用于构建目标物的三维轮廓的宽带轮廓仪系统及方法技术方案

三维轮廓仪包括宽带辐射源(110,10,10',10”)。干涉式量测系统(100,90)接收辐射并包括第一分光器(114,14,14',14”)和第二分光器(123,23,23',23”)、移动式时间延迟诱导反射器(116,16,16',16”)和固定式反射器(118,18,18',18”)。干涉式量测系统(100,90)利用第一分光器(114,14,14',14”)创建时间延迟光学样本辐射源和光学参考入射辐射源。静止的样本容器接收光学样本入射辐射。参考平面(140,40,40')接收光学参考入射辐射。检测器(170,70,70',70”)接收来自反射的或散射的光学样本辐射和反射的或散射的光学参考辐射的干涉信号。处理器(80,80',80”)提取参考平面(140,40,40')和样本(150,50,50')之间的光程差，并重建样本的三维形貌。三维形貌。三维形貌。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于构建目标物的三维轮廓的宽带轮廓仪系统及方法


[0001]本专利技术提供了一种非侵入式、非接触式和无标签(label
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free)的设备和方法，以获取物体的三维轮廓，在一个实施例中，物体可以是半透明的微型物体(例如，活细胞)。

技术介绍

[0002]干涉测量术(Interferometry)是一种被广泛使用以测量目标样本各种特性的技术。干涉仪使用干涉原理，即光或其他电磁波相互叠加；所得的干涉被分析以提取样本特性。在干涉仪中，光源(source light)被分成两条光路，一条光路指向样本，另一条光路指向参考组件。反射光或散射光被合并并发送到检测器。干涉条纹提供了关于样本光和参考光之间的光程差的信息，该信息可以与诸如样本的表面特征之类的特性相关。
[0003]虽然干涉测量法可用于各种技术学科，但在分析生物样本时，其使用情况可能受到限制。生物样本，例如半透明的活细胞，可能经常浸入液体中，需要通过这种液体进行测量/成像。由于液体或多层样本的存在，常规干涉仪可能无法求出样本和参考臂之间的光程差。
[0004]其他技术可用于决定物体的三维特性。然而，扫描电子显微镜(scanning electron microscopy)等技术需要耗时且昂贵的样本制备，并且在真空环境中进行。其他技术，如细胞染色，会杀死样本，因此不能用于观察如细胞分裂(cell division)等实时细胞功能。
[0005]因此，本领域需要改进的干涉仪和方法，其能够以非破坏性的方式有效地测量样本(包括生物样本)的多层轮廓，且几乎不需要样本制备。本专利技术解决了这一需要。

