一种基于数字全息的生物活体细胞动态三维显微观测装置.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102278951 A (43)申请公布日 2011.12.14 CN 102278951 A *CN102278951A* (21)申请号 201010280739.4 (22)申请日 2010.09.14 G01B 11/24(2006.01) G01B 9/021(2006.01) (71)申请人 北京航空航天大学 地址 100191 北京市海淀区学院路 37 号 (72)发明人 潘锋 肖文 刘烁 伊小素 王璠璟 戎路 (74)专利代理机构 北京永创新实专利事务所 11121 代理人 李有浩 (54) 发明名称 一种基于数字全息的生物活体细胞动态三维 显微观测装。

2、置 (57) 摘要 本发明公开了一种基于数字全息的生物活体 细胞动态三维显微观测装置。该装置采用数字全 息显微技术， 对生物活体细胞实现非接触、 非破 坏、 无预处理的动态三维显微观测 ； 通过光纤光 路实现物光照明， 物光光路部分采用立式结构， 便 于进行生物活体细胞观测 ； 参考光利用光束转折 器控制其与物光的夹角， 实现离轴数字全息 ； 采 用无穷远校正显微物镜对细胞进行预放大成像， 同时利用中继透镜调整成像位置和物光的波前曲 率， 提高了观测分辨率。 该装置通过平台使得多个 光学器件的布局结构紧凑、 灵活、 稳定， 并可用于 长时间对生物活体细胞进行动态观测。 (51)Int.Cl. 。

3、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 5 页 CN 102278955 A1/2 页 2 1. 一种基于数字全息的生物活体细胞动态三维显微观测装置， 该装置包括有激光光源 (1)、 活体细胞培养皿 (8)、 显微物镜 (9)、 消偏振分光棱镜 (11)、 CMOS 相机 (12)， 其特征在 于 ： 还包括有分光耦合单元 (2)、 第一反射镜 (3)、 光束准直器 (4)、 第二反射镜 (5)、 光束转 折器 (6)、 光纤准直镜 (7)、 中继成像透镜 (10) ； 其中， 第一反射镜 (3) 与第二反射镜 (5) 的 结构相同。

4、 ； 该装置的光路结构为 ： 激光光源 (1) 出射的激光 (1a) 入射至分光耦合单元 (2) 中， 经 分光耦合单元 (2) 的分光处理后输出空间光 (2a) 和光纤光 (2b) ； 所述空间光(2a)顺次经第一反射镜(3)、 光束准直单元(4)、 第二反射镜(5)、 光束转折 器 (6) 后输出平行参考光 (6a) 入射进入消偏振分光棱镜 (11) ； 所述光纤光 (2b) 经光纤准直镜 (7) 后形成平行照明光 (7a)， 所述平行照明光 (7a) 对 活体细胞培养皿 (8) 中的被测目标进行照射， 透射后形成包含细胞三维信息的初始物光 (8a) ； 所述初始物光 (8a) 顺次经显微。

5、物镜 (9) 和中继成像透镜 (10) 后形成细胞的放大实 像， 即预放大物光 (10a) 入射进入消偏振分光棱镜 (11) ； 所述消偏振分光棱镜 (11) 对入射的平行参考光 (6a) 和预放大物光 (10a) 进行合光处 理得到合并光束(11a)， 该合并光束(11a)被CMOS相机(12)的光敏面捕获， 从而在CMOS相 机 (12) 中形成干涉全息图。 2. 根据权利要求 1 所述的基于数字全息的生物活体细胞动态三维显微观测装置， 其特 征在于 ： 由分光耦合单元 (2) 分出的空间光 (2a) 经第一反射镜 (3)、 光束准直单元 (4)、 第 二反射镜 (5)、 光束转折器 (6。

