一种层析显微镜的色差校正方法技术

本发明专利技术涉及光学成像技术领域，具体涉及一种层析显微镜的色差校正方法，包括如下步骤：S1：在显微镜的成像光路上加入二次相位光栅、闪耀光栅、反射镜和筒镜；其中闪耀光栅包括与二次相位光栅的衍射级对应的多个部分；S2：将待观察样本置于显微物镜的物方焦平面处，将二次相位光栅置于显微物镜的像方焦平面处；S3：入射光先通过显微物镜再依次进入二次相位光栅、闪耀光栅、反射镜和筒镜内，最后在CCD探测器上成像；二次相位光栅处的光波分成三束衍射光波并分别投射至闪耀光栅的上部、中部和下部，通过色散相减方式实现色差的校正。本发明专利技术结构简单、制造成本低，色差校正效果好，光波的投射能量高。投射能量高。投射能量高。

【技术实现步骤摘要】
一种层析显微镜的色差校正方法


[0001]本专利技术涉及光学成像
，尤其涉及一种层析显微镜的色差校正方法。

技术介绍

[0002]光学图像层析技术已经广泛应用于各领域，尤其是疾病检测领域，在进行疾病检测时，光学图像层析显微镜的使用较为普遍。目前，基于二次相位光栅分光原理的层析显微镜能实现生物样本的多层图像信息的实时采集，相对于传统的先染色切片再逐次显微观察的方法，层析显微镜具有以下优点：1、可实时三维成像，无需重构算法；2、可用于活体细胞观察；3、结构简洁，无运动件。
[0003]但二次相位光栅作为层析显微镜的核心元件，其分光原理遵循光栅方程，因人眼能感知到的光为复色光，不同波长的入射光经过光栅分光的作用后因其波长的差异会有不同的衍射角，从而产生色差，色差的存在会使得不同波长的图像重叠在一起，极大的影响观察结果，因此需要对层析显微镜的色差进行校正。
[0004]目前，主要有如下方法用于层析显微镜的色差校正：
[0005]1、采用带通滤波片：通过带通滤波片使得通过二次相位光栅的入射光在一个极小的波段范围上，通过极大减小衍射角的差异而降低色差；这种方法的操作简单、不影响成像系统的光路结构、色差校正的效果较明显。但带通滤波片的光通量很低，将极大降低系统输出的光能量，不利于大倍率显微成像。
[0006]2、采用棱栅进行校正：棱栅由棱镜和光栅组成，在使用时通常需用到两个棱栅而成为棱栅对，棱栅对的作用是人为令入射光产生色差，这部分色差称为预色散，再将预色散的光经过二次相位光栅，通过调整二次相位光栅的参数，让二次相位光栅产生的色差和预色散的两部分色差实现色差相减，从而实现色差的校正。
[0007]该方法保留了各个波长的光，能量损失较小；但光路中棱栅对的参数、二次相位光栅的参数要求非常精密，若匹配存在差异将依旧无法校正色差，同时光路中各个元件的相对位置有很高的要求，若位置调节存在差异也将影响色差的校正结果。
[0008]3、采用闪耀光栅和棱镜的组合方式：利用闪耀光栅的色散和棱镜的色散在实现补偿二次相位光栅色差的同时实现层析图像的分离。该方法中的光路结构与采用棱栅进行校正的方案相比，结构更简单，可少通过一个光栅，投射光能量更高，参数匹配更容易。但在实际应用时，找到的棱镜材料阿贝数与计算得到的有一定的出入，也将大大影响色差的校正效果。
[0009]综上所述，如何设计一种层析显微镜的色差校正方法，可在显微镜结构简单的同时，实现光通量好、参数匹配难度小、色差校正强等效果，是当下亟需解决的问题。

