本发明专利技术公开了一种可控高速层析相位的显微装置，包括：沿样品光光路依次布置的二维扫描系统、第一4f系统、样品、第二4f系统；设置在考光光路上的压电陶瓷控制反射镜，用于改变所述样品光光路和参考光光路的光程差；第二偏振分光棱镜，用于将样品光和参考光合束；沿所述偏振分光棱镜出射光路依次布置的偏振片和CCD。本发明专利技术还公开了一种可控高速层析相位的显微方法。本发明专利技术系统稳定性更高，可控性更强，经济性更好，能够实现复杂的角度扫描；并可将层析相位显微系统的速度提高4倍以上。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种可控高速层析相位的显微装置，包括：沿样品光光路依次布置的二维扫描系统、第一4f系统、样品、第二4f系统；设置在考光光路上的压电陶瓷控制反射镜，用于改变所述样品光光路和参考光光路的光程差；第二偏振分光棱镜，用于将样品光和参考光合束；沿所述偏振分光棱镜出射光路依次布置的偏振片和CCD。本专利技术还公开了一种可控高速层析相位的显微方法。本专利技术系统稳定性更高，可控性更强，经济性更好，能够实现复杂的角度扫描；并可将层析相位显微系统的速度提高4倍以上。【专利说明】可控高速层析相位的显微方法与装置
本专利技术属于光学超分辨显微领域，特别涉及一种可控高速层析相位的显微方法与装置。
技术介绍
生物组织中不同的细胞有不同的折射率，承担着不同的组织任务；同一个细胞内细胞核、细胞质和各种细胞器都有不同的折射率，当生物的生命活动发生改变的时，其相应组织内的细胞折射率分布也会发生改变，例如癌变细胞折射率增加，被疟原虫感染的红细胞折射率分布改变等，所以对生物细胞折射率的定量三维检测是光学显微领域与生命科学领域一项重要的课题。对细胞的折射率的观察不同于对荧光样品和染色样品的观察，细胞几乎处于透明状态，折射率对光波的调制主要体现在光程的调制上，所以必须通过干涉的方法才能对折射率信息进行采集，现在对折射率成像的方法主要有相衬显微术、干涉显微术，但这些方法只能对一个面成像，而且由于光程的改变具有累加效应，会导致这两种显微方式的成像结果会有很强的噪声，无法准确量化折射率分布。2007年，W Choi提出一种层析相位显微术，实现了三维定量折射率成像，对透明活动生物样品成像有很好的效果，能够准确的反应样品中折射率的分布情况。层析相位显微术运用干涉四步移相的方法来定量测量相位，通过120张定量相位图来重构一张三维折射率分布。为了提高层析相位显微术的成像速度，W Choi运用声光调制器移相实现了每秒10帧的数据采集速度。声光调制器的使用限定了整个体统的数据采集频率，整个系统的控制变得单一，同时每秒10帧的数据采集速度对于观察快速变化的生物活动细胞依然不够，所以设计一种稳定的、可控的、高速的层析相位显微镜是显微光学成像和生命科学一项有意义的突破。
技术实现思路
本专利技术提供了可控高速层析相位的显微方法和装置，将低频相应稳定的压电陶瓷运用到层析相位显微镜中循环扫描的控制方法，提高了层析相位显微镜的采样速度和运行可控性。本专利技术能够以最快每秒512x512像素50帧的速度采集样品相位信息，而且系统更稳定，可控性更强，为晶体掺杂加工检测、活动生物样品三维观察和疾病诊断提供有了一种力的工具。一种可控高速层析相位的显微方法，包括以下步骤:( I)激光器发射出激光光束，所述光束经过扩束镜扩束照射到反射镜上，经反射镜反射的激光透射二分之一波片进入偏振分光棱镜，旋转所述二分之一波片调节光束中P偏振光和S偏振光的分量，调整样品路跟参考路的光强；(2)所述参考路激光，依靠固定反射镜与压电陶瓷控制反射镜构建“Ζ”型光路，压电陶瓷控制反射镜包括反射镜和控制反射镜发生微位移的压电陶瓷，两个透镜沿着光传播方向依次放置在所述压电陶瓷控制反射镜之前和之后，两个透镜构成4f系统，对参考路激光进行二次扩束，其中第一个透镜的前焦点和第二个透镜的后焦点在所述压电陶瓷控制反射镜反射面上。