技术实现思路

[0006]本专利技术能够提供多层样本的三维轮廓，例如浸没在液体中的生物样本。本专利技术通过在光源光路(source arm)中使用延时光(time
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delayed light)来实现这一点。以这种方式，物镜或样本的振动和运动被消除，并且活体样本及其周围的流体将不会受到运动的影响。
[0007]在一个方面，本专利技术提供了一种用于重建样本形貌的光学系统，在一个实施例中，样本可以是半透明的生物微样本。系统包括宽带辐射源和，可选地，第一透镜系统，其中第一透镜系统与辐射源通信并输出准直辐射光束。干涉式量测系统被配置为接收准直辐射光束，并且包括至少第一分光器、移动式时间延迟诱导反射器和固定式反射器。干涉式量测系统利用第一分光器创建时间延迟的光学样本入射辐射源和光学参考入射辐射源。静止的样本容器接收光学样本入射辐射。参考平面接收光学参考入射辐射。检测器接收来自光学样本反射的或散射的辐射和光学参考反射或散射的辐射的干涉信号。处理器提取参考平面和样本之间的光程差，并重建样本的三维形貌。
附图说明
[0008]图1A
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1B示意性地描绘了根据第一实施例的光学系统和光学系统的概述；
[0009]图2是根据另一实施例的光学系统；
[0010]图3是根据另一实施例的光学系统；
[0011]图4是由图1的系统产生的关于信号峰值的曲线图；
[0012]图5是从图4的曲线图中提取的关于峰值强度信息的描述。
[0013]图6是由图1的光学系统产生的红细胞(red blood cell)图像
[0014]图7A
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7D示出了可以使用本专利技术的光学系统观察/检查的多种样本的多个图像。
具体实施方式
[0015]详细参考附图，图1A示意性地描绘了根据一实施例的光学系统100的主要部件。在一个方面，本专利技术通过在光学系统的样本测量路径中使用延时光，以补偿由待测量样本内的液体所引起的焦距增加。光学系统100可用于重建三维样本的形貌；在一个实施例中，这可以是半透明的微样本。
[0016]系统100包括电磁辐射源110，其可以是例如光、UV光、红外光等。分光器114将光导向可移动式反射器116，其引入了时间延迟，以及固定式反射器118。延时光入射到样本150上，在一个实施例中，样本150可以是包括液体的静止样本。来自固定式反射器的光入射到参考平面140上。具有样本和参考反射光的两个信息的干涉图像进入检测器170，并且可以被建模为：
[0017]I＝I(x，y)+c
*
f(x，y，z)f(x、y，z
‑
dz)cos(φ+kdz)
[0018]图1B示出了根据实施例的光学系统90的更详细描述。系统90使用宽带电磁辐射源10。在一个方面，宽带电磁辐射源10可以是发射连续光谱光的宽带光源。此光可以是白光，其例如来自白光LED或卤素光源，或者其可以使用电磁辐射的其他光谱区域，例如紫外光或红外光。光进入选择性设置的透镜12，例如准直透镜，以产生准直的入射光13。
[0019]准直光13进入第一分光器14，此分光器向固定式/静止式反射镜18透射一半的光，并反射一半的光向移动式反射器16。通过在垂直于反射器表面的方向上的运动，移动式反射器引起时间延迟。在一个方面，移动式反射器16可以是压电镜16。压电反射镜16在反射镜控制器20的指示下将受控的时间延迟分量引入至反射光束17中。
[0020]相比之下，被固定式反射器18反射的光19不包括时间延迟。被固定式反射器和移动式反射器反射的两束光，产生共轴重叠的相干相关图像。这些反射光束在通过光学透镜21之后被第一分光器14导引向第二分光器23。
[0021]在第二分光器23中，光被透射/反射成光束30(光学样本光束)和光束35(光学参考光束)。这些光束中的每一个都穿透对应的物镜32和39。光学样本光束入射到位于固定平台(platform)/台(stage)60上的样本50上，而光学参考光束入射到参考平面40上。参考平面40可以是位于物镜39的焦平面处的部分反射板。
[0022]应注意的是，入射到样本上的光足以通过断层扫描技术(tomographic technique)对样本的整个区域进行成像，其中光入射于在样本的不同厚度处。因此，在厚度Z处的整个x
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y平面图像将从样本反射/散射的光所撷取。然而，尽管在图1B的系统中没有使用，也可以产生更聚焦的光束，以在样本表面上光栅式方式扫描。样本放置在样本平台60
(其用于浸没在液体中的生物样本)上，样本平台60可以包括防水的样本固定器，例如培养皿(culture plate)。控制器55能够精确地定位样本平台60以确保光学对准。
[0023]光被样本50反射/散射，并在第二分光器23中与被参考平面40反射/散射的光合并，以产生干涉光信号67，此干涉光信号通过选择性设置的透镜65而被引导至检测器70。检测器可以是一个或多个电荷耦合器件(charge
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coupled devices,CCD)、照相机或任何其他已知的检测器(例如，当光源是UV或IR时，是UV或红外探测器)。为了创建全三维图像，使用断层扫描技术，对样本在其连续的厚度处进行成像。如本文所用，术语“断层扫描”被本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于重建样本的三维形貌的光学系统，其特征在于，所述系统包括：宽带辐射源；干涉式量测系统，其被配置为从所述宽带辐射源接收所述辐射，其中所述干涉式量测系统包括分光器、移动式时间延迟诱导反射器(moving time delay
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inducingreflector)和固定式反射器，所述干涉式量测系统利用所述第一分光器创建时间延迟的光学样本入射辐射源(time
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delayed optical sample incident radiation source)和光学参考入射辐射源(optical reference incident radiation source)；静止的样本容器，用于接收光学样本入射辐射；参考平面，用于接收光学参考入射辐射；检测器，被配置为接收从光学样本反射的或散射的辐射和光学参考反射的或散射的辐射产生的干涉信号；处理器，用于提取所述参考平面和所述样本之间的光路差并重建所述样本的三维形貌。2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，其中所述重建包括提取所述样本的多个层的断层扫描的相位和强度。3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，其中所述可移动式反射器包括压电反射镜。4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，还包括第一偏振器和第二偏振器，所述第一偏振器被定位成产生偏振光学样本入射辐射源和偏振光学参考入射辐射源，所述第二偏振器被定位为将...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘锦潮，朴勇宇，陈宝珊，郑文湋，杨飞，郎琪，
申请(专利权)人：爱佩仪传感信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：