TWI467226B - 相位物體顯微系統 - Google Patents

相位物體顯微系統 Download PDF

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TWI467226B TW100141603A TW100141603A TWI467226B TW I467226 B TWI467226 B TW I467226B TW 100141603 A TW100141603 A TW 100141603A TW 100141603 A TW100141603 A TW 100141603A TW I467226 B TWI467226 B TW I467226B
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Description

相位物體顯微系統
本發明是有關於一種相位物體顯微系統，可以對透明的一相位物體(phase object)取像。
所謂的相位物體，其例如是細胞的物體，對光線而言是透明物體，但是由於其內部的結構會產生光線的相位變化。因此，要得到相位物體的內部結構需要偵測出光的相位變化，進而轉換成影像對比。也就是說，相位物體的影像是利用光線通過相位物體後因為光程差不同產生明暗對比而成像。
又對於顯微鏡的設計，因為數值孔徑(NA)大的原因，景深都很短。另外共焦顯微鏡雖然可達到景深拓展效果，但需多次分層取像花費太久時間，速度慢。縮小光圈雖然可獲得景深拓展，但也同時讓光通量變小。
當前的相位物體顯微系統大致上是相位對比(Phase Contrast)的架構，穿透式微分干涉對比(Differential Interference Contrast,DIC)的架構，或是反射式微分干涉對比的架構。傳統相位物體顯微系統的影像只有在景深範圍內維持高解析度，超過景深範圍解析度會嚴重下降。傳統架構為了擴展景深，都需要外加一片相位元件，以非軸對稱的方式對波前編碼。
由於相位元件的結構為非軸對稱式，元件加工困難，製作形狀精度較低。除此之外，產生的點擴散函數(Point Spread Function,PSF)為非軸對稱，會增加影像還原困難度。
本揭露提供一種相位物體顯微系統，是景深拓展顯微系統的設計，又在顯微系統出瞳處加入軸對稱式的相位編碼元件，使出瞳處波前產生軸對稱的球面像差。
本揭露提供一種景深拓展相位物體顯微系統，包括一光學成像模組與一相位/光強度轉換模組。在光學成像模組中的一物鏡組加入一軸對稱相位編碼，使產生軸對稱的一球面像差，以得到具有一預定相似程度的一點擴散函數(PSF)與一景深拓展影像。相位/光強度轉換模組使光線通過一相位物體後因光程差不同所產生的相位變化轉換成具光強度變化的一影像光。
本揭露也提供一種景深拓展相位物體顯微系統，包括一光學成像模組、一相位/光強度轉換模組、一光電轉換元件以及一影像還原模組。光學成像模組的一物鏡組加入一軸對稱相位編碼，使產生軸對稱的一球面像差，以得到一預定相似程度的一點擴散函數(PSF)與一景深拓展影像。相位/光強度轉換模組使光線通過相位物體後因光程差不同所產生的相位變化轉換成具光強度變化的一影像光。光電轉換元件，接收該影像光，以轉換得到一數位影像。影像還原模組連接到該光電轉換元件，將該數位影像還原成一更清晰影像。
為讓本揭露之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
本揭露能解決相位物體顯微系統中景深不足的問題。在不用縮小光圈的條件下，單次取像即可達到擴展景深效果，至少可應用在工業顯微鏡、醫學顯微鏡、自動光學檢測系統(AOI)等。
本揭露提出軸對稱式的相位編碼方法，用於相位物體之顯微系統，如生醫應用上，使光學成像模組出瞳處的波前為一軸對稱之景深拓展波前。此波前為具有軸對稱特性的多個球差項(spherical aberration term)所組合，以期得到高相似性點擴散函數與景深拓展影像的效果。較具體而言，球差項至少包括第三階球差項，其代表r4 項的球面波前函數，r是相對中心軸的距離。對r4 球差項取微分後是第三階，即是所謂的第三階球差項。其它更高階的奇數階球差項也是相似的定義。
