[发明专利]一种利用数字全息技术的三维实时显微成像检测系统

说明书

本发明公开一种利用数字全息技术的三维实时显微成像检测系统，主要包括第一光源系统、第二光源系统、光传播系统、旋转工作台和图像处理系统。光路设置中既有同轴部分也有离轴部分，利用内置机械开光可进行同轴、离轴光路的切换。透射式、反射式为一体，可以进行多类样品的观测，不仅限于透明物体的检测，也可以适用于非透明物体表面形貌检测。利用旋转式衰减片对物光和参考光进行设置，可以定量调节物参比。立方分束棱镜底座可以进行三个方向的微调，其调节精度较高，可以实现入射光角度的调节。可采用双波长数字全息显微进行样品的观测，具有快速、全视场、非接触和定量相衬成像的优点。

技术领域

本发明设计一种利用数字全息技术的三维实时显微成像检测系统，属于数字全息显微术(DHM)领域。

背景技术

数字全息显微术是近些年发展起来的一种新的显微成像技术，己在生物细胞成像、MEMS器件和微光学器件的检测、微小物体的变形和振动测量领域中得到了广泛的应用。

数字全息显微术具有如下优点:(1)不需要对物体进行扫描，利用复振幅信息直接可以得到三维数据信息，因而三维分布信息的获取速度较快:(2)通过数字调焦技术，可获得待测样品各个层面的分布，不需要对物体进行切片:(3)对测量环境没有特殊要求，而且可以直接对活体生物进行成像，不需要在物体表面镀膜或者对物体染色:(4)测量范围较宽可以从毫米到亚微米。通过十几年的发展，数字全息显微术逐步向产品化、商业化发展。瑞士LynceeTec公司开发了世界上第一部数字全息显微镜，借助它可以完成微小物体的实时记录。

然而，数字全息显微术的分辨率和传统光学显微系统一样，取决于显微物镜的数值孔径(NA)以及光源的波长。2006年，有人提出的飞秒数字全息记录系统虽然可以突破CCD的帧频限制，达到飞秒量级的时间分辨率，但是这些系统的空间分辨率没有突破显微镜的分辨极限，而且它不是实时采集，只能获取几个时间点的信息。2011年，又有学者提出的一种新的方法，该虽然可以提高一定的分辨率实现实时记录，但是系统设计单一，体积较大，不能实现同轴离轴的切换和透射、反射一体。

发明内容

本发明的目的是解决数字全息显微系统不能同时具有高时间分辨率、高空间分辨率等缺点，以达到同轴离轴可切换，透射、反射一体的目的。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种利用数字全息技术的三维实时显微成像检测系统，其特征在于:主要包括第一光源系统、第二光源系统、光传播系统、旋转工作台和图像处理系统。

所述光传播系统包括立方分束棱镜I、立方分束棱镜II、立方分束棱镜III、反射镜I、反射镜II和色散棱镜。

所述第一光源系统的激光器I发出的光束和第二光源系统的激光器II发出的光束呈90°。这两个光束分别入射立方分束棱镜I的两个相邻面。

所述光传播系统包括立方分束棱镜I、立方分束棱镜II、立方分束棱镜III、反射镜I、反射镜II和色散棱镜

从立方分束棱镜I出射的两路光束相互呈90°，一路射向立方分束棱镜II、另外一路射向色散棱镜。

从立方分束棱镜II出射的两路光束相互呈90°，一路穿过第一测试位置并入射立方分束棱镜III、另外一路射向反射镜I。

所述旋转工作台可旋转到第一测试位置，也可离开第一测试位置。当旋转工作台处于第一测试位置时，穿过第一测试位置的光束依次穿过旋转工作台上的非线性晶体I、样品、消色差显微物镜I和消色差透镜I，此时，反射镜I反射光束也射向非线性晶体I，以增强照射样品的物光。

色散棱镜的出射光射向反射镜II后，被反射向机械开关II。若机械开关II打开，该路光线入射立方分束棱镜III，且与立方分束棱镜II射向射立方分束棱镜III的光呈90°。