成像系统、制备方法及取像装置

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，特别是涉及一种成像系统、制备方法及取像装置。

背景技术

为了实现生物等弱强度的透明样品的光学观察，样品的相位因子起到了关键作用。在显微领域，主流的有传统相衬显微镜，霍夫曼相差显微镜，微分干涉显微镜等来凸显样品的相位信息，以方便弱衬度样品的观测。

然而，上述几类显微镜成像效果有限，为了在一套成像系统中同时实现边缘增强的成像效果和浮雕成像效果，frey A.Davis等人于2000年提出了一种基于4f系统的螺旋相衬成像系统。该系统是利用一对共焦的透镜，在成像光路中使用带有螺旋相位的空间光调制器进行滤波，从而最终在成像面实现边界凸显或者浮雕像的成像效果。

但是，上述基于4f系统的螺旋相衬成像系统的成像分辨率不高，且存在一定的光学畸变，还需要对原有的成像光路进行调整。

发明内容

基于此，本发明旨在提供一种改进的成像系统与取像装置，以解决上述问题中的至少之一。

第一方面，本申请提供一种成像系统，所述成像系统沿着光轴由物侧至像侧依序包括：光源，被配置为提供照射至样品的光线；成像透镜组，被配置为接收经样品出射的光线以对样品进行至少一次成像；以及，相位调制单元，被配置为对经所述成像透镜组出射的光线进行调制以于所述成像系统的成像面形成期望的样品图像；

其中，所述相位调制单元所在的平面与所述光源所在的平面为一对共轭面；并且，至少所述相位调制单元所在的平面与所述成像系统的成像面之间的光路未引入进行傅里叶变换的透镜或透镜组。

上述成像系统，通过在成像光路中引入相位调制单元，并且使相位调制单元所在的平面与光源所在的平面为一对共轭面，从而相比于明场观测，有利于实现更多样的成像效果，例如可以实现边界增强的成像效果以及浮雕成像效果。除此之外，由于至少在相位调制单元所在的平面与成像系统的成像面之间的光路未引入进行傅里叶变换的透镜或透镜组，从而可避免分辨率下降，提升成像品质。

在其中一个实施例中，所述光源包括平行光源或点光源。

在其中一个实施例中，所述相位调制单元与所述成像系统的成像面相邻。

在其中一个实施例中，还包括：用于容纳所述成像透镜组的第一壳体；以及，用于容纳所述相位调制单元的第二壳体；其中，所述第一壳体与所述第二壳体一体成型或可拆卸连接。

在其中一个实施例中，所述相位调制单元包括螺旋相位板。

在其中一个实施例中，还包括：第一调节机构，与所述相位调制单元连接；其中，所述第一调节机构被配置为基于用户操作在所述相位调制单元所在的平面内改变所述相位调制单元的位置，使所述相位调制单元的中心与所述光源于所述相位调制单元所在的平面的成像重合或偏离所述光源于所述相位调制单元所在的平面的成像。

在其中一个实施例中，还包括：前置透镜，位于所述光源和所述成像透镜组之间，被配置为使经所述前置透镜出射的光线会聚；以及，第二调节机构，与所述前置透镜连接；其中，所述第二调节机构被配置为基于用户操作改变所述前置透镜的位置，使所述光源发出的光线经所述前置透镜后的会聚点于所述相位调制单元所在平面的成像与所述相位调制单元的中心重合或偏离所述相位调制单元的中心。

在其中一个实施例中，还包括：滤波片，设于所述前置透镜和所述成像透镜组之间，被配置为在光线照射至样品前对经所述前置透镜出射的光线进行滤波。

在其中一个实施例中，所述成像透镜组沿着光轴由物侧至像侧依序包括：至少一个成像透镜；以及，至少一个中继透镜；其中，携带有样品信息的光线依次经所述至少一个成像透镜和所述至少一个中继透镜出射后至所述相位调制单元。

