴方向依次设置的激光器、偏振片、扩束准直器、分光棱镜、透镜、显微物镜、偏振分光棱镜、样品，所述1/4波片和相机依次垂直设置于分光棱镜的反射光路上，1/4波片的光轴与主光轴方向成45度角放置；所述相机为偏振相机，像素前覆盖有微偏振片阵列，上述激光装置的使用方法，先将样品设置于分光棱镜的透射光路上，且位于显微物镜的工作距离处，然后按照一定的方法完成。

技术领域

本发明涉及反射式样品的定量精确测量技术领域，具体涉及一种实时相移共光路干涉显微装置和方法。

背景技术

相移干涉显微技术是相移干涉技术与显微相结合的一种测量技术。它通过改变参考光的相位，在不同时刻依次记录或在同一时刻同时记录多幅相移干涉图，然后通过相移算法对记录的干涉图进行重建，得到被测样品的相位信息，实现精密测量。它具有无需标记、可全场测量和分辨率高等优点，在生物细胞成像、微纳检测和表面形貌测量等领域获得了广泛的应用。

在传统的时间相移干涉显微技术中，需要用压电陶瓷等相移器件在参考光中引入相移量，在不同时刻依次记录多幅相移干涉图。因此，传统的时间相移干涉技术时间分辨率低，不能测量样品的动态过程。实时相移干涉技术，又称为瞬时相移干涉技术，可以克服这个缺点。实时相移干涉技术可以在同一时间得到多幅相移干涉图样，从而实现对被测样品的实时测量。Koliopoulos(Proc.SPIE.1531,119–127，1992)提出了采用4个相机同时记录的实时相移干涉方案，由于用到了4个相机，方案成本较高且存在4副干涉图之间的像素匹配对准问题。徐媛媛等人提出了一种两步相移成像系统及方法(发明专利，授权公告号，CN103336419 B)，他们采用3个侧向位移分光棱镜分别把物光、参考光分成2份，用相机同时记录2副相移干涉图，该方案的缺点是测量的视场变为原来的一半。闵俊伟等人(AppliedOptics,49，6612-6616，2010)也提出了一种两步相实时移测量方案，该方案需要额外用到迈克尔逊干涉结构的同步相移单元，除了结构复杂外，也存在测量视场减半的问题。Millerd等人(Proc.SPIE.5531,304–314，2004)提出了一种采用偏振相机的实时相移方案，但是，该方案同Koliopoulos、徐媛媛、闵俊伟等人的方案一样，都是以传统的干涉仪为基础构建的，例如，基于传统的马赫-曾德干涉光路或者泰曼-格林干涉光路。在Millerd等人的装置中，由于物光和参考光分别经过不同的路径，环境振动和空气扰动等因素会在测量中引入附加的光程差，造成测量装置的稳定性差。单明广等人提出了一种实时共光路相移测量装置及方法(发明专利，授权公告号，CN 102889853 B)，该方案需要用到四象限偏振片组构成的2×2阵列，一次记录可以得到4副相移干涉图，因此测量视场变为原来的1/4，另外，该方案需要结合3个分光棱镜、1个光栅和1个光阑(窗口)把物光和参考光分别分为平行的4份，用到的器件多，装置结构复杂。

发明内容

本发明提供一种实时相移共光路干涉显微装置和方法，要克服现有技术存在的结构复杂、视场减小的缺点。

为了达到本发明的目的，本发明的技术解决方案是：

一种实时相移干涉显微装置，其特征在于：包括沿主光轴方向依次设置的激光器、偏振片、扩束准直器、分光棱镜、透镜、显微物镜、偏振分光棱镜、样品，所述1/4波片和相机依次垂直设置于分光棱镜的反射光路上，1/4波片的光轴与主光轴方向成45度角放置；所述相机为偏振相机，像素前覆盖有微偏振片阵列。

所述的显微物镜为长工作距离物镜，其工作距离的长度大于分光棱镜的长度。

上述激光照明的实时相移干涉显微装置的使用方法，先将样品设置于分光棱镜的透射光路上，且位于显微物镜的工作距离处，然后按照下述步骤操作：

1)激光器发出波长为λ的光波，经过偏振片、扩束准直器后变为偏振平行光；