显微螺旋相衬成像方法及系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115993715A(43)申请公布日2023.04.21(21)申请号202310138919.6(22)申请日2023.02.20(71)申请人南京大学地址210000江苏省南京市仙林大道163号(72)发明人洪煦昊孙旭辉吴浩秦亦强张超姚依正吴淦陈欢王童马艺冰(74)专利代理机构南京正联知识产权代理有限公司32243专利代理师卢霞(51)Int.Cl.G02B21/02(2006.01)G02B21/36(2006.01)G02B21/08(2006.01)G02B21/14(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图4页(54)发明名称显微螺旋相衬成像方法及系统(57)摘要本发明提供一种显微螺旋相衬成像方法及系统，该方法通过构建螺旋相差物镜，包括依次设置的共轭成像透镜组和螺旋相位片；布置显微螺旋相衬成像系统；调节螺旋相差物镜，使螺旋相位片所在平面为背景光经过聚光镜后的会聚点所在平面的共轭面；将透明样品置于聚光镜与螺旋相差物镜间，调节聚光镜，使光源发出的背景光经过聚光镜后的会聚中心在共轭面的成像与螺旋相位片中心重合，物镜成像面获得具有螺旋相衬效果的实像，再经过目镜第二次放大即可在显微镜成像面观察到边界增强或者浮雕效果的虚像；本发明能够在不引入额外的进行傅里叶变换的透镜前提下，获得浮雕效果或相衬成像中的边界增强的像，可用于观测低衬度差样品的形貌相位差异。CN115993715ACN115993715A权利要求书1/2页1.一种显微螺旋相衬成像方法，用于在显微镜成像面实现边界增强或浮雕像效果，来观测低衬度差样品的形貌相位差异，其特征在于：包括以下步骤，S1、构建螺旋相差物镜，螺旋相差物镜包括依次设置的共轭成像透镜组和螺旋相位片，共轭成像透镜组为任意满足共轭成像规律的成像透镜组；S2、由步骤S1得到的螺旋相差物镜，布置显微螺旋相衬成像系统，显微螺旋相衬成像系统包括依次设置的光源、聚光镜、螺旋相差物镜、目镜和拍照记录系统；S3、调整螺旋相差物镜中的螺旋相位片位置，使螺旋相位片所在平面为光源发出的背景光经过聚光镜后的会聚点所在平面的共轭面，获得调整后的显微螺旋相衬成像系统；S4、将透明样品置于聚光镜与螺旋相差物镜之间，调节聚光镜，当光源发出的背景光经过聚光镜后的会聚点在共轭面的成像与螺旋相位片中心重合时，在螺旋相差物镜的成像面获得边界增强效果的实像；当光源发出的背景光经过聚光镜后的会聚点在共轭面的成像偏离螺旋相位片中心，且螺旋相位片中心仍落在光源发出的背景光经过聚光镜后的会聚点在共轭面成像的内部时，在螺旋相差物镜的成像面获得浮雕效果的实像；S5、将步骤S4获得的实像再经过目镜第二次放大，即可在显微镜的拍照记录系统中获得两次放大后的具有边界增强或浮雕效果的虚像。2.如权利要求1所述的螺旋相衬成像方法，其特征在于：步骤S1中，螺旋相位片的透射系数其中，circ表示孔径函数，exp表示以e为底的指数函数，r为径向坐标，θ为角向坐标，l为任意整数，R为螺旋相位片半径。3.如权利要求1所述的螺旋相衬成像方法，其特征在于：步骤S3中，使螺旋相位片所在平面为光源发出的背景光经过聚光镜后的会聚点所在平面的共轭面，具体为，光源发出的背景光经过聚光镜后的会聚点所在平面与物平面和共轭成像透镜组的物方主平面的距离分别为Δ和R，共轭成像透镜组的像方主平面距离螺旋相位片和螺旋相位片与成像面的距离分别为d1和d2，其中，R、d1满足：其中，f为像方焦距。4.如权利要求1所述的显微螺旋相衬成像方法，其特征在于：步骤S3中，调整后的显微螺旋相衬成像系统中，物平面与成像面的距离关系满足：其中，Δ和R分别为光源发出的背景光经过聚光镜后的会聚点所在平面与物平面和共轭成像透镜组的物方主平面的距离，d1和d2分别为共轭成像透镜组的像方主平面距离螺旋相位片和螺旋相位片与成像面的距离，f为像方焦距。5.如权利要求1‑4任一项所述的显微螺旋相衬成像方法，其特征在于：步骤S4中，调节聚光镜后，物平面的光场分布、螺旋相位片所在平面的光场分布与成像面的光场分布分别为：物平面的光场分布为：其中，x0，y0为物平面坐标，i为虚数单位，k为波数，A(x0，y0)为物体透射函数，Δ为光源发出的背景光经过聚光镜后的会聚点所在平面与物平面的距离；距离像方主平面d1处，即螺旋相位片所在平面的光场分布为：2CN115993715A权利要求书2/2页其中，x1，y1为螺旋相位片所在平面的空间坐标，α为不影响光场分布的常数，exp表示以e为底的指数函数，x0，y0为物平面坐标，i为虚数单位，k为波数，A(x0，y0)为物体透射函数，Δ为光源发出的背景光经过聚光镜后的会聚点所在平面与物平面的距离，R为光源发出的背景光经过聚光镜后的会聚点所在平面