在其中一个实施例中，所述相位调制单元所在的平面与所述成像透镜组的后焦面重合。

在其中一个实施例中，所述成像系统还包括：第三调节机构，与所述相位调制单元连接，被配置为基于用户操作改变所述相位调制单元在光轴方向上的位置。

第二方面，本申请提供一种成像系统，所述成像系统沿着光轴由物侧至像侧依序包括：光源，被配置为提供照射至样品的光线；成像透镜组，被配置为接收经样品出射的光线以对样品进行至少一次成像；以及，相位调制单元，被配置为对经所述成像透镜组出射的光线进行调制以于所述成像系统的成像面形成期望的样品图像；其中，所述成像系统具有与所述光源所在的平面共轭的目标平面，所述相位调制单元所在的平面位于所述成像透镜组的后焦面与所述目标平面之间；并且，至少所述相位调制单元所在的平面与所述成像系统的成像面之间的光路未引入进行傅里叶变换的透镜或透镜组。

第三方面，本申请提供一种成像系统，所述成像系统沿着光轴由物侧至像侧依序包括：光源，被配置为提供照射至样品的光线；成像透镜组，被配置为接收经样品出射的光线以对样品进行至少一次成像；以及，相位调制单元，被配置为对经所述成像透镜组出射的光线进行调制以于所述成像系统的成像面形成期望的样品图像；其中，所述相位调制单元所在的平面与所述光源所在的平面为一对共轭面；并且，所述相位调制单元与所述成像系统的成像面相邻。

第四方面，本申请提供一种成像系统，所述成像系统沿着光轴由物侧至像侧依序包括：光源，被配置为提供照射至样品的光线；成像透镜组，被配置为接收经样品出射的光线以对样品进行至少一次成像；以及，相位调制单元，被配置为对经所述成像透镜组出射的光线进行调制以于所述成像系统的成像面形成期望的样品图像；其中，所述相位调制单元所在的平面与所述光源所在的平面为一对共轭面；并且，所述相位调制单元与所述成像系统的成像面之间设置有中间透镜组，所述中间透镜组的后焦面与所述成像系统的成像面偏离。

第五方面，本申请提供一种成像系统的制备方法，包括：提供光源、成像透镜组和相位调制单元；将所述光源、所述成像透镜组和所述相位调制单元沿所述成像透镜组的光轴依序设置；调整所述相位调制单元的位置，使所述相位调整单元所在的平面与所述光源所在的平面为一对共轭面；其中，至少所述相位调制单元所在的平面与所述成像系统的成像面之间的光路未引入进行傅里叶变换的透镜或透镜组。

在其中一个实施例中，调整后的所述相位调制单元所在的平面与所述成像透镜组的后焦面重合。

第六方面，本申请提供一种取像装置，包括如前文所述的成像系统以及感光元件，所述感光元件的感光表面与所述成像系统的成像面重合。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例的成像光路示意图；

图2为本申请一实施例的成像光路示意图；

图3为本申请一实施例的部件连接示意图；

图4为本申请一实施例调整相位调制单元进行对中和偏心的示意图；

图5为本申请一实施例的成像光路示意图；

图6为本申请一实施例调整前置透镜进行对中和偏心的示意图；

图7为本申请一实施例的成像光路示意图；

图8为本申请一实施例所成的10倍放大的显微相衬成像对比图；

图9为本申请一实施例所成的20倍放大的显微相衬成像对比图；

图10为本申请一实施例所成的40倍放大的显微相衬成像对比图。

元件标号说明：

100、成像系统，110、光源，110’、光源的像，120、成像透镜组，130、相位调制单元，131、第一位置，132、第二位置，140、第一壳体，150、第二壳体，10A、物平面，10B、成像面；

200、成像系统，210、光源，220、成像透镜组，230、相位调制单元，240、中间透镜组，241、中间透镜组的后焦面，20A、物平面，20B、成像面；

300、成像系统，310、光源，310’、光源的会聚点，310”、光源的会聚点的像，310”’、前置透镜位置改变后的光源的会聚点的像，320、前置透镜，330、成像透镜组，340、相位调制单元，341、相位调制单元的中心，30A、物平面，30B、成像面；

400、成像系统，410、光源，420、成像透镜组，421、成像透镜，422、中继透镜组，4221、第一中继透镜，4222、第二中继透镜，430、相位调制单元，40A、物平面，40B、成像面。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

