专利名称：倒置式数字全息显微镜的制作方法
技术领域：
本发明公开了一种倒置式数字全息显微镜，属于数字全息术技术领域，可用于三 维实时形貌测量，生物细胞成像。
背景技术：
近年来生物医学的发展，推动了在生物细胞尺度上观测技术的发展。传统的光学 显微镜，不能测量生物细胞的三维形貌；而共焦显微镜虽然分辨率较高，但由于要对生物样 品做标定，会对其产生影响，不利于无损观测的需要。数字全息作为一种显微成像技术，其 无损、实时、可获得定量相位分布的特点恰好是其在生物样品成像上的优势。活体生物细胞 一股为透明结构，因此其相位图像方能提供更多独特的信息。不同于已有的相衬成像方法， 数字全息技术不需要对活体生物样品进行标记、固定等处理就可获得观察对象定量的振幅 和相位分布，从而实现对透明生物样品的成像并进行定量分析。数字全息技术还可以实现 对生物样品形态的动态监测，继而可能用于获取细胞动态特性、细胞间的相互作用以及细 胞对药物的反应等信息，期望为早期医学诊断和药物设计等提供一定的分析评价依据。瑞 士的Lyncee Tec公司是唯一的数字全息显微镜生产厂家，但其数字全息显微镜采用正立结 构，由于显微物镜有限的工作距离，特别是高倍率显微物镜的很短的工作距离，无法对在培 养皿或培养液底部生长的样品做实时高分辨率观测；由于现有的显微镜系统是由空间光路 构成，整体大而重，引入光纤耦合系统可以有效减小显微镜的体积和重量，并且可以减小激 光器的轻微震动对测量系统精度产生的影响
发明内容
为了解决数字全息显微镜体积和重量大，并且采取正立结构无法观察培养皿内活 体细胞的技术问题，本发明提出了一种倒置式数字全息显微镜。本发明采用如下技术方案激光器5的前方安置有光纤耦合器4，光纤耦合器4通 过光纤与光纤分束器3相连，光纤分束器3接出两路光纤分别连接有光纤准直器1和光纤 准直器6，光纤准直器1下方置有用于盛放样品13的样品台11，样品台11连接在12. 二维 平移台上，样品台11下方置有安装在一维平移台10上的显微物镜9，显微物镜9与光纤准 直器6对准合束晶体8的两个相垂直的侧面。合束晶体8下方置有CXD相机7，CXD相机7 与计算机14相连。激光器5出射的光经过光纤耦合器4耦合进光纤，并被光纤分束器3分成两路第 一路是物光，通过一个光纤准直器1将光纤出射的发散球面光波准直成平行光，平行光竖 直向下照射在水平放置的样品13上，穿过样品台11，显微物镜9，并通过合束棱镜8后照射 在CXD相机7上；另一路是参考光，通过光纤准直器6整形成平行光，水平照射在合束棱镜 8上，反射后与物光波干涉形成全息图被CCD相机7.记录；上述两路光有夹角。上述的物光经光纤准直器1准直成的平行光的直径为5mm。上述的参考光经过光纤准直器6准直成的平行光直径为2cm。
本发明可以取得如下有益效果该套发明可以对培养皿底部贴壁生长的活体细胞做长时间高分辨率观测，而不需 要将活细胞脱离其培养环境放在特制容器中观察。系统集成度高，体积小，光学部件比常用系统少，并且由于采用光纤连接使激光器 可以任意安装在系统其他部位，避免了激光器轻微震动对系统精度的影响。
图1倒置式数字全息显微镜的结构原理图；图2CXD相机采到的全息3全息图的局部放大4实施例中样品经过倒置式数字全息显微镜后在电脑里所生成的三维显示图；图5实施例中样品经过倒置式数字全息显微镜后在电脑里所生成的灰度显示图；图中1、6、光纤准直器，2、光纤，3、光纤分束器，4、光纤耦合器，5、激光器，7、CXD 相机，8、合束晶体，9显微物镜，10、一维平移台，11样品台，12 二维平移台，13、样品，14、计 算机。