本实用新型专利技术涉及一种基于全息再现法实现照明的暗场数字显微装置，属于暗场数字全息显微术领域。该装置包括激光器、光学分束镜I、光学分束镜II、扩束镜I、扩束镜II、针孔滤波器I、针孔滤波器II、准直透镜I、准直透镜II、光学反射镜I、光学反射镜II、空间光调制器、暗场聚光镜、实验样品、显微物镜、光电耦装置、计算机；与传统的全孔径数字全息显微术相比，本实用新型专利技术具有更高的分辨率和对比度，适用于生物医学检测、胶体化学领域中观察活体细胞溶质粒子的布朗运动等领域。
【技术实现步骤摘要】
一种基于全息再现法实现照明的暗场数字显微装置
本技术涉及一种基于全息再现法实现照明的暗场数字显微装置，属于暗场数字全息显微术领域。
技术介绍
现代各种远场近场显微术，如高倍光学显微术，共聚焦扫描显微术、荧光显微术、傅里叶相位显微术、希尔伯特位相显微术、衍射位相显微术、扫描电子显微术、扫描隧道显微术及近年来发展起来的极为先进的显微术（如受激发射损耗显微术、随机光学重建显微术和荧光激发定位显微术）等，由于存在这样或那样的限制，如非无损、非实时、测量信息不全面等，不适合于活细胞高精度实时检测及动态监测。数字全息显微术（DHM）不仅没有上述无损、实时测量等方面的限制，而且成本低，操作简单，还能够同时获得样品定量的强度及相位信息。更为重要的是，利用该技术可以方便的采用数字手段进行滤波、位相畸变校正、自动聚焦，扩展焦深等操作，并可利用数字手段获得微分对比像，增强样品细节显示的能力。暗场数字全息显微成像技术不仅可以增强显微成像的对比度，而且还可以提高成像的分辨率。因此，它可以很好地弥补明场显微成像技术的不足。Dubois等人从实验角度验证了暗场数字全息显微成像技术可以提高成像的分辨率。Faridian等人在暗场数字全息显微成像技术中引入了变化的散斑场照明，通过多幅全息再现叠加取均值的方法克服了散斑噪声，增强了显微成像的对比度，同样也提高了成像分辨率。但以上几种暗场数字全息显微成像系统中均是通过采用制作特定尺寸的圆形掩膜板或者利用环形反射镜，将扩束后的高斯光整形成环形光作为物体的照明光，使之匹配暗场聚光镜。然而高斯光束均匀性差，而且圆形掩膜制作的环形光阑内外环环径比可调性差，上述这些方法在实现暗场显微照明上都存在操作繁琐、成像对比度及图像分辨率差等问题。
技术实现思路
本技术是为了克服现有暗场数字全息显微术照明光中存在的环形照明光内、外半径大小可调性差、照明光不均匀、分辨率低，成像对比度弱等问题，提出的一种基于全息再现法实现照明的暗场数字显微装置，将计算机算好的环形光计算全息图输送给空间光调制器，空间光调制器经扩束准直好的平行光照射后实时再现适合暗场聚光镜照明的环形光，环形光进入到暗场聚光镜后形成环形光锥照明实验样品获得实验样品的衍射光，数字全息术将样品的衍射光和参考光的干涉条纹通过光电耦合装置传输给计算机，再利用重构技术，再现物体三维图像；该装置可有效提高系统分辨率、增强再现像对比度，针对不同数值孔径显微物镜及实验样品尺寸大小灵活的再现合适的环形照明光。本技术为解决其技术问题而采用的技术方案是：一种基于全息再现法实现照明的暗场数字显微装置，包括激光器1、光学分束镜I2、光学分束镜II11、扩束镜I3、扩束镜II13、针孔滤波器I4、针孔滤波器II14、准直透镜I5、准直透镜II15、光学反射镜I6、光学反射镜II16、空间光调制器7、暗场聚光镜8、实验样品9、显微物镜10、光电耦合装置12；激光器1出射的激光照射在光学分束镜I2上；光学分束镜I2、光学分束镜II11、光学反射镜I6和光学反射镜II16在光学平台上构成一个马赫-增德光路系统，其中光学分束镜I2与光学反射镜I6在同一条垂直线上，光学分束镜I2与光学反射镜II16在同一条水平线上，光学反射