6、) 后入射进入消偏振分光棱镜 (11)， 这部分称为参考光路。 3. 根据权利要求 1 所述的基于数字全息的生物活体细胞动态三维显微观测装置， 其特 征在于 ： 由分光耦合单元 (2) 分出的光纤光 (2b) 经光纤准直镜 (7)、 活体细胞培养皿 (8)、 显微物镜 (9)、 中继成像透镜 (10) 后入射至消偏振分光棱镜 (11)， 这部分称为物光光路。 4. 根据权利要求 1 所述的基于数字全息的生物活体细胞动态三维显微观测装置， 其特 征在于 ： 分光耦合单元 (2) 包括有 A 半波片 (201)、 偏振分光棱镜 (202)、 B 半波片 (203)、 可 调衰减器 (204)、 光。

7、纤耦合器 (205) 和单模保偏光纤 (206) ； 激光 (1a) 经 A 半波片 (201) 后 射入偏振分光棱镜 (202) 上后被分为两束偏振方向正交的反射光和透射光 ； 其中反射光经 过 B 半波片 (203)、 可调衰减器 (204) 后成为空间光 (2a)， 所述空间光 (2a) 进入参考光路 ； 另一路透射光经光纤耦合器 (205) 耦合进入单模保偏光纤 (206) 中成为光纤光 (2b)， 所述 光纤光(2b)进入物光光路 ； 通过旋转调整A半波片(201)和可调衰减器(204)， 能够改变空 间光 (2a) 与光纤光 (2b) 之间的光强比， 进而改变平行参考光 (6a) 。

8、和预放大物光 (10a) 的 光强比 ； 旋转调整 B 半波片 (203)， 能够保证空间光 (2a) 与光纤光 (2b) 的偏振方向一致。 5. 根据权利要求 1 所述的基于数字全息的生物活体细胞动态三维显微观测装置， 其特 征在于 ： 光束转折器 (6) 包括有齿轮齿条平移台、 第一夹具 (63)、 第二夹具 (64)、 第一支撑 杆 (65)、 升降杆 (66)、 第二支撑杆 (67)、 第一平面反射镜 (68) 和第二平面反射镜 (69) ； 其 中， 第一夹具 (63) 与第二夹具 (64) 的结构相同 ； 第一平面反射镜 (68) 与第二平面反射镜 (69) 的结构相同 ； 第一夹。

9、具 (63) 安装在第一支撑杆 (65) 上， 第二夹具 (64) 安装在第二支 撑杆 (67) 上 ； 第一支撑杆 (65)、 升降杆 (66) 和第二支撑杆 (67) 为圆筒结构， 升降杆 (66) 的一端上 安装第一支撑杆 (65)， 升降杆 (66) 的另一端上安装第二支撑杆 (67) ； 第一支撑杆 (65) 的 权 利 要 求 书 CN 102278951 A CN 102278955 A2/2 页 3 另一端穿过第一夹具 (63) 的夹持架 (634) 的 A 通孔 (634a) 后安装在齿轮齿条平移台的 Y 轴向基座 (62) 上 ； 第一夹具 (63) 包括有三角镜架 (63。

10、1)、 U 形架 (632)、 转台 (633) 和夹持架 (634) ； 第一 平面反射镜 (68) 安装在三角镜架 (631) 的圆盘 (631a) 内 ； 三角镜架 (631) 一侧的侧板上设有 A 销孔， 三角镜架 (631) 另一侧的侧板上设有 B 销 孔 (631b)， 三角镜架 (631) 的底板上设有锁紧杆 (631c) ； U 形架 (632) 的一侧立板上设有 A 凸耳 (632a)， U 形架 (632) 的另一侧立板上设有 B 凸耳 (632b)， U 形架 (632) 的底部设有 一圆台， 圆台安装在转台 (633) 的圆孔 (633a) 内 ； A 销孔内安装有 U。

11、 形架 (632) 上 A 凸耳 (632a)， B 销孔 (631b) 内安装有 U 形架 (632) 上 B 凸耳 (632b)， 锁紧杆 (631c) 插入 U 形架 (632) 的矩形孔 (632c) 内 ； 夹持架 (634) 上设有 A 通孔 (634a)、 B 通孔 (634b) 和限位槽 (634c) ； A 通孔 (634a) 用 于第一支撑杆 (65) 的一端穿过， 并通过螺钉使第一夹具 (63) 夹紧安装在第一支撑杆 (65) 上 ； B通孔(634b)内安装有转台(633)， 转台(633)上的A限位板(633b)和B限位板(633c) 置于限位槽 (634c) 内。 。

