[发明专利]衍射层析显微成像系统及方法

说明书

本发明公开了衍射层析显微成像系统，包括：承载片，包括透明载片和反射膜，透明载片包括相对的第一表面和第二表面，第一表面用于承载样品，反射膜设置于第二表面上；光路组件，用于产生参考光以及照射样品的入射光，并对参考光、第一样品光和第二样品光进行合束；显微镜组件，用于使入射光通过而照射到样品背向第一表面的前表面和第一表面上，并且使第一样品光和第二样品光通过；成像组件，用于采集合束后的参考光、第一样品光和第二样品光的干涉图像。本发明还公开了采用了上述成像系统的衍射层析显微成像方法。本发明解决了在衍射层析术中，入射光只能扫描到样品朝向物镜的一侧表面，而无法扫描到样品背向物镜的一侧表面的问题。

技术领域

本发明属于显微成像技术领域，具体地讲，涉及一种采用光源进行层析成像的同时，无需旋转样品的情况下还能实现分辨率近各向同性的衍射层析显微成像系统及方法。

背景技术

层析显微成像技术是一种有效获取微小样品的断层信息并实现样品内部结构三维测量的技术手段。典型的层析显微成像技术包括X射线计算机层析成像技术、激光扫描共聚焦显微成像技术、衍射层析显微成像技术等。这些成像技术已在医学领域、微小光学器件检测等领域中得到了广泛的应用，从而大大推动了医学检测、微纳加工等技术的发展。

衍射层析显微成像技术是指：利用各种干涉技术获取样品各个角度的散射场分布，然后通过傅里叶衍射层析算法重建折射率三维分布。衍射层析显微成像技术能够对样品进行实时、无扰、动态、定量地成像。在衍射层析显微成像技术中，根据样品的类型可以分为透射衍射层析显微成像技术和反射衍射层析显微成像技术。

在衍射层析显微成像技术中，采用光源来进行层析成像，由于承载样品的载玻片是透光的，因此原始光只能照射到样品朝向物镜(即背向载玻片)的表面上，而未照射到样品上的原始光直接穿过载玻片，从而无法照射到样品背向物镜(即与载玻片接触)的表面上。因此，单纯的衍射层析显微成像技术是无法获得各向同性分辨率的折射率分布。为了解决这样的问题，现有技术中通常采用的方法是扫描样品的一侧之后旋转该样品，以此能够扫描样品的另一侧，从而能够记录大视角的散射场分布，以实现三维折射率图中分辨率的近各向同性。但是，这种方法会使得Ewald频域球中出现苹果核形状的频谱缺失，即存在着“苹果核频谱缺失”问题，样品的机械旋转伴随的寄生运动以及旋转过程中样品发生的变形会大大地降低图像重建的精度。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

在本发明的一方面提供了一种衍射层析显微成像系统，该系统包括：

承载片，包括透明载片和反射膜，所述透明载片包括相对的第一表面和第二表面，所述第一表面用于承载样品，所述反射膜设置于所述第二表面上；

光路组件，用于产生参考光以及照射所述样品的入射光，并对所述参考光、第一样品光和第二样品光进行合束；

显微镜组件，用于使所述入射光通过而照射到所述样品背向所述第一表面的前表面和所述第一表面上，并且使第一样品光和所述第二样品光通过；

成像组件，用于采集合束后的所述参考光、所述第一样品光和所述第二样品光的干涉图像；

其中，所述入射光照射到所述样品的前表面时，所述入射光在所述样品的前表面上进行反射和/或穿过所述样品的前表面而生成所述第一样品光；

所述入射光照射到所述第一表面，且在所述反射膜上进行反射而照射到所述样品的背表面时，所述入射光在所述样品的背表面上进行反射和/或穿过所述样品的背表面而形成所述第二样品光；

在所述样品的前表面上进行反射而生成的所述第一样品光和/或穿过所述样品的背表面而生成的所述第二样品光直接朝向所述显微镜组件；穿过所述样品的前表面而生成的所述第一样品光和/或在所述样品的背表面上进行反射而生成的所述第二样品光在所述反射膜上反射后直接朝向所述显微镜组件。

优选地，所述光路组件包括：