镜II16与光学分束镜II11在同一条垂直线上，光学分束镜II11与光学反射镜I6在同一条水平线上；光学分束镜I2与光学反射镜I6之间依次设有扩束镜I3、针孔滤波器I4、准直透镜I5，针孔滤波器I4与准直透镜I5紧挨着，准直透镜I5的前焦面位于扩束镜I3的出瞳位置；光学分束镜I2与光学反射镜II16之间依次设有扩束镜II13、针孔滤波器II14、准直透镜II15，针孔滤波器II14与准直透镜II15紧挨着，准直透镜II15的前焦面位于扩束镜II13的出瞳位置；光学反射镜I6与光学分束镜II11之间依此设有空间光调制器7、暗场聚光镜8、实验样品9、显微物镜10，实验样品9位于暗场聚光镜8的后焦面上，显微物镜10的前焦面和实验样品9平面重合，光电耦合装置12设置在光学分束镜II11的后方，并与实验样品9为物像共轭关系；进一步地，所述激光器1与光学分束镜I2的距离为0.1~0.2m；光学分束镜I2与光学反射镜I6的距离为1.00~1.10m，光学分束镜I2与光学反射镜II16的距离为1.50~1.70m，光学反射镜II16与光学分束镜II11的距离为1.00~1.10m，光学分束镜II11与光学反射镜I6的距离为1.50~1.70m；扩束镜I3与光学分束镜I2之间距离为0.15~0.20m，扩束镜II13与光学分束镜I2之间距离为0.15~0.20m，暗场聚光镜8与光学分束镜II11之间的距离为0.25~0.3m；光电耦合装置12与光学分束镜II11之间的距离为0.1~0.2m；进一步地，所述光电耦合装置12为CCD或CMOS；进一步地，空间光调制器7为振幅型或相位型；所述空间光调制器与计算机连接；所述环形光计算全息图由计算机算好，输送给空间光调制器，再由扩束准直后的平行光照射空间光调制器实时再现环形光；所述全息再现法实现环形光照明的环形光斑内、外半径大小可通过计算机根据实际观察对象准确的进行调节；本技术利用全息再现法实现环形光照明，马赫增德尔光路系统进行显微干涉图像记录。利用平行光照射空间光调制器实时再现计算机算好的环形光计算全息图，生成匹配暗场聚光镜所需要环形照明光；环形光进入到暗场聚光镜后汇聚成环形光锥照明实验样品，离开实验样品后的衍射光被显微物镜接收作为物光与参考光干涉成像在光电耦合装置（CCD或CMOS）光敏面上，形成全息图，再由光电耦合装置记录并输送给计算机，通过计算机数值再现，获取被观测物体的三维全息再现像；使用时在暗场显微聚光镜和标本片之间要加一滴香柏油，暗场聚光镜与载玻片之间滴加的香柏油要充满,否则照明光线于聚光镜上面进行全面反射,达不到被检物体,从而不能得到暗视野照明。另外防止直射光线进入显微物镜。按照上述过程，在不同时间里记录下多幅全息图，再对全息图进行重构，就可以得到样品实时动态图像，实现对实验样品的动态监测。本技术的有益效果：（1）本技术的基于全息再现法实现照明的暗场数字显微装置可通过计算机对环形照明光内、外半径大小进行精确调节，根据实际要求整形出大小合适的环形光源，具有精确的内、外环半径，操作简单、快速准确；（2）本技术的基于全息再现法实现照明的暗场数字显微装置可获得均匀的环形照明光，避免了利用高斯光束经环形光阑遮光整形后的环形照明光均匀性差、环形光阑可调节性差等问题；（3）本技术的基于全息再现法实现照明的暗场数字显微装置利用振幅型空间光调制器就可再现出适合的环形光，价格更便宜，推广性强；（4）本技术的基于全息再现法实现照明的暗场数字显微装置可在不同时间里记录下多幅全息图，对全息图再现后进行对比可得到观察对象的动态三维图像，实现对观察对象的动态监测；（5）本技术的基于全息再现法实现照明的暗场数字显微装置无需对观察对象进行染色，可实现对活体细胞显微观察及动态监测；（6）本技术的基于全息再现法实现照明