一种多波长相移显微成像系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光学成像领域，尤其涉及的是一种多波长相移显微成像系统及方法。
【背景技术】
[0002] 传统的光学显微镜，只能对微小物体进行二维成像，不能测量生物细胞等微结构 的三维形貌；而共焦显微镜虽然分辨率高，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。
[0003] 全息相位显微测量作为一种显微成像技术，具有无损、同时获取物体强度和相位 分布的特点，而活体生物细胞一般为透明结构，因此其相位图像方能提供更多独特的信息。 不同于已有的显微成像方法，全息相位测量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。此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，可以为早期医学诊断和药物设计等提供 一定的分析评价依据。也可以用于定量测量微光机电系统的表面结构（如：区域轮廓、缺陷 孔、突起、裂缝、面形误差等），为生产加工提供高精度、无损快捷的测量手段，具有广阔的应 用前景。
[0004] 然而这种全息相位测量技术仍然有其局限性，由于该技术光源使用的是单一波长 的相干光源，单波长干涉全息图再现的复振幅光场中的解调相位信息是通过计算反正切函 数得到的，即所得到的相位都折叠在（-JT，JT]之间，使得测量范围限制在光源波长的范围 内，当光经过物体后产生的光程差大于所用的记录光波波长时，其真实的相位将超出此范 围，引起包裹相位的混叠；当物体存在较大形变或者表面形貌复杂时，现有的一些解包裹方 法不能很好的求解出包裹相位，将不能得到物体真实的相位信息。
[0005] 因此，现有技术还有待于改进和发展。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种多波长相移显微成像系统及方法，旨在解决现有的全 息显微镜结构复杂，采用单波长光源导致包裹相位的混叠，不能得到物体真实的相位信息 的问题。
[0007] 本发明的技术方案如下：
[0008] 一种多波长相移显微成像方法，其利用米劳干涉装置采集样品信息的全息干涉条 纹，并通过彩色图像传感器转换为数字图像；再通过图像处理终端控制压电陶瓷发生位移， 使得米劳干涉装置内部两光束的光程差发生变化，从而使光波间发生相移干涉；然后，在短 时间里采集多幅干涉全息图，通过计算获取只含有物体信息的重构像。
[0009] 所述的方法，其中，所述光波间相位干涉具体为包含物体三维信息的物光波与经 过米劳干涉装置内的反射镜的参考光波之间发生的干涉。
[0010] 所述的方法，其中，发生干涉的干涉强度分布计算方法为：
【主权项】
1. 一种多波长相移显微成像方法，其特征在于，利用米劳干涉装置采集样品信息的全 息干涉条纹，并通过彩色图像传感器转换为数字图像；再通过图像处理终端控制压电陶瓷 发生位移，使得米劳干涉装置内部两光束的光程差发生变化，从而使光波间发生相移干涉； 然后，在短时间里采集多幅干涉全息图，通过计算获取只含有物体信息的重构像。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光波间相位干涉具体为包含物体三 维信息的物光波与经过米劳干涉装置内的反射镜的参考光波之间发生的干涉。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，发生干涉的干涉强度分布计算方法为：
其中，a(x，y)表示干涉全息图的背景强度，b(x，y)为干涉图对比度分布，死(Aj)为待 测物光波的相位，％为参考相位。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，采集四幅全息图，通过计算获取只含有物 体信息的重构像的具体方法为：
其中，IpI2, 13, I4分别表示相移量为0, 31/2, π，3 π/2的4幅全息图。
5. -种多波长相移显微成像系统，其特征在于，包括米劳干涉装置、白光光源、准直透 镜、分光平板、成像透镜、图像接收装置、图像处理终端、压电陶瓷、压电陶瓷控制器和样品 台，所述米劳干涉装置包括至上而下依次设置的第一显微物镜、第二显微镜、反射镜和平面 分光镜，所述准直透镜将白色光源的光扩束，送入分光平板中，所述分光平板一侧设置有米 劳干涉装置，另一侧设置有成像透镜，所述成像透镜的后端设置图像接收装置，所述图像接 收装置连接图像处理终端，所述图像处理终端连接压电陶瓷控制器，所述压电陶瓷控制器 连接压电陶瓷，所述压电陶瓷设置在米劳干涉装置上，所述图像处理终端通过压电陶瓷控 制器控制设置在米劳干涉装置上的压电陶瓷发生位移运动，实现获取多波长的干涉条纹信 息，所述样品台设置在米劳干涉装置下方。
6. 根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述图像接收装置为彩色图像传感器。
7. 根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述白光光源可替换为多个单色光源组 成，所述多个单色光源的光束通过分光棱镜后親合成多波长光源。
8. 根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述白光光源为白光LED光源。
【专利摘要】本发明公开了一种多波长相移显微成像系统及方法，包括米劳干涉装置，所述米劳干涉装置进一步包括至上而下依次设置的第一显微物镜、第二显微镜、反射镜和平面分光镜，所述准直透镜将白色光源的光扩束，送入分光平板中，所述分光平板一侧设置有米劳干涉装置，另一侧设置有成像透镜，所述成像透镜的后端设置图像接收装置，所述图像接收装置连接图像处理终端，所述图像处理终端连接压电陶瓷控制器，所述压电陶瓷控制器连接压电陶瓷，所述压电陶瓷设置在米劳干涉装置上，所述图像处理终端通过压电陶瓷控制器控制设置在米劳干涉装置上的压电陶瓷发生位移运动，实现获取多波长的干涉条纹信息，所述样品台设置在米劳干涉装置下方。采用本发明能够在紧凑的光路结构中，快速获取并分析物体的表面形貌和结构，获得物体更大范围，更高精度的结构形态。
【IPC分类】G01N21-88, G06T7-00, G01B9-021, G01N21-01
【公开号】CN104534979
【申请号】CN201410757875
【发明人】赵晖, 王翰林, 刘满林, 刘俊, 张浠, 安昕
【申请人】佛山市南海区欧谱曼迪科技有限责任公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月10日