[发明专利]一种分段半波片及结构光照明显微系统

说明书

技术领域

本发明涉及显微检测仪器设计及制造领域，尤其是涉及一种分段半波片及结构光照明显微系统。

背景技术

结构光照明超分辨显微技术是一种高效的超分辨成像的实现方法，具有宽场成像、成像信噪比高、成像速度快、可实现3D超分辨成像等优点，在生物成像观测，尤其是活体细胞成像观测领域有着极好的应用前景。

现有结构光照明显微系统使用衍射分光器件分光，并使各衍射光束在样品面上发生干涉，从而在样品内产生条纹结构光，并通过改变衍射分光器件的图案实现照明结构光的方向旋转和相位平移。当衍射结构的方向旋转时，衍射光束的偏振方向依然保持原来的方向不变，当衍射光束在样品面上发生干涉时，各光束偏振方向之间的夹角将导致调制度的明显降低。在使用大数值孔径照明时，此夹角较大，调制度下降的更加明显。

为解决这一问题，需要对衍射光束的偏振方向进行调制。现有的偏振调制方式主要有：1)液晶可调节相位延迟片——通过精确调节液晶可调节相位延迟片与1/4波片的快轴方向，可以通过改变液晶可调节延迟片的相位延迟量实现偏振方向的调节；2)可旋转半波片——在衍射光束聚焦位置安装一个可旋转的半波片，通过控制半波片的旋转角度，实现衍射光束偏振方向的调节；3)反射转向系统——此系统使用三路复杂、固定的反射光学系统实现了条纹方向的旋转，在反射转向过程中光束的偏振方向始终与干涉条纹方向平行。

上述偏振方向调节方式都能够实现较好的偏振调制效果，但是缺点也非常明显：1)液晶可调节相位延迟片——液晶器件的温度稳定性差，温度每变化1℃，液晶波片的相位延迟量就会变化1％，室温发生明显变化时样品面上条纹的调制度会有明显漂移；液晶材料对405nm等短波光源的损伤的阈值较低，长时间辐照会造成液晶材料变性，导致液晶相位延迟片的性能损失，因此不适用于某些短波激发的荧光物质；稳定性比较高的液晶调制器响应速度较慢，一般会有10ms-20ms的响应时间，在进行高速活体成像时，此响应时间会严重拖慢成像速度；根据长期观测数据，液晶相位延迟片的电光特性曲线会有随机漂移，需要经常标定此特性曲线，以便准确控制相位延迟量和光束偏振态。2)可旋转半波片——需要将半波片固定于一个中空电机中，并通过中空电机控制半波片快轴方向。此方法机械结构复杂，偏振方向调制速度也受限于中空电机的加速时间，难以实现高速成像。3)反射转向系统——GE公司使用多组反射镜实现条纹方向和偏振方向的旋转，这一系统使用振镜实现反射镜组的选择，使用反射镜组产生三个方向的照明条纹，这一结构在改变条纹方向的同时改变了干涉光束的偏振态，使干涉条纹的调制度始终保持在最佳状态。但是由于使用了较多的振镜和反射镜，此系统的装配难度极高，且环境稳定性较差，购置成本与使用成本均较高。此外，由于采用固定式反射光路，反射转向系统难以实现条纹方向的调节与扩展。

发明内容

本发明的目的是：

提供一种偏振效果好的分段半波片。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一方面，本发明提供了一种分段半波片，包括：圆形基片及粘贴于所述圆形基片上的若干个扇形半波片，若干个所述扇形半波片沿斜边无缝拼接，形成圆环状的接收面，用以接收入射的激光光束。

在一些较佳的实施例中，所述扇形半波片的数量为大于或者等于四的偶数，且每个所述扇形半波片的角度相等。

在一些较佳的实施例中，相对的所述扇形半波片的快轴方向平行。

另一方面，本发明还提供了一种结构光照明显微系统，包括：光源模块、准直扩束模块、衍射调制模块、滤光与偏振调制模块及显微成像模块，所述光源模块包括激光器以及沿所述激光器出射的激光光束传播方向依次设置的声光可调谐滤波器、第一半波片；所述准直扩束模块用于对入射的激光光束进行准直扩束；所述衍射调制模块包括第二半波片、滤光片、偏振分光镜、第三半波片及衍射器件；所述滤光与偏振调制模块包括傅里叶透镜、分段半波片、滤光小孔及第一透镜；所述显微成像模块包括第二透镜、合色镜、物镜、筒镜及成像镜头；其中：

所述激光器出射的激光光束经所述声光可调谐滤波器、所述第一半波片后耦合进入单模保偏光纤；

经所述单模保偏光纤的激光光束入射进入所述准直扩束模块，再经所述准直扩束模块准直扩束后依次进入所述第二半波片、滤光片、偏振分光镜、第三半波片及衍射器件，所述衍射器件对入射的激光光束进行分光处理形成线偏振光；