因為編碼元件結構為軸對稱式，可大幅提升相位元件製作精度，使加工容易成本便宜，除此之外，PSF為軸對稱可減少影像還原困難度，且因為相位編碼為軸對稱緣故，可以把相位分佈整合到鏡片設計上，而不用採外加元件方式。
以下舉一些實施例來說明本揭露，但是本揭露不侷限於所舉的多個實施例。又，所舉的多個實施例之間也允需有適當的結合。
圖1繪示依據本揭露一實施例，相位對比架構的相位物體顯微系統。參閱圖1，景深拓展顯微物鏡模組108有預定的一景深範圍，對一相位物體106攝取一影像光。在景深拓展顯微物鏡模組108中可以包含一物鏡組具有預定的景深範圍。一管鏡組接收物鏡組輸出的影像光，形成一聚集影像光。另外一軸對稱相位編碼元件可以整合於該物鏡組內或是設置於物鏡組與管鏡組其間，以產生軸對稱的一球面像差。物鏡組、管鏡組與軸對稱相位編碼元件的較詳細實施例會繪示圖5與圖6。光電轉換元件112接收管鏡組輸出的聚集影像光，以轉換得到一數位影像。影像還原模組114可以依需要對影像做還原處理，以提升清晰度。由於系統的像差是軸對稱，因此還原處理也相對較為容易。
由於相位物體106需要照明光源，其例如是由一照明光源100產生照明光。一環狀擋板(annulus plate)102使光線通過後會產生環狀光線。一聚光透鏡104可以設置在照明光源100與相位物體106之間，以能將照明光聚集於相位物體106上。
環狀光線中有通過相位物體的部分會產生繞射光束，並且速度變慢而與無通過物體的直射光束產生90度的相位差。在景深拓展顯微物鏡模組108後方再利用一相位圈(Phase Ring)110，使直射光束通過後的相位再領先90度，而繞射光束維持不變。如此，直射和繞射光束具有180度的相位差，造成破壞性干涉(destructive interference)，使物體影像變暗，但具有明亮之輪廓的影像。
圖2繪示依據本揭露一實施例，穿透式微分干涉對比架構的相位物體顯微系統。參閱圖2，以穿透式微分干涉對比架構為基礎，相位物體顯微系統依序例如包含照明光源120、偏極元件122、稜鏡元件124、聚光透鏡126、相位物體128、景深拓展顯微物鏡模組130、稜鏡元件132、檢偏極元件(analyzer)134、光電轉換元件136、影像還原模組138。
照明光源120後有偏極元件122，使光線發生線性極化。聚光透鏡126和偏極元件122之間有稜鏡元件124，此稜鏡元件124例如是Wollaston稜鏡，可以將線極化光分離成兩束互相正交極化光。最初兩束光相位一致，而在穿過相位物體128物體後，因為相位物體128的厚度和折射率不同，引起了兩束光發生了光程差。相位物體經過景深拓展顯微物鏡模組130可以成像。景深拓展顯微物鏡模組130的內部元件如圖1的景深拓展顯微物鏡模組108相似。又在其後方安裝另一個稜鏡元件132，它把兩束互相正交極化光合成一束。最後光束穿過檢偏極元件134，其將兩束互相正交極化光轉為線極化光，使二者發生干涉。當光程差為0，則沒有光穿過檢偏極元件134，當光程差為1/2λ，則穿過的光達到最大值，因此產生明暗對比。光電轉換元件136將影像光轉換成數位影像。影像還原模組138使影像還原，提升清晰度。
圖3繪示依據本揭露一實施例，反射式微分干涉對比架構的相位物體顯微系統。參閱圖3，以反射式微分干涉對比架構為基礎，相位物體顯微系統例如包含照明光源140、聚光透鏡142、偏極元件144、分光元件146、稜鏡元件148、景深拓展顯微物鏡模組150、相位物體152、檢偏極元件154、光電轉換元件156、影像還原模組158。照明光源140提供照明光。聚光透鏡142將照明光聚集。偏極元件144使光線發生線性極化。在偏極元件144後有一個分光元件146，使線極化光反射進入稜鏡元件148。稜鏡元件148可將線極化光分離成兩束互相正交極化光。此兩束光相位於初始是一致而通過景深拓展顯微物鏡模組150，進而到達相位物體152而被反射回景深拓展顯微物鏡模組150。因為相位物體152的厚度和折射率不同，引起兩束光產生光程差。相位物體150經過景深拓展顯微物鏡模組150的物鏡組成像。兩束互相正交極化光再次通過稜鏡元件148，其把兩束互相正交極化光合成一束。最後光束穿過檢偏極元件154，其將兩束互相正交極化光轉為線極化光，使二者發生干涉。當光程差為0，則沒有光穿過檢偏極元件154，當光程差為1/2λ，則穿過檢偏極元件154的光達到最大值，因此產生明暗對比。