12、权 利 要 求 书 CN 102278951 A CN 102278955 A1/5 页 4 一种基于数字全息的生物活体细胞动态三维显微观测装置 技术领域 0001 本发明涉及一种三维显微观测系统， 更特别地说， 是指一种基于数字全息的生物 活体细胞动态三维显微观测系统。 背景技术 0002 目前生物细胞的三维显微观测技术方法主要包括原子力显微技术、 激光共聚焦显 微技术和数字全息显微技术等。数字全息显微依托于数字全息技术， 利用 CCD、 CMOS 等光电 图像传感器以数字形式记录全息图， 利用计算机模拟再现参考光照射全息图的光学衍射过 程重构物光， 从而获得待测物体的振幅和相位信息。 00。

13、03 为了将数字全息技术应用于活体细胞的三维显微观测， 需要解决一些技术问题 ： (1) 数字全息的成像分辨率受图像传感器 (CCD、 CMOS) 性能指标的限制， 细胞显微观测时一 般采用显微物镜进行预放大处理， 提高再现像的分辨率， 但此时再现物光易受显微物镜引 起的像差和畸变影响， 必须进行相应的补偿和矫正。(2) 为提高信噪比和成像质量， 在记录 过程中需要对物光和参考光的光强比、 入射夹角和波前曲率进行精确控制。 (3)在长时间动 态观测中， 活体细胞的培养一般需要在水平放置的培养皿中进行， 必须合理设计光路， 使其 结构紧凑， 稳定性好， 同时便于操作和调试。 发明内容 0004 。

14、本发明的目的是提出一种基于数字全息的生物活体细胞动态三维显微观测装置， 该装置采用数字全息显微技术， 对生物活体细胞实现非接触、 非破坏、 无预处理的动态三维 显微观测 ； 通过光纤光路实现物光照明， 物光光路部分采用立式结构， 便于进行生物活体细 胞观测 ； 参考光利用光束转折器控制其与物光的夹角， 实现离轴数字全息 ； 采用无穷远校 正显微物镜对细胞进行预放大成像， 同时利用中继透镜调整成像位置和物光的波前曲率， 提高了观测分辨率。该装置通过平台使得多个光学器件的布局结构紧凑、 灵活、 稳定， 并可 用于长时间对生物活体细胞进行动态观测。 0005 本发明的一种基于数字全息的生物活体细胞动。

15、态三维显微观测装置， 该装置包括 有激光光源、 分光耦合单元、 第一反射镜、 光束准直单元、 第二反射镜、 光束转折器、 光纤准 直镜、 活体细胞培养皿、 显微物镜、 中继成像透镜、 消偏振分光棱镜和 CMOS 相机 ； 激光光源 用于输出中心波长为 532nm 的激光 ； 分光耦合单元对激光进行分光处理， 一路输出空间光， 另一路耦合进入单模保偏光纤成为光纤光 ； 空间光顺次经第一反射镜、 光束准直单元、 第二 反射镜、 光束转折器后， 作为平行参考光， 入射进入消偏振分光棱镜 ； 光纤光经光纤准直镜， 形成平行照明光照射到待测活体细胞上 ； 照明光经过待测细胞透射， 形成携带细胞三维信 息。

16、的初始物光 ； 物光经显微物镜、 中继成像透镜后， 形成细胞的放大实像， 作为预放大物光 入射进入消偏振分光棱镜 ； 消偏振分光棱镜对入射的平行参考光、 预放大物光进行合光处 理得到合并光束， 该合并光束形成的全息图被 CMOS 相机的光敏面捕获。 0006 本发明的一种基于数字全息的生物活体细胞动态三维显微观测装置， 其具有如下 说 明 书 CN 102278951 A CN 102278955 A2/5 页 5 优点 ： 0007 (1) 采用数字全息显微技术， 可动态获取生物活体细胞的三维信息， 具有非接触、 非破坏性， 且无需预处理， 对细胞的影响非常小。 0008 (2) 采用无穷远。