在本说明书中，物体相对于光学元件所处的一侧空间称为该光学元件的物侧，对应的，物体所成的像相对于光学元件所处的一侧空间称为该光学元件的像侧。在本说明书中，“相邻”的位置关系表示在不考虑光阑的情形下，成像系统中元件与元件之间、元件与物平面之间、元件与成像面之间未设置其他元件。在本说明书中，光源可包括自身发出光线的实体，也可包括反射入射光线进而使光线照射到样品的实体(如反光镜)。

在本说明书中，相位调制单元可以包括螺旋相位板(Spiral Phase Plate，SPP)、全息光栅、包含球形透镜和柱透镜的模式转换器、空间光调制器中的一个或多个。其中，螺旋相位板也叫螺旋相位片，或涡旋光元件，或贝塞尔振幅调制螺旋相位片，可将输入的高斯光转换成圆环形能量环，也就是产生涡旋光，其结构类似于螺旋或螺旋阶梯的形状，这种螺旋的设计其目的是控制涡旋光束的相位。螺旋相位片是获得涡旋光最简单、直接、最通用的方法，它能够方便地设计涡旋光的直径和拓扑荷数，满足用户的实际需求。目前，除了可用螺旋相位板产生涡旋光束之外，还有许多方法可以产生涡旋光束，如运用全息光栅，由低阶高斯光产生涡旋光束；也可采用包含球形透镜和柱透镜的模式转换器，由高阶厄米原高斯光获得涡旋光束；还可选择空间光调制器来产生涡旋光束等。

为实现透明样品的显微立体成像，通常可使用传统相衬显微镜、霍夫曼相差显微镜、微分干涉显微镜等来凸显透明样品的相位信息，进而对透明样品进行观测。具体而言，相衬(相差)显微镜基于阿贝成像原理，利用光源中的透射环与物镜后焦面的暗场相位环，把相位信息转化为振幅信息，从而观测透明样品；霍夫曼相差显微镜，利用斜入射光源与霍夫曼灰度滤波片搭配，获得透明样品的三维形貌信息；微分干涉显微镜，利用两束微小偏移的入射光，辐照样品后，携带样品相位梯度信息，而后整合为强度信息呈现在最终图像中，因此样品有相位梯度的位置，会显得不同于平直区域的光强分布，显现出类似浮雕的效果。

然而，上述相衬显微镜的成像效果有限，例如相衬显微镜通常用于实现边缘增强的成像效果，霍夫曼相差显微镜通常用于实现浮雕的成像效果，微分干涉显微镜也通常用于实现浮雕的成像效果。除此之外，霍夫曼相差显微镜和微分干涉显微镜还对观测样品有要求，例如霍夫曼显微镜用于拍摄较厚的样品时，容易形成明暗的背景条纹，而微分干涉显微镜对双折射光路有要求，意味着样品中不能有对偏振敏感的材质。上述约束都限制了传统相衬显微镜的应用范围。

另一方面，加载螺旋相位板的4f滤波系统被大量研究，以克服传统显微镜成像效果有限的问题。然而，这类系统需使用成对的透镜，也就是说，会在成像过程中引入额外的透镜，进而导致成像分辨率下降以及光学畸变增加，较难兼顾成像品质。

至此，如何丰富相衬显微镜的成像效果同时保证相衬显微镜的成像品质，成为应当予以考虑并解决的问题。

基于上述问题，本申请提供一种成像系统，将相位调制单元放置于与光源所在的平面共轭的平面，从而可避免加入额外的进行傅里叶变换的透镜，在丰富相衬显微镜的成像效果同时可保证相衬显微镜的成像品质。

如图1所示，本申请一实施例提供一种成像系统100。成像系统100沿着光轴AX1由物侧至像侧依序包括：光源110，被配置为提供照射至样品的光线；成像透镜组120，被配置为接收经样品出射的光线以对样品进行至少一次成像；以及，相位调制单元130，被配置为对经成像透镜组120出射的光线进行调制以于成像系统的成像面得到期望的样品图像。

进一步的，相位调制单元130所在的平面与光源110所在的平面为一对共轭面；并且，至少相位调制单元130所在的平面与成像系统100的成像面10B之间的光路未引入进行傅里叶变换的透镜或透镜组。

图1示出了成像系统100的一种成像光路。在成像期间，样品位于光源110和成像透镜组120之间，其所在位置通过物平面10A示出，光源110提供照射至样品的光线，经样品出射后形成携带有样品信息的光线，携带有样品信息的光线经成像透镜组120出射后，再经相位调制单元130出射或反射，最终至成像系统100的成像面10B。