傳統相位物體顯微系統的影像只有在景深範圍內維持高解析度，超過景深範圍解析度會嚴重下降，本揭露所舉的三個顯微系統，其顯微物鏡設計為景深拓展顯微物鏡模組以擴展景深，可以使影像在更大範圍內維持高解析度，而讓對比成像效果更加明顯。
圖4繪示依據本揭露一實施例，相位物體顯微系統的功能方塊示意圖。參閱圖4，相位物體顯微系統202可以對相位物體200攝取影像。相位物體200內部結構會產生相位差異，以得到結構的輪廓。
相位物體顯微系統202包括景深拓展顯微成像模組204與相位/光強度轉換模組206。此二者的相互作用可以得到對相位物體200具有景深拓展的影像擷取能力。相位物體200，其透明的結構是經由相位變化轉換成具有光強度變化的影像光來表現。此影像光的強度在經由光電轉換元件208的轉換成為數位的影像灰階。另外，影像還原模組210依照需要可以再進一步還原成較為清晰的影像。
換句話說，景深拓展顯微成像模組204是在透明物體200光學成像模組加入相位編碼(phase coding)設計，使不同物距的點擴散函數(PSF)相似性提高，相位/光強度轉換模組206將光線經過透明物體後的相位差轉換為光強度差以產生明暗對比，經過編碼後的光強度差影像經由光電轉換元件208接收，並可同步結合數位元影像訊號處理，只要單次取像，不需要多次分層取像，即可擴展景深。
就景深拓展顯微物鏡模組的理論設計，本揭露提出例如在顯微系統的出瞳處加入軸對稱式相位編碼，使出瞳處波前產生球面像差。本揭露之球面像差例如可由以下所述的公式(1)~(3)　求出，推導出球面像差和焦深關係式如下：
(1)　δz =k ×ρ 2 ;
(2)　δz =-16(F /#)2 W040 ×ρ 2 ;
其中，ρ 為出瞳歸一化孔徑高度，δz 為縱向球差或焦深，W 040 為三階球差，W 為波前像差，n為球差階數，例如n=4為三階球差，f 0 為近軸焦距，F /#為光圈(F-number)。
本揭露之球面像差可由軸上照度均等(axial irradiance equalization，AIE)的相位編碼方程式求出。AIE方程式如下：
其中f 0 為近軸焦距，Δz 為要求的焦深範圍，R max 為最大出瞳徑，r 為出瞳半徑，C 定義為式(5):
上述計算所要的像差的方法，是根據光學理論推導可得，然而本揭露利用偶次非球面係數的優化設計提供系統擴展景深所需要之球面像差，至少包括n=4的三階球差項，以式(6)來表示到n=8的各階像差項：
其中Z(r)為偶次非球面公式，Z為sag厚度，r為孔徑高度，c為曲率，k為圓錐係數，AD、AE、AF為偶次非球面係數。在這些偶次非球面係數中至少AD不為零，係數AF、AF可依需要加入，或甚至加入更高次的球差項。
圖5繪示依據本揭露一實施例，無外加相位元件的景深拓展顯微鏡系統示意圖。參閱圖5，景深拓展顯微鏡系統在無外加相位元件的鏡片配置設計包括一物鏡組L1與一管鏡組L2以及後端的影像光處理單元302。於本實施例，要產生相位編碼的相位元件是由非球面的表面4、5所產生，而整合於物鏡組L1中，無需外加相位元件。管鏡組L2是將成像的影像光聚集於影像光處理單元302的光電轉換元件。本實施例的16個位置的表面資訊如表一與表二所示。表二的係數是式(6)的係數值。
物鏡組L1的表面2-8為顯微物鏡，放大倍率為10X、NA0.25、焦距18mm。管鏡組L2的表面9-16為tube lens，焦距為180mm。表面1代表相位元件。
圖6繪示依據本揭露一實施例，外加相位元件的景深拓展顯微鏡系統示意圖。參閱圖5，景深拓展顯微鏡系統在外加相位元件的鏡片配置設計包括一物鏡組L1、相位元件L3、與一管鏡組L2以及後端的影像光處理單元302。於本實施例，要產生相位編碼的相位元件是由非球面的表面9、10所產生，依需要組裝不會影響物鏡組L1。管鏡組L2是將成像的影像光聚集於影像光處理單元302的光電轉換元件。本實施例的18個位置的表面資訊如表三與表四所示。表四的係數是式(6)的係數值。