的暗场数字显微装置可以在光电耦合装置记录下的全息图上方便地采用数字手段进行滤波、位相畸变校正，再本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于全息再现法实现照明的暗场数字显微装置，其特征在于：包括激光器（1）、光学分束镜I（2）、光学分束镜II（11）、扩束镜I（3）、扩束镜II（13）、针孔滤波器I（4）、针孔滤波器II（14）、准直透镜I（5）、准直透镜II（15）、光学反射镜I（6）、光学反射镜II（16）、空间光调制器（7）、暗场聚光镜（8）、实验样品（9）、显微物镜（10）、光电耦合装置（12）；激光器（1）出射的激光照射在光学分束镜I（2）上；光学分束镜I（2）、光学分束镜II（11）、光学反射镜I（6）和光学反射镜II（16）在光学平台上构成一个马赫‑增德光路系统，其中光学分束镜I（2）与光学反射镜I（6）在同一条垂直线上，光学分束镜I（2）与光学反射镜II（16）在同一条水平线上，光学反射镜II（16）与光学分束镜II（11）在同一条垂直线上，光学分束镜II（11）与光学反射镜I（6）在同一条水平线上；光学分束镜I（2）与光学反射镜I（6）之间依次设有扩束镜I（3）、针孔滤波器I（4）、准直透镜I（5），准直透镜I（5）的前焦面位于扩束镜I（3）的出瞳位置；光学分束镜I（2）与光学反射镜II（16）之间依次设有扩束镜II（13）、针孔滤波器II（14）、准直透镜II（15），准直透镜II（15）的前焦面位于扩束镜II（13）的出瞳位置；光学反射镜I（6）与光学分束镜II（11）之间依此设有空间光调制器（7）、暗场聚光镜（8）、实验样品（9）、显微物镜（10），实验样品（9）位于暗场聚光镜（8）的后焦面上，显微物镜（10）的前焦面和实验样品（9）平面重合，光电耦合装置（12）设置在光学分束镜II（11）的后方，并与实验样品（9）为物像共轭关系。...
【技术特征摘要】
1.一种基于全息再现法实现照明的暗场数字显微装置，其特征在于：包括激光器（1）、光学分束镜I（2）、光学分束镜II（11）、扩束镜I（3）、扩束镜II（13）、针孔滤波器I（4）、针孔滤波器II（14）、准直透镜I（5）、准直透镜II（15）、光学反射镜I（6）、光学反射镜II（16）、空间光调制器（7）、暗场聚光镜（8）、实验样品（9）、显微物镜（10）、光电耦合装置（12）；激光器（1）出射的激光照射在光学分束镜I（2）上；光学分束镜I（2）、光学分束镜II（11）、光学反射镜I（6）和光学反射镜II（16）在光学平台上构成一个马赫-增德光路系统，其中光学分束镜I（2）与光学反射镜I（6）在同一条垂直线上，光学分束镜I（2）与光学反射镜II（16）在同一条水平线上，光学反射镜II（16）与光学分束镜II（11）在同一条垂直线上，光学分束镜II（11）与光学反射镜I（6）在同一条水平线上；光学分束镜I（2）与光学反射镜I（6）之间依次设有扩束镜I（3）、针孔滤波器I（4）、准直透镜I（5），准直透镜I（5）的前焦面位于扩束镜I（3）的出瞳位置；光学分束镜I（2）与光学反射镜II（16）之间依次设有扩束镜II（13）、针孔滤波器II（14）、准直透镜II（15），准直透镜II（15）的前焦面位于扩束镜II（13）的出瞳位置；光学反射镜I（6）与光学分束镜II（11）之间依此设有...
【专利技术属性】
技术研发人员：张文燕，楼宇丽，李重光，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：新型
国别省市：云南,53
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