The invention discloses a device and a method for measuring the defocusing distance of a micro-scale transparent body based on an additional phase sheet, and relates to the technical field of micro-scale transparent body testing. This paper presents a method of obtaining four phase volume images with different defocusing degrees by setting additional phase plates and calculating SPEC parameters according to these images to determine the position of phase volume relative to the optical axis of the objective lens of the imaging system, so as to realize the real-time measurement of the three-dimensional position of transparent phase volume. The invention improves the stability of the system by adding a rotatable phase plate in the optical path, and realizes the adjustment of the optical path without the mechanical movement of the optical path. The direct calculation method does not need the iterative optimization process, and the calculation process is simple.
【技术实现步骤摘要】
基于附加相位片的微尺度透明体离焦距离测量装置及方法
本专利技术涉及微尺度透明体测试
,特指一种通过附加相位片后的四次测量以实现透明体相对于透镜的位置测量系统及方法,其适用于所测量的微尺度透明体相对于背景介质具有不同折射率的透明体在光轴方向的位置的测量。
技术介绍
物体的三维位置信息是确定物体运动变化规律的基础数据,在生物学、物理学、化学、机械工程及信息等领域扮演着重要的角色,其中的微尺度透明体(以细胞为代表)三维位置的测量是生物学研究的基础。目前,为了实现微尺度透明体测量,学术界一般采用荧光靶定探测和相位显微成像方法。对于通常的测试对象——细胞而言,荧光靶定探测需要荧光粉与细胞作用,这可能影响细胞的生命过程,最终导致测量结果与真实细胞运动变化过程之间的误差。相位显微成像方法能实现细胞厚度分布数据的获取且对相位体特性影响较小,近年来得到广泛重视,但在相位体光轴位置数据获取方面,传统的相位显微成像方法操作较复杂,需要对成像系统进行机械调整或通过数值计算实现数值聚焦(P.Langehanenberg,B.Kemper,D.Dirksen,andG.vonBally.Autofocusingindigitalholographicphasecontrastmicroscopyonpurephaseobjectsforlivecellimaging.AppliedOptics,2008,47:D176-D182)。采用机械调整以获取相位体位置的方式容易影响成像系统的稳定性;而通过数值计算的方式需要一个复杂的尝试迭代优化过程。在相位体位置确定的过程中,一个关键是 ...
【技术保护点】
1.基于附加相位片的微尺度透明体离焦距离测量装置,其特征在于:在Mach‑Zehnder(马赫增德尔)光路成像系统的物光臂的物镜与样品池间设置用于调整成像系统中样品与物镜之间的光程可转动相位片。
【技术特征摘要】
1.基于附加相位片的微尺度透明体离焦距离测量装置,其特征在于:在Mach-Zehnder(马赫增德尔)光路成像系统的物光臂的物镜与样品池间设置用于调整成像系统中样品与物镜之间的光程可转动相位片。2.根据权利要求1所述的基于附加相位片的微尺度透明体离焦距离测量装置,其特征在于:所使用的成像系统是Mach-Zehnder光路成像系统(附图1),其由光源、分光镜、物光臂光路和参考臂光路、合束镜、CCD(电荷耦合器件)构成,光源选用具有相干性的激光器,物光臂光路由分光镜、反射镜、样品池、相位片、物镜、合束镜构成,用以产生携带样品光学相位信息的物光束,参考臂光路由分光镜、反射镜和合束镜构成,用以产生与物光束干涉而呈现特定衍射图的参考光束。3.根据权利要求1所述的基于附加相位片的微尺度透明体离焦距离测量装置,其特征在于:可转动相位片位置是在成像系统的物镜与样品池之间。4.根据权利要求1所述的基于附加相位片的微尺度透明体离焦距离测量装置,其特征在于:可转动相位片是具有四种不同厚度区域的光学玻璃平板,其材料折射率记为n,取值范围为1.3<n<1.6,相位片的四种不同厚度的区域按厚度从薄到厚的顺序布置,对应的相位片的厚度记为t1,t2,t3和t4,相位片厚度的取值范围为0.3mm<t1<1.5mm,4Mmm<t2-t1<10Mmm,4Mmm<t3-t2<10Mmm,4Mmm<t4-t3<10Mmm,其中M为物镜放大倍率,相位片中心具有转动轴。5.根据权利要求1所述的基于附加相位片的微尺度透明体离焦距离测量装置,其特征在于:成像系统的物平面是由物镜焦距f、CCD与物镜间的光程差v来决定,成像系统的物平面到物镜之间的光程差u满足1/f=1/u+1/v。6.根据权利要求1所述的基于附加相位片的微尺度透明体离焦距离测量装置,其特征在于:获取相位体的衍射图是通过CCD来实现。7.根据权利要求1所述的基于附加相位片的微尺度透明体离焦距离测量装置,其特征在于:可转动相位片的不同厚度区域置于光路中可使样品与物镜之间的光程分别增加t1×(n-n0),t2×(n-n0),t3×(n-n0),t4×(n-n0),其中n0为空气的折射率,记相位片引起的相对光程变化为z1=0,z2=z1+(t2-t1)×(n-n0),z3=z2+(t3-t2)×(n-n0),z4=z3+(t4-t3)×(n-n0)。8.基于附加相位片的...
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