表面2-8為物鏡組L1，放大倍率為10X、NA0.25、焦距18mm。表面9、10為相位元件L3。表面11-18為管鏡組L2，焦距為180mm。
本揭露實施例的焦深範圍以δz =0.08mm為例，在加入球面像差可使陣列式光電轉換元件擷取到的光影像為一特殊模糊化的影像，因為景深被擴展，所以模糊化的影像具有高相似性。其球面像差係數如下：
(7)　W 040 :-2.608λ。
本揭露出瞳處的波前包含至少三階球差，如顯微物鏡NA為0.25(10X)~0.4(20X)，則高階球差(五階、七階球差)較三階球差小。當顯微物鏡的NA在0.4以上，則出瞳處的波前，其球面像差組合至少包含例如三階的低階項，而更高階球面像差項例如第五階、七階球面像差項也可以加入。於此如一般熟此技藝者所了解，奇數階球差項是指式(3)中n為偶數的球差項，其做微分後的所得的球差階數。
以下描述本揭露加入軸對稱的相位編碼元件後所產生的效果。圖7繪示傳統顯微系統，未加入相位編碼元件的中心點亮度比值(strehl ratio)，與離焦量(defocusing)的關係示意圖。圖8繪示依據本揭露一實施例，一顯微系統加入相位編碼元件的中心點亮度比值，與離焦量的關係示意圖。
參閱圖7，傳統顯微鏡在±10um離焦範圍，中心點亮度比值是在0.2以下，且分布不均。中心點亮度比值與離焦的關係變化大。
參閱圖8，本揭露加入軸對稱的相位編碼元件，在景深拓展顯微鏡在±25um離焦範圍內，中心點亮度比值均勻可維持在0.2，景深可擴展只少兩倍以上，且能維持較高的相似度。
圖9A-9C繪示傳統相位物體顯微系統在焦平面以及在離焦平面模擬影像示意圖。圖9A-9C的左圖是點擴散函數的程度，右圖是模擬影像。圖9A是在焦平面的影像。圖9B是在+25微米的離焦平面的影像。圖9C是在-25微米的離焦平面的影像。從圖9A-9C可以看出圖9B與圖9C相對圖9A的影像變化大。圖9B與圖9A的相似性(correlation)為0.0432。相似性的計算會於後面描述。圖9C與圖9A的相似性為0.031。
圖10A-10C繪示依據本揭露一實施例，相位物體顯微系統在焦平面以及在離焦平面模擬影像示意圖。圖10A-10C的左圖是點擴散函數的程度，右圖是模擬影像。圖10A是在焦平面的影像。圖10B是在+25微米的離焦平面的影像。圖10C是在-25微米的離焦平面的影像。從圖10A-10C可以看出圖10B與圖10C相對圖10A的影像相似性較大。圖10B與圖10A的相似性為0.832。圖10C與圖10A的相似性為0.948。這表示本揭露可以有效增加景深，且較能維持影像的相似度。
以下描述相似性的計算，其例如以式(8)計算：
其中PSF1(x,y)為在焦平面上的點算函數，PSF2(x,y)為在離焦平面上的點算函數。傳統顯微鏡在±25微米離焦範圍，點擴散函數相似性皆小於0.1，本揭露景深拓展顯微鏡在±25um離焦範圍，點擴散函數相似性皆大於0.5以上。
就本揭露景深範圍的擴張，可以達到沒有加入相位元件時的系統繞射極限景深的兩倍以上。
本揭露顯微鏡光學系統之球面像差組合可由其本身所產生或利用不同外部元件產生，外部元件可為一相位元件、一軸對稱非球面鏡、一繞射光學元件、一折射率漸變元件、一全球面鏡之光學系統，但不限於此。
本揭露的光電轉換元件，例如是陣列式光電轉換元件，可以更連接一影像還原模組，利用影像還原演算法，將模糊化的影像還原成清晰的影像，以形成具有景深拓展的最終影像。
影像還原模組可為一般常用的濾波器，如實施例中使用影像還原模組為一具有最小均方差(Minimum Mean Square Error,MMSE)濾波器的影像還原裝置，用來還原影像。其中最小均方差濾波器在有雜訊情形下，其濾波器形式可寫為下式(9):
其中u,v為空間頻率，G(u,v)為模糊化的影像，F(u,v)為還原後的清晰影像，H(u,v)為光學系統的光學轉移函數(Optical Transfer Function,OTF)，SNR(u,v)為光學系統之訊雜比(Signal to Noise Ratio)。
影像還原模組除了MMSE濾波器運算外，也可採用其它例如維納濾波器(Wiener filter)運算或直接逆轉(direct inverse)濾波器運算。