示例性的，光源110包括平行光源和点光源。示例性的，成像透镜组120包括至少一个会聚透镜。示例性的，成像透镜组120整体对光线起会聚作用，或者说成像透镜组120整体具有正光焦度。示例性的，光源110为平行光源时，相位调制单元130所在的平面与成像透镜组120的后焦面重合。

示例性的，关于共轭，当一个物体通过光学系统成像后，物点和像点是一一对应的，那么物点和和像点就是一对共轭点，对应的，物点所在的平面和像点所在的平面就是一对共轭面。从而，将光源110作为物点，那么光源110通过成像透镜组120所成的像就是光源110的像点，当光源110的像点位于相位调制单元130所在的平面时，表示相位调制单元130所在的平面与光源110所在的平面为一对共轭面。

示例性的，“相位调制单元130所在的平面与成像系统100的成像面10B之间的光路未引入进行傅里叶变换的透镜或透镜组”可表示为，该光路中没有设置透镜或透镜组，也可以表示该光路中虽然设置了透镜或透镜组，但其中的每个透镜均没有对光线进行傅里叶变换，或是透镜组整体没有对光线进行傅里叶变换。另一方面，透镜(或透镜组整体)的前后焦面上存在准确的傅里叶变换关系，从而，透镜(或透镜组整体)的后焦面可称为光路的傅里叶变换面，当透镜(或透镜组整体)的后焦面与成像面重合时，可称光路中的透镜或透镜组进行了有效的傅里叶变换。综上，“相位调制单元130所在的平面与成像系统100的成像面10B之间的光路未引入进行傅里叶变换的透镜或透镜组”可示例性地表示为以下两种情况：

(1)如图1所示，相位调制单元130与成像面10B相邻，也就是说，相位调制单元130与成像面10B之间没有额外设置其他透镜元件，此时相位调制单元130与成像面10B之间的光路必然不会引入进行傅里叶变换的透镜或透镜组；

(2)如图2所示，相位调制单元230与成像面20B之间虽然设置有中间透镜组240，但是中间透镜组240的后焦面241(即傅里叶变换面)与成像面20B偏离。

下面将从成像系统100的成像过程来阐述成像系统100实现丰富相衬显微镜的成像效果的同时保证相衬显微镜的成像品质的原理：

在近轴近似下点光源发出的球面波传递至物平面时的光场分布为：

其中R为光源110到物平面10A的在光轴AX1上的距离，x

根据菲涅尔衍射公式，可得到紧靠成像透镜组120前的光场分布E

其中，x

可以看到，E

上述成像系统100，通过在成像光路中引入相位调制单元130，并且使相位调制单元130所在的平面与光源110所在的平面为一对共轭面，从而相比于明场观测(即平面视觉效果的显微图)，有利于实现更多样的成像效果，例如可以实现边界增强的成像效果以及浮雕成像效果。除此之外，由于至少在相位调制单元130所在的平面与成像系统100的成像面10B之间的光路未引入进行傅里叶变换的透镜或透镜组，从而可避免分辨率下降，提升成像品质。

在一些实施方式中，如图3所示，成像系统100还包括用于容纳成像透镜组120的第一壳体140；以及用于容纳相位调制单元130的第二壳体150，其中，第一壳体140与第二壳体150一体成型或可拆卸连接。首先，第一壳体140和用于固定成像透镜组120，第二壳体150用于固定相位调制单元130；其次，当第一壳体140和第二壳体150一体成型时，表示成像透镜组120和相位调制单元130可设置在同一镜筒中，例如可一同设置在物镜中，从而有利于成像系统100的模块化，例如，需要时可直接用该物镜替换原本的物镜；当第一壳体140和第二壳体150可拆卸连接时，表示成像透镜组120和相位调制单元130分别固定于不同的壳体，例如成像透镜组120为物镜中的镜片组，而包含相位调制单元130的壳体则作为外部模块，接着，通过将包含相位调制单元130的壳体装配至物镜使相位调制单元130位于与光源110所在的平面共轭的平面，如此便可不用对物镜的结构进行改造，通过装配简单的外置模块即可得到成像系统100，大大降低了制备成本。