17、校正显微物镜对细胞进行预放大成像， 获取了较高频率的信息， 提 高了观测分辨率， 同时利用中继成像透镜调整成像位置和物光波前曲率， 有利于全息图的 记录。 0009 (3) 采用空间光 - 光纤光混合光路结构， 物光照明通过光纤光路实现， 采用立式结 构， 紧凑灵活 ； 参考光采用空间光路， 通过光束转折器调整参考光入射方向， 进而控制物光 与参考光的夹角， 操作方便， 稳定性好， 可用于长时间观测。 附图说明 0010 图 1 是本发明生物活体细胞动态三维显微观测装置的光路传输结构框图。 0011 图 2 是本发明分光耦合单元的光路传输结构图。 0012 图 3 是本发明物光光路的光路传输结。

18、构图。 0013 图 4 是本发明一种具体生物活体细胞动态三维显微观测装置的实施方式结构图。 0014 图 4A 是本发明光束调整器结构图。 0015 图 4B 是本发明光束调整器中第一夹具的分解图。 0016 图 4C 是本发明第一夹具中三角镜架的另一视角结构图。 具体实施方式 0017 下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。 0018 参见图 1 所示， 本发明是一种基于数字全息的生物活体细胞动态三维显微观测装 置， 该装置包括有激光光源 1、 分光耦合单元 2、 第一反射镜 3、 光束准直器 4、 第二反射镜 5、 光束转折器 6、 光纤准直镜 7、 活体细胞培养皿 8、 显微物镜 。

19、9、 中继成像透镜 10、 消偏振分光 棱镜 11 和 CMOS 相机 12 ； 其中， 第一反射镜 3 与第二反射镜 5 的结构相同。 0019 ( 一 ) 激光光源 1 0020 在本发明中， 光源 1 用于提供 532nm 的激光 1a， 即光信息， 该光源提供了中心波长 为 532nm 的单纵模激光， 可以选取可选用瑞典 Cobolt 公司生产的型号为 Samba TM 532nm 的激光器。 0021 ( 二 ) 分光耦合单元 2 0022 参见图 2 所示， 分光耦合单元 2 包括有 A 半波片 201、 偏振分光棱镜 202、 B 半波片 203、 可调衰减器 204、 光纤耦合。

20、器 205 和单模保偏光纤 206。 0023 分光耦合单元 2 用于接收从激光光源 1 出射的中心波长为 532nm 的激光 1a， 将其 分为空间光 2a 和光纤光 2b 输出， 并可调整改变两路光 ( 空间光 2a 和光纤光 2b) 的光强比 ( 一般为 1 5 5 1)。 0024 激光 1a 经 A 半波片 201 后射入偏振分光棱镜 202 上后被分为两束偏振方向正交 的反射光和透射光 ； 其中反射光经过 B 半波片 203、 可调衰减器 204 后成为空间光 2a， 所述 空间光2a进入参考光路 ； 另一路透射光经光纤耦合器205耦合进入单模保偏光纤206中成 为光纤光 2b， 。

21、所述光纤光 2b 进入物光光路。在本发明中， 通过旋转调整 A 半波片 201 和可 说 明 书 CN 102278951 A CN 102278955 A3/5 页 6 调衰减器 204， 可以改变空间光 2a 与光纤光 2b 之间的光强比 ( 一般为 1 5 5 1)， 进 而改变平行参考光 6a 和预放大物光 10a 的光强比 ( 一般为 1 5 5 1)。旋转调整 B 半波片 203， 能够保证空间光 2a 与光纤光 2b 的偏振方向一致。 0025 在本发明中， A半波片201和B半波片203可选取北京大恒光电公司的GCL-060411 型石英零级半波片 ； 偏振分光棱镜202可以选。