產生球差的相位元件可置於該模組的光圈附近、入瞳面、出瞳面、入瞳面附近、出瞳面附近。
從另一個角度而言，種相位物體顯微系統可以包括一物鏡組、一管鏡組、一軸對稱相位編碼，以及一光電轉換元件。物鏡組具有預定的一景深範圍，對一相位物體攝取一影像光。管鏡組接收該物鏡組輸出的該影像光，轉換成一聚集影像光。軸對稱相位編碼整合於該物鏡組內或是設置於該物鏡組與該管鏡組其間，以產生軸對稱的一球面像差。光電轉換元件接收該管鏡組輸出的該聚集影像光，以轉換得到一數位影像。
雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、120、140．．．照明光源
102．．．環狀擋板
104、126、142．．．聚光透鏡
106、128、152、200．．．相位物體
108、130、150．．．景深拓展顯微物鏡模組
110．．．相位圈
112、136、156、208．．．光電轉換元件
114、138、158、210．．．影像還原模組
122、144．．．偏極元件
124、132、148．．．稜鏡元件
134、154．．．檢偏極元件
146．．．分光元件
202．．．相位物體顯微系統
204．．．景深拓展顯微成像模組
206．．．相位/光強度轉換模組
302．．．影像光處理單元
L1．．．物鏡組
L2．．．管鏡組
L3．．．相位元件
圖1繪示依據本揭露一實施例，相位對比架構的相位物體顯微系統。
圖2繪示依據本揭露一實施例，穿透式微分干涉對比架構的相位物體顯微系統。
圖3繪示依據本揭露一實施例，反射式微分干涉對比架構的相位物體顯微系統。
圖4繪示依據本揭露一實施例，相位物體顯微系統的功能方塊示意圖。
圖5繪示依據本揭露一實施例，無外加相位元件的景深拓展顯微鏡系統示意圖。
圖6繪示依據本揭露一實施例，外加相位元件的景深拓展顯微鏡系統示意圖。
圖7繪示傳統顯微系統，未加入相位編碼元件的中心點亮度比值與離焦量的關係示意圖。
圖8繪示依據本揭露一實施例，一顯微系統加入相位編碼元件的中心點亮度比值，與離焦量的關係示意圖。
圖9A-9C繪示傳統相位物體顯微系統在焦平面以及在離焦平面模擬影像示意圖。
圖10A-10C繪示依據本揭露一實施例，景深拓展相位物體顯微系統在焦平面以及在離焦平面模擬影像示意圖。
200．．．相位物體
202．．．相位物體顯微系統
204．．．景深拓展顯微成像模組
206．．．相位/光強度轉換模組
208．．．光電轉換元件
210．．．影像還原模組

Claims (15)

  1. 一種景深拓展相位物體顯微系統，包括：一光學成像模組，其中在一物鏡組加入一軸對稱相位編碼，使產生軸對稱的一球面像差，以得到具有一預定相似程度的一點擴散函數(PSF)與一景深拓展影像；以及一相位/光強度轉換模組，使光線通過一相位物體後因光程差不同所產生的相位變化轉換成具光強度變化的一影像光，其中該軸對稱相位編碼得到該點擴散函數產生相似性至少達0.5以上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之景深拓展相位物體顯微系統，具有一景深範圍至少為該系統的繞射極限景深的兩倍以上。
  3. 如申請專利範圍第1項之景深拓展相位物體顯微系統，其中該球面像差，包含至少一第三階球差項。
  4. 如申請專利範圍第1項之景深拓展相位物體顯微系統，其中該球面像差是可由該物鏡組產生，或由外部的一光學元件所產生，該光學元件可為相位元件、軸對稱非球面鏡、繞射光學元件、折射率漸變元件或全球面鏡之光學系統。
  5. 如申請專利範圍第1項之景深拓展相位物體顯微系統，其中該相位/光強度轉換模組為一穿透式微分干涉對比(DIC)模組，包括：一照明光源，提供一照明光； 一偏極元件，將該照明光轉換為一線極化光；一第一稜鏡元件，將該線極化光分離為互相正交的兩個極化光；一聚光鏡片，將該兩個極化光聚集到該相位物體，以產生該影像光；一第二稜鏡元件，使該兩個極化光組合成一單一光束；以及一檢偏極元件，接收該單一光束，使該兩個極化光轉為線性極化光。