在一些实施方式中，相位调制单元包括螺旋相位板。通过控制光源于螺旋相位板所在平面的成像与螺旋相位板的中心的相对位置关系，可得到不同的相衬成像效果。示例性的，螺旋相位板的透射函数可表示为

示例性的，当光源于螺旋相位板所在平面的成像与螺旋相位板的中心重合时，可得到边缘增强的相衬显微图像；当光源于螺旋相位板所在平面的成像与螺旋相位板的中心偏离、且螺旋相位板的中心仍位于螺旋相位板所在的平面时，可得到浮雕效果的相衬显微图像。图8、图9和图10分别示出了10倍、20倍和40倍物镜观测下的相衬显微对比图像。可以看到，不同放大倍率下，当为明场观测图像时，透明样品的细节纹理并不明显；当光源成像与螺旋相位板的中心重合(即对中)时，透明样品的细节边缘得到增强；当光源成像与螺旋相位板的中心微偏心时，透明样品的细节呈现明暗分布，立体浮雕成像效果显现；当光源成像与螺旋相位板的中心偏心时，透明样品的细节具备明显的浮雕成像效果。

下面将提供三种调整光源于螺旋相位板所在平面的成像与螺旋相位板的中心的相对位置关系的方式。

第一种，如图4所示，当光源110于螺旋相位板(即相位调制单元130)所在的平面的成像110’的位置固定，可调整螺旋相位板的位置，使螺旋相位板的中心(黑色实心圆)在一第一位置131和一第二位置132之间移动，实现螺旋相位板的中心与光源的成像110’的重合或偏离。示例性的，成像系统100还包括与螺旋相位板连接的第一调节机构(图未示出)，该第一调节机构可基于用户操作调整螺旋相位板的位置。示例性的，第一调节机构可以对螺旋相位板进行二维平面内的调节，例如可以使螺旋相位板在其所在的平面内平移或旋转，例如，可以采用手动调节方式，如在固定螺旋相位板的壳体上可开设螺纹孔，通过螺丝和螺纹孔的配合来对螺旋相位板进行二维位置的调节，又例如，可以采用电动调节机构，如通过驱动马达进行二维位置的调节。

第二种，如图6所示，当螺旋相位板的中心固定于位置341，可使光源310于螺旋相位板所在的平面的成像移动，实现光源的成像与螺旋相位板的中心重合或偏离。示例性的，如图5所示，成像系统300还包括位于光源310和成像透镜组330之间的前置透镜320，前置透镜320被配置为使经前置透镜320出射的光线会聚(会聚后的光线照射至样品)，以及与前置透镜320连接的第二调节机构(图未示出)；其中，第二调节机构可基于用户操作改变前置透镜320的位置，使光源310发出的光线经前置透镜320后的会聚点310’于螺旋相位板(即相位调制单元340)所在平面的成像与螺旋相位板的中心重合或偏离螺旋相位板的中心。因此，结合图5和图6可知，当第二调节机构控制前置透镜320处于第三位置时，光源310的会聚点310’的成像为310”，此时成像310”与螺旋相位板的中心重合，当第二调节机构控制前置透镜320处于第四位置时，光源310的会聚点310’的成像为310”’，此时成像310”’与螺旋相位板的中心偏离。示例性的，第二调节机构同样可采用前述手动和电动调节方式的机构。

第三种，可以同步改变螺旋相位板的位置和前置透镜的位置，例如，可以同时具备第一调节机构和第二调节机构，从而更方便地实现光源(或光源会聚点)的成像与螺旋相位板的中心重合或偏离。

在一些实施方式中，成像系统100还包括设于前置透镜320和成像透镜组330之间的滤波片，被配置为在光线照射至样品前对经前置透镜出射的光线进行滤波，以滤除环境杂散光对成像的影响，提升成像品质。

在一些实施方式中，成像系统100还包括用于承载样品的载台，从而当样品较薄时，成像系统100的物平面10A至成像透镜组120的距离可表示为载台至成像透镜组120在光轴上的距离；当样品较厚时，则成像系统100的物平面10A至成像透镜组120的距离还需要考虑样品的厚度，例如可以用载台至成像透镜组120在光轴上的距离减去样品厚度来表示。