22、取北京大恒光电公司的GCC-402102型偏振分 光棱镜 ； 可调衰减器 204 可选取北京大恒光电公司的 GCO-0701M 型圆形可调衰减器 ； 光纤 耦合器205可选用美国OZ光学公司的HPUC-23AF-532-S-6.2AS-2型光纤耦合器 ； 单模保偏 光纤 206 可选用美国 OZ 光学公司的 QPMJ-3AF3S-532-3.5/125-3-2-1 型 532nm 单模保偏光 纤。 0026 ( 三 ) 第一反射镜 3 0027 在本发明中， 第一反射镜 3 和第二反射镜 5 用于转折光束， 采用相同结构的反射 镜， 可选取北京大恒光电公司的 GCC-102104 型反射镜。 。

23、0028 ( 四 ) 光束准直器 4 0029 在本发明中， 光束准直器 4 由空间滤波器和平凸透镜构成 ； 空间滤波器用于对接 收到的反射光3a进行扩束处理后， 准直为平行光4a后照射至平凸透镜上， 经平凸透镜后形 成平行光 4a 输出。用于对反射后的空间光 2a 进行扩束， 并将其准直为平行光出射。光束 准直器 4 可以由北京大恒光电公司生产的 GCO-01M 型空间滤波器和 GCL-010147 型平凸透 镜组合而成。 0030 ( 五 ) 光束转折器 6 0031 在本发明中， 光束转折器 6 用于改变参考光的入射角度， 进而调整参考光与物光 的夹角。 0032 参见图 4A 所示， 。

24、光束转折器 6 包括有齿轮齿条平移台、 第一夹具 63、 第二夹具 64、 第一支撑杆65、 升降杆66、 第二支撑杆67、 第一平面反射镜68和第二平面反射镜69 ； 其中， 第一夹具 63 与第二夹具 64 的结构相同 ； 第一平面反射镜 68 与第二平面反射镜 69 的结构 相同。第一夹具 63 安装在第一支撑杆 65 上， 第二夹具 64 安装在第二支撑杆 67 上。 0033 第一支撑杆 65、 升降杆 66 和第二支撑杆 67 为圆筒结构， 升降杆 66 的一端上安装 第一支撑杆 65， 升降杆 66 的另一端上安装第二支撑杆 67。通过安装在升降杆 66 内的长度 ( 第一支撑杆。

25、 65、 第二支撑杆 67 各自的长度 ) 来调节第一平面反射镜 68 与第二平面反射 镜 69 之间的高度。第一支撑杆 65 的另一端穿过第一夹具 63 的夹持架 634 的 A 通孔 634a 后安装在齿轮齿条平移台的 Y 轴向基座 62 上。 0034 参见图 4B 所示， 第一夹具 63 包括有三角镜架 631、 U 形架 632、 转台 633 和夹持架 634 ； 0035 第一平面反射镜 68 安装在三角镜架 631 的圆盘 631a 内 ； 0036 参见图 4C 所示， 三角镜架 631 一侧的侧板上设有 A 销孔 ( 图 4B 中未示出 )， 三角 镜架 631 另一侧的侧。

26、板上设有 B 销孔 631b， 三角镜架 631 的底板上设有锁紧杆 631c ； A 销 孔内安装有 U 形架 632 上 A 凸耳 632a， B 销孔 631b 内安装有 U 形架 632 上 B 凸耳 632b， 锁 紧杆 631c 插入 U 形架 632 的矩形孔 632c 内， 并通过螺钉顶紧 ； 三角镜架 631 通过两侧侧板 上的两个销孔与 U 形架 632 上的两个凸耳实现活动安装， 为了调整第一平面反射镜 68 与第 二平面反射镜 69 之间的相对位置， 通过螺钉顶紧锁紧杆 631c 实现。即第一夹具 63 上的第 说 明 书 CN 102278951 A CN 10227。