  6. 如申請專利範圍第1項之景深拓展相位物體顯微系統，其中該相位/光強度轉換模組為一反射式微分干涉對比(DIC)模組，包括：一照明光源，提供一照明光；一聚光鏡片，將該照明光聚集；一偏極元件，使通過聚光鏡片的該照明光轉換為一線極化光；一個分光鏡，使該線性極化光產生反射，往該相位物體行進；一稜鏡元件，使該線極化光在第一次通過該稜鏡元件時分離為互相正交的兩個極化光，其中該兩個極化光行經過該物鏡組與該軸對稱相位編碼，由該相位物體反射後具有對應的一相位差，且再次通過該物鏡組、該軸對稱相位編碼與該稜鏡元件，該稜鏡元件使該兩個極化光會重新組合稱一單一光束；以及 一檢偏極元件，使正交極化的兩個極化光轉為線性極化光。
  7. 如申請專利範圍第1項之景深拓展相位物體顯微系統，其中該相位/光強度轉換模組為一相位對比模組，包括：一照明光源，提供一照明光；一聚光元件，將該照明光聚集；一環狀擋板，用以對該照明光產生一環狀光線，其中該環狀光線有一第一部分光束通過該相位物體，以及一第二部分光束沒有通過該相位物體；以及一相位圈，使該第一部分光束與該第二部分光束產生相位差而產生破壞干涉。
  8. 一種景深拓展相位物體顯微系統，包括：一光學成像模組，其中在一物鏡組加入一軸對稱相位編碼，使產生軸對稱的一球面像差，以得到一預定相似程度的一點擴散函數(PSF)與一景深拓展影像；一相位/光強度轉換模組，使光線通過相位物體後因光程差不同所產生的相位變化轉換成具光強度變化的一影像光；一光電轉換元件，接收該影像光，以轉換得到一數位影像；以及一影像還原模組，連接到該光電轉換元件，將該數位影像還原成一更清晰影像，其中該軸對稱相位編碼得到該點擴散函數產生相似性 至少達0.5以上。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之景深拓展相位物體顯微系統，具有一景深範圍至少為該系統的繞射極限景深的兩倍以上。
  10. 如申請專利範圍第8項之景深拓展相位物體顯微系統，其中該球面像差，包含至少一第三階球差項。
  11. 如申請專利範圍第8項之景深拓展相位物體顯微系統，其中該球面像差可由該物鏡組產生，或由外部的一光學元件所產生，該光學元件可為相位元件、軸對稱非球面鏡、繞射光學元件、折射率漸變元件或全球面鏡之光學系統。
  12. 如申請專利範圍第8項之景深拓展相位物體顯微系統，其中該影像還原模組包括最小均方差濾波器、維納濾波器、或直接逆轉濾波器。
  13. 如申請專利範圍第8項之景深拓展相位物體顯微系統，其中該相位/光強度轉換模組為一穿透式微分干涉對比(DIC)模組，包括：一照明光源，提供一照明光；一偏極元件，將該照明光轉換為一線極化光；一第一稜鏡元件，將該線極化光分離為互相正交的兩個極化光；一聚光鏡片，將該兩個極化光聚集到該相位物體，以產生該影像光；一第二稜鏡元件，使該兩個極化光組合成一單一光束；以及 一檢偏極元件，接收該單一光束，使該兩個極化光轉為線性極化光。
  14. 如申請專利範圍第8項之景深拓展相位物體顯微系統，其中該相位/光強度轉換模組為一反射式微分干涉對比(DIC)模組，包括：一照明光源，提供一照明光；一聚光鏡片，將該照明光聚集；一偏極元件，使通過聚光鏡片的該照明光轉換為一線極化光；一個分光鏡，使該線性極化光產生反射，往該相位物體行進；一稜鏡元件，使該線極化光在第一次通過該稜鏡元件時分離為互相正交的兩個極化光，其中該兩個極化光行經過該物鏡組與該軸對稱相位編碼，由該相位物體反射後具有對應的一相位差，且再次通過該物鏡組、該軸對稱相位編碼與該稜鏡元件，該稜鏡元件使該兩個極化光會重新組合稱一單一光束；以及一檢偏極元件，使正交極化的兩個極化光轉為線性極化光，以進入該光電轉換元件。
  15. 如申請專利範圍第8項之景深拓展相位物體顯微系統，其中該相位/光強度轉換模組為一相位對比模組，包括：一照明光源，提供一照明光；一聚光元件，將該照明光聚集； 一環狀擋板，用以對該照明光產生一環狀光線，其中該環狀光線有一第一部分光束通過該相位物體，以及一第二部分光束沒有通過該相位物體；以及一相位圈，使該第一部分光束與該第二部分光束產生相位差而產生破壞干涉，以進入該光電轉換元件。
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