技术实现思路

[0010]本专利技术为解决上述问题，提供了一种层析显微镜的色差校正方法，。
[0011]为达到上述目的，本专利技术提出如下技术方案：一种层析显微镜的色差校正方法，包
括如下步骤：
[0012]S1：在显微镜的成像光路上加入二次相位光栅、闪耀光栅、反射镜和筒镜；其中闪耀光栅包括与二次相位光栅的衍射级对应的多个部分；
[0013]S2：将待观察样本置于显微物镜的物方焦平面处，将二次相位光栅置于显微物镜的像方焦平面处；
[0014]S3：入射光先通过显微物镜再依次进入二次相位光栅、闪耀光栅、反射镜和筒镜内，最后在CCD探测器上成像。
[0015]优选的，将步骤S1中的闪耀光栅设为上部、中部和下部三部分，其中闪耀光栅上部和下部的中心周期相同且与二次相位光栅的中心周期相同；闪耀光栅上部和下部的级次分别为+1和
‑
1且分别对应二次相位光栅的
‑
1衍射级和+1衍射级；闪耀光栅的中部为无光栅条纹区，即为0级无光栅色散区。
[0016]优选的，S3中的光波的光路路径具体为：
[0017]S31：入射光波从显微物镜的物方焦平面进入；
[0018]S32：进入显微物镜内的入射光波再进入二次相位光栅；
[0019]S33：二次相位光栅处的光波分成三束衍射光波并分别投射至闪耀光栅的上部、中部和下部，此时进入闪耀光栅的三个图像在闪耀光栅面上彼此分离；
[0020]S34：经闪耀光栅后的三束衍射光均具有相同的衍射角且平行投射至反射镜上；三束衍射光波对应三个不同的反射镜，通过调整反射镜的倾角对光路方向进行控制；
[0021]S35：三束衍射光波经反射镜投射至筒镜上；
[0022]S36：三束衍射光波经筒镜进入CCD探测器上成像。
[0023]优选的，将闪耀光栅置于筒镜的物方焦平面处，将CCD探测器置于筒镜的像方焦平面处；二次相位光栅与闪耀光栅之间留有间距。
[0024]优选的，二次相位光栅与闪耀光栅采用相同的材料制作，二次相位光栅与闪耀光栅之间的距离根据物方线视场大小进行调节。
[0025]优选的，设闪耀光栅面上的通光孔径为D
′
，边缘视场主光线在二次相位光栅上的入射角为θ，二次相位光栅和闪耀光栅的间距为L，为保证进入闪耀光栅的三个图像在闪耀光栅面上彼此分离，需满足：
[0026][0027]优选的，设显微物镜的焦距为f1′
，物方半线视场为y：
[0028]优选的，设显微物镜的通光孔径为D，显微镜的物方数值孔径为N
A
：D＝2f1′
·
N
A
+2y。
[0029]优选的，
[0030]优选的，设入射光中心波长为λ，二次相位光栅中心周期为d，边缘视场主光线在二次相位光栅上的衍射角为θ
′
：d(sinθ
′‑
sinθ)＝
‑
λ。
[0031]本专利技术有益效果是：
[0032]1、本专利技术在层析显微镜的基础上采用闪耀光栅实现二次相位光栅色差的补偿，采用反射镜实现层析图像的分离，通过色散相减方式实现色差的校正，可提高色差校正的有效性，提高光波的投射能量。
[0033]2、本专利技术中闪耀光栅设为上部、中部和下部三部分，上部和下部的中心周期相同，上部和下部的级次分别为+1和
‑
1且分别对应二次相位光栅的
‑
1衍射级和+1衍射级；闪耀光栅的中部为无光栅条纹区，即为0级无光栅色散区；二次相位光栅处的光波分成三束衍射光波并分别投射至闪耀光栅的上部、中部和下部，以此可在实现色差校正的同时得到三个清晰的层析图像。
[0034]3、二次相位光栅与闪耀光栅采用相同的材料制作，因此色差校正的材料间不存在阿贝数的差异。
[0035]4、反射镜的倾角可调，可通过调整反射镜的倾角对光路方向进行控制。
附图说明
[0036]图1是本专利技术实施例提供的光路结构示意图一。
[0037]图2是本专利技术实施例提供的层析显微镜系统整体原理示意图。
[0038]图3是本专利技术实施例提供的层析显微镜系统的消色差原理示意图。
[0039]图4是本专利技术实施例提供的光路结构示意图二。
[0040]图5是本专利技术实施例提供的光路结构示意图三。
[0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种层析显微镜的色差校正方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：在显微镜的成像光路上加入二次相位光栅(2)、闪耀光栅(3)、反射镜(4)和筒镜(5)；其中闪耀光栅(3)包括与二次相位光栅(2)的衍射级对应的多个部分；S2：将待观察样本置于显微物镜(1)的物方焦平面处，将二次相位光栅(2)置于显微物镜(1)的像方焦平面处；S3：入射光先通过显微物镜(1)再依次进入二次相位光栅(2)、闪耀光栅(3)、反射镜(4)和筒镜(5)内，最后在CCD探测器(12)上成像。2.根据权利要求1所述的层析显微镜的色差校正方法，其特征在于，将步骤S1中的闪耀光栅(3)设为上部(6)、中部(7)和下部(8)三部分，其中闪耀光栅(3)上部(6)和下部(8)的中心周期相同且与二次相位光栅(2)的中心周期相同；闪耀光栅(3)上部(6)和下部(8)的级次分别为+1和
‑
1且分别对应二次相位光栅(2)的
‑
1衍射级和+1衍射级；闪耀光栅(3)的中部(7)为无光栅条纹区，即为0级无光栅色散区。3.根据权利要求2所述的层析显微镜的色差校正方法，其特征在于，步骤S3中的光波的光路路径具体为：S31：入射光波从显微物镜(1)的物方焦平面进入；S32：进入显微物镜(1)内的入射光波再进入二次相位光栅(2)；S33：二次相位光栅(2)处的光波分成三束衍射光波并分别投射至闪耀光栅(3)的上部(6)、中部(7)和下部(8)，此时进入闪耀光栅(3)的三个图像在闪耀光栅(3)面上彼此分离；S34：经闪耀光栅(3)后的三束衍射光均具有相同的衍射角且平行投射至反射镜(4)上；三束衍射光波对应三个不同的反射镜(4)，通过调整反射镜(4)的倾角对光路方向进行控制；S35：三束衍射光波经反射镜(4)投射至筒镜(5)上；...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭鑫，李徽，马振予，焦庆斌，许亮，杨名宇，马顶，姜思佳，李宇航，裴健，张薇，张嘉航，刘思琪，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：