27、8955 A4/5 页 7 一平面反射镜 68 向上抬起的仰视角度， 第二夹具 64 上的第二平面反射镜 69 向下的俯视角 度， 这都是为了保证照射在第一平面反射镜 68 镜面上的反射参考光 5a 能够照射在第二平 面反射镜 69 上后形成平行参考光 6a。 0037 U 形架 632 的一侧立板上设有 A 凸耳 632a， U 形架 632 的另一侧立板上设有 B 凸耳 632b， U 形架 632 的底部设有一圆台 ( 图 2A 中未示出 ) ； A 凸耳 632a 安装在三角镜架 631 的 A 销孔内， B 凸耳 632b 安装在三角镜架 631 的 B 销孔内 631b， 圆台安装。

28、在转台 633 的圆 孔 633a 内 ； 0038 夹持架 634 上设有 A 通孔 634a、 B 通孔 634b 和限位槽 634c ； A 通孔 634a 用于第 一支撑杆 65 的一端穿过， 并通过螺钉使第一夹具 63 夹紧安装在第一支撑杆 65 上 ； B 通孔 634b内安装有转台633， 转台633上的A限位板633b和B限位板633c置于限位槽634c内 ； A 限位板 633b 和 B 限位板 633c 与螺钉的配合能够实现第一平面反射镜 68 在圆台 ( 设在 U 形架 632 的底部 ) 的轴向上的调节。 0039 齿轮齿条平移台包括 X 轴向基座 61 和 Y 轴向基。

29、座 62， Y 轴向基座 62 垂直安装在 X 轴向基座 61 上， Y 轴向基座 62 上安装有第一支撑杆 65 的一端 ； 0040 本发明设计的光束转折器6用于调整反射参考光5a的角度和位置， 从而控制平行 参考光 6a 与平行照明光 7a 的夹角。当反射参考光 5a 照射到第一平面反射镜 68 时， 反射 参考光 5a 经反射后照射至第二平面反射镜 69 上， 再反射后形成平行参考光 6a 出射 ； 通过 调节两个反射镜的旋转、 俯仰能够使经第二平面反射镜 69 反射的调节后平行参考光 6a 达 到最佳的出射角度。在本发明中， 通过改变第一夹具 63 与第二夹具 64 之间的相对高度，。

30、 在 不改变反射参考光 5a 方向的前提下， 分别粗调、 细调出射光束的高度 ； 然后通过调整齿轮 齿条平移台调节出射光束的照明横向位置。 0041 在本发明中， 光束转折器 6 中的齿轮齿条平移台 ( 包括有 X 轴向基座 61、 Y 轴向基 座 62) 可以选用大恒新纪元科技股份有限公司的 GCM-150101M 型齿轮齿条平移台。 0042 在本发明中， 光束转折器 6 中的第一平面反射镜 68 与第二平面反射镜 69 的可以 选用大恒新纪元科技股份有限公司的 GCO-1101M 型光束提升器中的可调反射镜机构。 0043 ( 六 ) 光纤准直镜 7 0044 在本发明中， 光纤准直镜 。

31、7 将光纤光 2b 准直为平行照明光 7a， 可选用北京大恒光 电公司的 GCX-L005-FC 型光纤准直镜。 0045 ( 七 ) 活体细胞培养皿 8 0046 在本发明中， 活体细胞培养皿 8 用于放置被观测目标。 0047 ( 八 ) 显微物镜 9 0048 在本发明中， 显微物镜 9 用于对活体细胞进行预放大， 提高观测分辨率。显微物镜 9可选用新加坡Edmund光学公司的M Plan Apo 20X型长工作距离无穷远校正显微物镜， 其 放大倍数为 20。 0049 ( 九 ) 中继成像透镜 10 0050 在本发明中， 中继成像透镜 10 用于调整成像位置和物光的波前曲率， 得到预。

32、放大 物光 10a。中继成像透镜 10 可选用与显微物镜 9 配套的 MT-1 型中继成像透镜。 0051 ( 十 ) 消偏振分光棱镜 11 0052 在本发明中， 消偏振分光棱镜 11 用于将平行参考光 6a 和预放大物光 10a 合成一 说 明 书 CN 102278951 A CN 102278955 A5/5 页 8 束光， 可选用新加坡 Edmund 光学公司生产的 47571 型消偏振分光棱镜。 0053 ( 十一 )CMOS 相机 12 0054 在本发明中， CMOS相机12用于捕获记录数字全息图， 可以选取加拿大Lumenera公 司的 LU125M 型 CMOS 相机， 其。

