本发明专利技术提供了一种基于螺旋相位片的明场相位显微成像装置及方法，所述装置包括：激光光源；对激光光束进行扩束准直后投射到样品上，产生携带样品信息的高斯光的扩束准直单元；根据导入的螺旋相位片全息图对高斯光进行相位调制，产生携带样品信息的涡旋光的相位调制单元；采集涡旋光，获得成像强度图的探测器；对成像强度图进行处理，获得重构的样品相位信息图像的控制终端。本发明专利技术通过对携带样品信息的高斯光束进行相位调制，将采集到的高斯光转换为涡旋光，实现了单次拍摄记录成像强度图即可获得样品相位信息，装置简单，操作方便，成像速度快且成像视场大，明场成像消除了暗场成像的限制，大幅提高了相位显微成像时间分辨率，简化了成像步骤。简化了成像步骤。简化了成像步骤。
【技术实现步骤摘要】
一种基于螺旋相位片的明场相位显微成像装置及方法
[0001]本专利技术属于光学成像
，尤其涉及的是一种基于螺旋相位片的明场相位显微成像装置及方法。
技术介绍
[0002]传统的光学显微镜虽然能够实现无标记观察，但依赖于样品本身的光学属性，缺乏特异性。后续发展出的荧光显微镜虽然打破了远场衍射极限对分辨率的限制，但荧光显微空间上的分辨率提高往往以牺牲时间分辨率为代价，且荧光显微技术具有较高的光毒性和光漂白，染色过程复杂、耗时，荧光蛋白或荧光染料会改变细胞的正常生理状态，标记后的细胞无法再进入人体，这些劣势阻碍了荧光显微技术在生物医疗领域的应用。
[0003]为了能够对透明相位样品进行无标记成像，现有方法是将相衬显微，全息术与阿贝衍射极限结合，产生与样品有关的光程变化图，再通过对成像图像进行后续的重构处理获得完整的样品相位信息，而目前大多数的重构方法都是利用多步相移方法，这种方法需要采集多张成像强度图，成像过程耗时。
[0004]因此，现有技术有待于进一步的改进。
技术实现思路
[0005]鉴于上述现有技术中的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种基于螺旋相位片的明场相位显微成像装置及方法，克服现有相位成像需要采集多张成像强度图，成像过程耗时的缺陷。
[0006]本专利技术所公开的第一实施例为一种基于螺旋相位片的明场相位显微成像装置，其中，包括：激光光源；
[0007]扩束准直单元，用于对所述激光光源发出的激光光束进行扩束准直后投射到样品上，产生携带样品信息的高斯光；<br/>[0008]相位调制单元，用于接收携带样品信息的所述高斯光，并根据导入的螺旋相位片全息图对所述高斯光进行相位调制，产生携带样品信息的涡旋光；
[0009]探测器，用于采集携带样品信息的所述涡旋光，获得成像强度图；
[0010]控制终端，用于接收所述成像强度图，根据所述成像强度图生成初始物函数，并对所述初始物函数进行迭代更新，获得重构的样品相位信息图像。
[0011]所述的基于螺旋相位片的明场相位显微成像装置，其中，所述扩束准直单元包括：
[0012]针孔滤波器，用于接收所述激光光源发出的激光光束，并对所述激光光束进行扩束；
[0013]半波片，用于接收扩束后的激光光束，并对扩束后的激光光束的偏振方向进行调整，以使得所述激光光束的偏振方向与所述相位调制单元的工作方向一致；
[0014]第一透镜，用于对调整偏振方向的激光光束进行准直，并将准直后的激光光束投射到样品上，产生携带样品信息的高斯光。
[0015]所述的基于螺旋相位片的明场相位显微成像装置，其中，所述扩束准直单元与所述相位调制单元之间依次设置有物镜、管镜以及光阑，所述光阑设置于所述管镜的后焦面；
[0016]所述物镜和所述管镜用于接收所述扩束准直单元产生的携带样品信息的高斯光，并对所述高斯光进行放大；
[0017]所述光阑用于接收所述物镜和所述管镜放大后的高斯光，并对放大后的高斯光进行过滤。
[0018]所述的基于螺旋相位片的明场相位显微成像装置，其中，所述光阑与所述相位调制单元之间设置有第二透镜，所述相位调制单元与所述探测器之间设置有第三透镜，所述第三透镜的前焦面与所述第二透镜的后焦面重合，所述相位调制器设置于所述第二透镜的后焦面，所述探测器设置所述第三透镜的后焦面；
[0019]所述第二透镜用于接收所述光阑过滤后的高斯光，并将过滤后的高斯光汇聚至所述相位调制单元进行相位调制；
[0020]所述第三透镜用于接收所述相位调制单元产生的携带样品信息的涡旋光，并将所述涡旋光投射至所述探测器进行成像。
[0021]所述的基于螺旋相位片的明场相位显微成像装置，其中，所述相位调制单元为螺旋相位板或液晶空间光调制器。
[0022]本专利技术所公开的第二实施例为一种基于螺旋相位片的明场相位显微成像方法，其中，包括：
[0023]对激光光源发出的激光光束进行扩束准直后投射到样品上，产生携带样品信息的高斯光；
[0024]根据导入的螺旋相位片全息图对所述高斯光进行相位调制，产生携带样品信息的涡旋光；
[0025]采集携带样品信息的所述涡旋光，获得成像强度图；
[0026]根据所述成像强度图生成初始物函数，并对所述初始物函数进行迭代更新，获得重构的样品相位信息图像。
[0027]所述的基于螺旋相位片的明场相位显微成像方法，其中，所述对激光光源发出的激光光束进行扩束准直后投射到样品上，产生携带样品信息的高斯光的步骤包括：
