[发明专利]LED照明的干涉显微装置和方法

说明书

本发明提出一种LED照明的干涉显微成像装置和方法。以克服现有技术存在的结构复杂、光路调整困难，以及时间分辨率低的问题。本发明装置LED照明单元包括沿光轴方向依次设置的LED光源、倒置的第一显微物镜、小孔光阑和第一透镜；干涉显微单元包括沿光轴方向依次设置的第二透镜、第二显微物镜和第二分光棱镜，第二分光棱镜的反射光路上设置有反射镜，所述第二显微物镜工作距离的长度大于第二分光棱镜的长度；成像单元包括设置于第一透镜和第二透镜之间的第一分光棱镜，CCD相机的入射面设置于第一分光棱镜的反射光路上；先将样品设置于第二分光棱镜的出射光路上，且位于第二显微物镜的前焦面，然后按照一定的步骤依次操作。

技术领域

本发明提出一种LED照明的干涉显微成像装置和方法，适用于反射式样品的定量精确测量。

背景技术

干涉显微技术具有无需荧光标记、可全场测量和测量精度高等优点，在生物细胞成像、微纳检测和表面形貌测量等领域获得了广泛的应用。在干涉显微技术中，通常采用激光器作为光源。由于激光的相干性好，物光和参考光很容易形成干涉条纹。在离轴干涉显微中，激光经过扩束、准直后分为两路，一路光照明样品作为物光波，另一路光作为参考光，物光和参考光相遇产生干涉条纹，当物光波波矢和参考光波波矢的夹角为α时，干涉条纹的周期为d＝λ/2sin(α/2)，其中λ为光波波长。对于离轴干涉图，通常采用傅立叶变换算法进行处理，首先对干涉图做傅立叶变换，变换到频域；然后，在频域设置滤波器，把物光波频谱滤出来；最后对物光波频谱做傅立叶逆变换，得到物光波的复振幅分布，进而得到样品的相位分布。该方法的优点是简单、快捷，但是要求干涉条纹的周期比较小(同时，需要满足尼奎斯特采样频率要求)，以保证频域中物光波频谱、0级频和物光波共轭频谱三者分开。整体而言，激光照明的离轴干涉显微技术具有可实时测量和干涉装置容易调整的优点。但是，激光作为高相干性光源，在干涉测量的时候，由于光路中透镜等元件表面的尘埃、划痕的散射、或者由于透镜表面的多次反射等原因，在干涉图中会引入寄生的杂散光干涉条纹或者散斑，这些相干噪声会降低测量的精度。

为了降低激光的相干噪声对测量精度的影响，可以采用低相干光源。LED作为一种低相干光源，与激光相比，除了具有相干噪声小的优点外，还具有价格低、体积小的优点。目前，LED用于干涉显微的时候有两大缺点：一是干涉装置复杂；二是通常需要用到相移干涉技术。由于LED发出的光波相干长度通常只有几微米到几十微米(取决于光源谱宽)，为了实现干涉，在搭建干涉装置的时候，物光路和参考光路的光程差必须小于相干长度。目前，用到的光路结构有马赫-曾德干涉仪(Optics Letters,volume 37,issue 12,2012，F.Duboiset al.)、迈克尔逊干涉仪(Optics Express,volume 15,issue 15,2007，N.Warnasooriyaet al.)和Linnik干涉仪(Applied Optics,volume 52,issue 34,2013，Rongli Guo etal.)等结构。在这些干涉仪中，为了保证物光和参考光光程相等，在物光臂和参考光臂中需要放置完全相同的光学元器件，导致结构复杂、光路调整困难。另外，由于LED光波的相干长度短，不能直接得到离轴干涉图。为了重建相位分布，通常需要结合相移干涉技术，通过记录多幅相移干涉图(Optics Express,volume 15,issue 15,2007，N.Warnasooriya etal.)，时间分辨率低，不能对动态样品成像。

发明内容

本发明要提供一种LED照明的实时干涉显微装置和方法，以克服现有技术存在的结构复杂、光路调整困难，以及时间分辨率低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

一种LED照明的实时干涉显微装置，其特征在于：沿光轴方向依次设置有LED照明单元、干涉显微单元和成像单元；

所述LED照明单元包括沿光轴方向依次设置的LED光源、倒置的第一显微物镜、小孔光阑和第一透镜；