[发明专利]基于微离轴显微干涉投影的折射率层析装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学显微干涉层析装置，特别是一种可应用于生物细胞内部折射率空间分布定量测量的显微干涉层析装置。

背景技术

折射率及其空间分布是表征生物组织光学特性的重要参量，深入了解生物样品内折射率的空间分布对于生物组织光学模型的建立以及相关光传输理论的研究有着重要的意义。现有大量研究报道了组织内折射率的局部异常对生物组织内光传输过程的影响及其在发展疾病诊断技术中的应用。例如, 正常和恶性乳房组织之间存在折射率的差异, 这对于发展光学无创伤诊断技术有着非常重要的价值。在细胞尺度上, 折射率可以是描述生物样品光学特性的独立参量，是研究和分析细胞尺度上各类光学现象的基础,它同样是发展疾病光学诊疗技术的基础，因此在细胞尺度上，测量生物样品的折射率及其空间分布对于深入认识组织样品的光学特性、生物组织内的光传输过程以及发展生物组织无创伤诊断技术都有着重要的价值。2009年1月15日公开的美国专利（申请号PCT/US2008/008447）提出了基于时间移相马赫曾德干涉装置，通过旋转入射光角度获取活细胞多方向折射率投影，并进行生物细胞折射率空间分布的三维层析就似乎，得到了红血球内部折射率的三维分布。这种方法采用同轴干涉技术，通过时间移相技术获取干涉投影数据，因此在光路中必须要有带电控高精度时间相移装置，这使得光路较为复杂、可靠性差，同时还必须要采集三幅以上的干涉图才能获得一个方向的干涉投影数据，使得干涉投影数据的获取过程变得较为复杂，特别是实时性很差，这对于活体细胞的测量是十分不利的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种装置简单、实时性好的光学显微折射率层析装置，它将马赫曾德干涉、微离轴显微干涉、偏振相移、高速图像采集、希尔伯特相位提取等技术相结合，有效克服了时间移相带来的实时性问题，同时使系统具有结构简单，稳定性好和重复性好等优点。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于微离轴显微干涉投影的折射率层析装置，包括偏振He-Ne激光器、扩束准直镜、第一消偏振分光棱镜、第二消偏振分光棱镜、共焦显微物镜组即前显微物镜和后显微物镜、第一五维调节架、第二五维调节架、电控三维平移台、1/4波片、第一全反镜、第二全反镜、偏振分光棱镜、第一高速CMOS数字图像采集装置和第二高速CMOS数字图像采集装置；线偏振He-Ne激光器之后放置扩束准直镜进行扩束准直，其后放置一消偏振分光棱镜进行偏振分束；消偏振分光棱镜的第一个输出面之后放置前显微物镜和后显微物镜，前显微物镜和后显微物镜的共焦点处放置有待测细胞样品，待测细胞样品放置在电控三维平移台上，前显微物镜放置在第一五维调节架上，后显微物镜放置在第二五维调节架上，后显微物镜之后放置消偏振分光棱镜；消偏振分光棱镜的第二个输出面之后放置第一全反镜将光路转90度，第一全反镜之后放置1/4波片进行偏振态变化，1/4波片之后放置第二全反镜将光路再转90度；第二全反镜之后放置第二消偏振分光棱镜对相互正交的入射光进行合束，第二消偏振分光棱镜之后放置偏振分光棱镜，偏振分光棱镜的第一输出面之后放置第一高速CMOS数字图像采集装置，第二输出面之后放置第二高速CMOS数字图像采集装置，第一高速CMOS数字图像采集装置和第二高速CMOS数字图像采集装置同时分别获取相移为                                                的干涉图，用以实时提取多方向干涉投影数据。

本发明与现有技术相比，其显著优点：1．本发明结合微离轴干涉、偏振相移、希尔伯特相位提取和图像高速采集等技术，能同时获得相移为的两幅干涉图，然后通过希尔伯特相位提取法和相位解包法，恢复携带有细胞样品折射率空间分布信息的相位投影数据，可将干涉投影数据获取速度提高3倍以上，同时与离轴干涉相比，优化了频谱带宽，提高了后期重建精度。

2．以偏振相移代替了时间相移，简化了光学显微干涉层析装置，使系统结构更为简单、操作更为简便，避免了时间相移的噪声干扰，降低了装置的成本。

3．以锥形光束投影取代传统的平行光投影，可显著提高光学显微放大的倍数，有效改善了光学显微干涉层析装置空间分辨率。

4．采用高速CMOS相机的获取干涉图，可使干涉图像的获取时间缩短至毫秒量级，生物样品的动态检测能力。 

附图说明

附图是本发明基于微离轴显微干涉投影的折射率层析装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。