33、分辨率为 12801024 像素， 最高帧频 15fps， 光敏面尺寸 2/3 英寸， 数据接口为 USB2.0。 0055 本发明的基于数字全息的生物活体细胞动态三维显微观测装置的光路结构为 ： 激 光光源 1 出射的激光 1a 入射至分光耦合单元 2 中， 经分光耦合单元 2 的分光处理后输出空 间光 2a 和光纤光 2b ； 0056 所述空间光 2a 顺次经第一反射镜 3、 光束准直单元 4、 第二反射镜 5、 光束转折器 6 后输出平行参考光 6a 入射进入消偏振分光棱镜 11 ； 0057 参见图 3 所示， 所述光纤光 2b 经光纤准直镜 7 后形成平行照明光 7a， 所述平行照。

34、 明光7a对活体细胞培养皿8中的被测目标进行照射， 透射后形成包含细胞三维信息的初始 物光 8a ； 所述初始物光 8a 顺次经显微物镜 9 和中继成像透镜 10 后形成细胞的放大实像， 即预放大物光 10a 入射进入消偏振分光棱镜 11 ； 0058 所述消偏振分光棱镜 11 对入射的平行参考光 6a 和预放大物光 10a 进行合光处理 得到合并光束 11a， 该合并光束 11a 被 CMOS 相机 12 的光敏面捕获， 从而在 CMOS 相机 12 中 形成干涉全息图。 0059 在本发明中， 由分光耦合单元 2 分出的空间光 2a 经第一反射镜 3、 光束准直单元 4、 第二反射镜 5、。

35、 光束转折器 6 后入射进入消偏振分光棱镜 11， 这部分可以称为参考光路。 0060 在本发明中， 由分光耦合单元2分出的光纤光2b经光纤准直镜7、 活体细胞培养皿 8、 显微物镜 9、 中继成像透镜 10 后入射至消偏振分光棱镜 11， 这部分可以称为物光光路。 0061 为了实现如图 1 所示的光路结构中各镜子的相对位置关系， 本发明通过在一金 属平台 13 上安装多个具有升降功能的支撑架或者是磁力座， 然后在所述的多个支撑架上 分别安装上光学器件， 通过在具有升降调节功能的支撑架或者是磁力座上安装多个光学器 件， 其目的是为了保证传输过程中的光路畅通且保持等高， 如图 4 所示。其中物。

36、光光路部分 采用立式结构， 便于进行生物活体细胞的培养和动态观测 ； 参考光路采用多次折反的光路 模式， 且光学器件保持等高共轴布局， 实现了光路结构的紧凑。图 4 仅为图 1 的一个具体实 现方式， 并不限制本发明依据图 1 获得的其他结构。 0062 本发明设计的基于数字全息的生物活体细胞动态三维显微观测装置， 能够适用于 生物细胞的三维显微观测， 可对细胞处于活体状态下的生长过程进行长时间的动态观测。 该装置 (1) 以非接触、 非破坏、 无预处理的方式获取生物活体细胞三维信息， 对活体细胞的 影响非常小 ； (2) 属于全场观测， 视场较大， 无扫描过程， 实时性好， 且系统结构简单 。

37、； (3) 记 录与再现过程都以数字化形式完成， 可对活体细胞的三维信息进行定量分析。 说 明 书 CN 102278951 A CN 102278955 A1/5 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102278951 A CN 102278955 A2/5 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 102278951 A CN 102278955 A3/5 页 11 图 4 说 明 书 附 图 CN 102278951 A CN 102278955 A4/5 页 12 图 4A 说 明 书 附 图 CN 102278951 A CN 102278955 A5/5 页 13 图 4B 图 4C 说 明 书 附 图 CN 102278951 A 。