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对于本发明做进一步的说明本实施例的布置方式如图1所示激光器5的前方安置有光纤耦合器4，光纤耦合器4通过光纤与光纤分束器3相 连，光纤分束器3接出两路光纤分别连接有光纤准直器1和光纤准直器6，光纤准直器1下 方置有用于盛放样品11的样品台10，样品台10下方置有显微物镜9，显微物镜9与光纤准 直器6对准合束晶体8的两个相垂直的侧面。合束晶体8下方置有CCD相机7。激光器5出射的光经过光纤耦合器4耦合进光纤，并被光纤分束器3分成两路第 一路是物光，通过一个光纤准直器1，将光纤出射的发散球面光波准直成平行光，平行光竖 直向下照射在水平放置的样品11上，穿过样品台10，显微物镜9，并通过合束棱镜8后照射 在CXD相机7上；另一路是参考光，通过光纤准直器6整形成平行光，水平照射在合束棱镜 8上，反射后与物光波干涉形成全息图被CCD相机7记录。实验中用532nm绿光光源，20X显微物镜。样品是放在普通塑料培养皿中的HELE 肿瘤细胞。图2所示为系统采到的全息图，图3为其局部放大图，可以清楚的看到倾斜的干 涉条纹；图4是再现后得到的相位图，可以清楚看到培养液中生长的细胞形貌；图5是图4 的灰度显示图，灰度值代表高度信息，可以更清楚的看到视场中细胞的分布。
权利要求
1.倒置式数字全息显微镜，包括光纤准直器(1、6)，光纤O)，光纤分束器(3)，光纤耦 合器G)，激光器(5)，CCD相机(7)，合束晶体(8)，显微物镜(9)，一维平移台(10)，样品台 (11)，二维平移台(12)，样品(13)；其特征在于激光器5的前方安置有光纤耦合器G)，光纤耦合器(4)通过光纤与光纤分束器(3) 相连，光纤分束器C3)接出两路光纤分别连接有光纤准直器(1)和光纤准直器(6)，光纤准 直器(1)下方置有用于盛放样品(13)的样品台(11)，样品台(11)连接在(12). 二维平移 台上，样品台(11)下方置有安装在一维平移台(10)上的显微物镜(9)，显微物镜(9)与光 纤准直器(6)对准合束晶体(8)的两个相垂直的侧面，合束晶体(8)下方置有C C D相机 (7) ；CCD相机(7)与计算机(14)相连；激光器5出射的光经过光纤耦合器(4)耦合进光纤，并被光纤分束器C3)分成两路第 一路是物光，通过一个光纤准直器(1)将光纤出射的发散球面光波准直成平行光，平行光 竖直向下照射在水平放置的样品(1 上，穿过样品台(11)，显微物镜(9)，并通过合束棱镜 8后照射在C⑶相机(7)上；另一路是参考光，通过光纤准直器(6)整形成平行光，水平照 射在合束棱镜(8)上，反射后与物光波干涉形成全息图被CCD相机(7)记录；上述两路光有 夹角。
2.根据权利要求1所述的倒置式数字全息显微镜，其特征在于上述的物光经光纤准 直器(1)准直成的平行光的直径为5mm。
3.根据权利要求1所述的倒置式数字全息显微镜，其特征在于上述的参考光经过光 纤准直器(6)准直成的平行光直径为2cm。
全文摘要
倒置式数字全息显微镜，属于数字全息术技术领域，可用于三维实时形貌测量，生物细胞成像，其在激光器5的前方安置有光纤耦合器4，光纤耦合器4通过光纤与光纤分束器3相连，光纤分束器3接出两路光纤分别连接有光纤准直器1和光纤准直器6，光纤准直器1下方置有用于盛放样品13的样品台11，样品台11连接在12.二维平移台上，样品台11下方置有安装在一维平移台10上的显微物镜9，显微物镜9与光纤准直器6对准合束晶体8的两个相垂直的侧面。合束晶体8下方置有CCD相机7。其可以对培养皿底部贴壁生长的活体细胞做长时间高分辨率观测，系统集成度高，体积小，并且由于采用光纤连接使激光器可以任意安装在系统其他部位。
文档编号G01N21/84GK102122063SQ20111005708
公开日2011年7月13日 申请日期2011年3月9日 优先权日2011年3月9日
发明者万玉红, 张亦卓, 江竹青, 王云新, 王大勇 申请人:北京工业大学