所述压电陶瓷控制反射镜在压电陶瓷控制下移动，每次改变参考路光程1/4波长的距离，实现四步移相；(3)所述样品光照射到二维扫描系统，所述二维扫描系统由两个振动方向相互垂直摆放的一维振镜组成，所述两个一维振镜之间有两个透镜，组成4f系统，两个振镜分别放置在4f系统的前后焦面上， 所述样品光经过二维扫描系统，能够以第二个一维振镜反射点为球心扫描转动；(4)所述经过二维扫描系统的光束入射到扫描透镜上，所述第二个一维扫描振镜的反射面在扫描透镜的焦点处，经过扫描透镜的光束与光轴平行，聚焦到会聚透镜的后焦点处，所述激光透过会聚透镜，变成平行光透射位于其前焦点处的样品；(5)透过样品的光被显微物镜接收，所述显微物镜的后焦点跟所述会聚透镜前焦点重合，样品放置在所述显微物镜后焦点处，所述被显微物镜接收的光经显微镜场镜照射到CXD成像面，所述显微物镜场镜与显微物镜构成4f系统，所述CXD处于所述显微物镜前焦面；(6)所述样品光与所述参考光通过偏振分光棱镜合束,合束后的光透过偏振片统一偏振方向，所述偏振分光棱镜与偏振片放置与CCD与显微物镜场镜之间,CCD拍摄记录样品路激光与参考路激光的干涉图样；(7)所述光路系统搭建完好的情况下，压电陶瓷控制反射镜先处于O相位差位置，二维扫描系统转动使平行光按照设定的角度轨迹透射样品，同时，CCD快速拍摄图像，扫描一个周期后，得到干涉图像包Pl ;(8)改变所述压电陶瓷控制反射镜的位置，使参考路与样品路的光程差依次改变1/4 λ，2/4 λ，3/4 λ，λ，1/4 λ，2/4 λ……，λ为光束的波长，重复如步骤(7)中的扫描和记录方法依次得到干涉图像包ρ2, ρ3, ρ4, ρ5, ρ6, ρ7......,利用pi, ρ2, ρ3, ρ4相邻的4个干涉图像包，运用四步移相算法与解包络算法得到各个扫描角度下的相位积分图，再运用反Radon变换得到tl时刻的折射率三维分布图；利用干涉图像包p2，p3, p4, p5，得到t2时刻的折射率三维分布图，以此类推，可以快速地对变化样品三维折射率分布进行三维记录。系统搭建优选方案中，所述激光发出光束经扩束透镜束腰扩束到3mm ;所述参考路中两个透镜将激光扩束到IOmm左右；调整二分之一波片的角度，使入射到偏振分光棱镜中的光有50%反射、50%透射；样品路中会聚透镜与显微物镜都采用1.4NA的浸油透镜，以保证单向最大扫描角度达到60° ;在二维扫描系统施加O电压信号时,系统内所有的透镜的光轴与光路主光轴重合；控制方法优选方案中，压电陶瓷工作在线性变化最好的区段，标定每次移动反射镜的距离，实现准确的相位移动；CCD拍摄速度为每秒5000帧，角度扫描周期为20ms，角度扫描轨迹为覆盖-60°~60°的线性角度扫描照明。本专利技术还提供了一种实现层析相位的显微装置，包括:(I)激光器，发出激光；(2)所述激光器发出的光束在分束之前依次通过扩束镜，反射镜，二分之一波片和第一偏振分光棱镜，光束在第一偏振分光棱镜中发生反射与透射，其中所述的反射光构成光路的参考路，所述透射光构成光路的样品路；(3)所述的参考路上的参考光在与样品路上的样品光合束前依次通过反射镜、聚焦透镜、压电陶瓷控制反射镜和准直透镜。其中，聚焦透镜的前焦点和准直透镜的后焦点重合在压电陶瓷控制反射镜的反射点上；(4)所述的样品路在与参考路合束前依次通过二维扫描系统、扫描透镜、会聚透镜、样品、显微物镜、反射镜和显微场镜，其中扫描透镜、会聚透镜、显微物镜、显微场镜连续的任意两个构成4f系统,二维扫描系统的扫描中心点位于扫描透镜的后焦点处,样品位于会聚透镜的前焦点处；其中二维扫描系统由两个一维扫描振镜和两个等焦距透镜组成，两个一维振镜扫描角度相互垂直，分别处于沿光路传播方向第一个透镜的后焦点和第二个透镜的前焦点，当振镜转动时，激光光束能够以第二个一维扫描振镜的反射点为中心，呈辐射状本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可控高速层析相位的显微装置，其特征在于，包括：沿样品光光路依次布置的二维扫描系统、第一4f系统、样品、第二4f系统；设置在考光光路上的压电陶瓷控制反射镜，用于改变所述样品光光路和参考光光路的光程差；第二偏振分光棱镜，用于将样品光和参考光合束；沿所述偏振分光棱镜出射光路依次布置的偏振片和CCD。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：匡翠方，修鹏，刘旭，葛剑虹，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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