[0028]对激光光源发出的激光光束进行扩束，得到扩束后的激光光束；
[0029]对扩束后的激光光束的偏振方向进行调整，得到调整偏振方向的激光光束；
[0030]对调整偏振方向的激光光束进行准直，并将准直后的激光光束投射到样品上，产生携带样品信息的高斯光。
[0031]所述的基于螺旋相位片的明场相位显微成像方法，其中，所述根据所述成像强度图生成初始物函数的步骤包括：
[0032]生成尺寸与所述成像强度图的尺寸相同的随机矩阵；
[0033]将所述随机矩阵插入预设相位函数中构建初始物函数的相位部分，生成初始物函数。
[0034]所述的基于螺旋相位片的明场相位显微成像方法，其中，所述对所述初始物函数进行迭代更新，获得重构的样品相位信息图像的步骤包括：
[0035]对所述初始物函数进行傅里叶变换、相位调制以及振幅更新，生成目标物函数；
[0036]当迭代次数或迭代收敛不满足预设条件时，将所述目标物函数作为初始物函数，并继续执行对所述初始物函数进行傅里叶变换、相位调制以及振幅更新，生成目标物函数的步骤，直至迭代次数或迭代收敛满足预设条件；
[0037]根据所述目标物函数，获得重构的样品相位信息图像。
[0038]所述的基于螺旋相位片的明场相位显微成像方法，其中，所述对所述初始物函数进行傅里叶变换、相位调制以及振幅更新，生成目标物函数的步骤包括：
[0039]对所述初始物函数进行傅里叶变换，并利用预设第一螺旋相位调制函数对变换后的初始物函数进行相位调制，得到第一像函数；
[0040]利用所述成像强度图的强度对所述第一像函数的振幅进行更新，得到第二像函数；
[0041]对所述第二像函数进行逆傅里叶变换，并利用预设第二螺旋相位调制函数对变换后的所述第二像函数进行相位调制，得到第三像函数；其中，所述第二螺旋相位调制函数与所述第一螺旋相位调制函数的相位相反；
[0042]将所述第三像函数的振幅更新为预设值，生成目标物函数。
[0043]有益效果，本专利技术通过对携带样品信息的高斯光束进行相位调制，将采集到的高斯光转换为涡旋光，实现了单次拍摄记录成像强度图即可获得样品相位信息，装置简单，操作方便，成像速度快且成像视场大，明场成像消除了暗场成像的限制，大幅提高了相位显微成像时间分辨率，简化了成像步骤。
附图说明
[0044]图1是本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于螺旋相位片的明场相位显微成像装置，其特征在于，包括：激光光源；扩束准直单元，用于对所述激光光源发出的激光光束进行扩束准直后投射到样品上，产生携带样品信息的高斯光；相位调制单元，用于接收携带样品信息的所述高斯光，并根据导入的螺旋相位片全息图对所述高斯光进行相位调制，产生携带样品信息的涡旋光；探测器，用于采集携带样品信息的所述涡旋光，获得成像强度图；控制终端，用于接收所述成像强度图，根据所述成像强度图生成初始物函数，并对所述初始物函数进行迭代更新，获得重构的样品相位信息图像。2.根据权利要求1所述的基于螺旋相位片的明场相位显微成像装置，其特征在于，所述扩束准直单元包括：针孔滤波器，用于接收所述激光光源发出的激光光束，并对所述激光光束进行扩束；半波片，用于接收扩束后的激光光束，并对扩束后的激光光束的偏振方向进行调整，以使得所述激光光束的偏振方向与所述相位调制单元的工作方向一致；第一透镜，用于对调整偏振方向的激光光束进行准直，并将准直后的激光光束投射到样品上，产生携带样品信息的高斯光。3.根据权利要求1所述的基于螺旋相位片的明场相位显微成像装置，其特征在于，所述扩束准直单元与所述相位调制单元之间依次设置有物镜、管镜以及光阑，所述光阑设置于所述管镜的后焦面；所述物镜和所述管镜用于接收所述扩束准直单元产生的携带样品信息的高斯光，并对所述高斯光进行放大；所述光阑用于接收所述物镜和所述管镜放大后的高斯光，并对放大后的高斯光进行过滤。4.根据权利要求3所述的基于螺旋相位片的明场相位显微成像装置，其特征在于，所述光阑与所述相位调制单元之间设置有第二透镜，所述相位调制单元与所述探测器之间设置有第三透镜，所述第三透镜的前焦面与所述第二透镜的后焦面重合，所述相位调制器设置于所述第二透镜的后焦面，所述探测器设置所述第三透镜的后焦面；所述第二透镜用于接收所述光阑过滤后的高斯光，并将过滤后的高斯光汇聚至所述相位调制单元进行相位调制；所述第三透镜用于接收所述相位调制单元产生的携带样品信息的涡旋光，并将所述涡旋光投射至所述探测器进行成像。5.根据权利要求1所述的基于螺旋相位片的明场相位显微成像装置，其特征在于，所述相位调制单元为螺旋相位板或液晶空间光调制器。6.一种基于螺旋相位片的明场相位显微成像方法，其特征在于，包括：对激光光源发出的激光光束进行...
【专利技术属性】
技术研发人员：于斌，吴迪，蒋子珍，屈军乐，林丹樱，曹慧群，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：
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