在一些实施方式中，如图7所示，成像透镜组420沿着光轴AX4由物侧至像侧依序包括：至少一个成像透镜421；以及至少一个中继透镜422；其中，携带有样品信息的光线依次经至少一个成像透镜421和至少一个中继透镜422出射后至相位调制单元430。示例性的，至少一个中继透镜422包括第一中继透镜4221和第二中继透镜4222。通过设置中继透镜，有利于精确定位和更好地聚焦样品，从而提高成像清晰度。如此，也有利于得到适用于倒置显微镜的物镜模组，从而方便用户对培养的活细胞的观测。

在一些实施方式中，继续参考图1，相位调制单元130所在的平面与成像透镜组120的后焦面重合。如此设置主要有两个方面的原因，一是原有显微光路中，大多采用平行光源入射，此时相位调制单元130所在的平面(即与光源所在的平面共轭的平面)和成像透镜组120的后焦面统一；二是相位调制单元130沿光轴AX方向放置的位置具有一定的容忍度，基本定位于成像透镜组120的后焦面和与光源110所在的平面共轭的平面之间。综上，采用成像透镜组120的后焦面作为相位调制单元130的放置位置，既能保证所需的成像效果，也能方便成像系统100的制备，并且上述设置适用于原有的大部分显微镜，有助于实现产业化。

在一些实施方式中，继续参考图1，成像系,100还包括第三调节机构(图未示出)，与相位调制单元130连接，被配置为基于用户操作改变相位调制单元130在光轴方向上的位置。设置第三调节机构主要有三个方面的原因，一是可适应点光源的照射形式，方便相位调制单元130所在的平面匹配点光源110的成像所在的平面；二是对于不同放大倍率的成像透镜组120，其后焦面的位置不同，通过设置第三调节机构方便相位调制单元130所在的平面匹配不同放大倍率的成像透镜组120的后焦面；三是当相位调制单元130发生位置偏移后，可通过第三调节机构对相位调制单元130的位置进行校准。示例性的，第三调节机构可以是手动调节机构(如通过丝杆或是齿轮传动调节)，也可以是电动调节机构，如通过驱动马达调节。

本申请另一实施例提供一种成像系统，成像系统沿着光轴由物侧至像侧依序包括：光源，被配置为提供照射至样品的光线；成像透镜组，被配置为接收经样品出射的光线以对样品进行至少一次成像；以及，相位调制单元，被配置为对经成像透镜组出射的光线进行调制以于成像系统的成像面形成期望的样品图像；其中，成像系统具有与光源所在的平面共轭的目标平面，相位调制单元所在的平面位于成像透镜组的后焦面与目标平面之间；并且，至少相位调制单元所在的平面与成像系统的成像面之间的光路未引入进行傅里叶变换的透镜或透镜组。

上述成像系统，考虑到相位调制单元在光线传播方向放置的位置具有一定的容忍度，因此可将相位调制单元基本定位于成像透镜组的后焦面与目标平面之间，此时相比于明场观测，仍旧可实现更多样的成像效果，例如可以实现边界增强的成像效果以及浮雕成像效果。除此之外，由于至少在相位调制单元所在的平面与成像系统的成像面之间的光路未引入进行傅里叶变换的透镜或透镜组，从而可避免分辨率下降，提升成像品质。

如图1所示，本申请又一实施例提供一种成像系统100，成像系统100沿着光轴AX1由物侧至像侧依序包括：光源110，被配置为提供照射至样品的光线；成像透镜组120，被配置为接收经样品出射的光线以对样品进行至少一次成像；以及，相位调制单元130，被配置为对经成像透镜组120出射的光线进行调制以于成像系统100的成像面10B形成期望的样品图像；其中，相位调制单元130所在的平面与光源110所在的平面为一对共轭面；并且，相位调制单元130与成像系统的成像面10B相邻。

上述成像系统100，通过在成像光路中引入相位调制单元130，并且使相位调制单元130所在的平面与光源110所在的平面为一对共轭面，从而相比于明场观测，有利于实现更多样的成像效果，例如可以实现边界增强的成像效果以及浮雕成像效果。除此之外，由于至少在相位调制单元130所在的平面与成像系统100的成像面10B之间的光路未引入进行傅里叶变换的透镜或透镜组，从而可避免分辨率下降，提升成像品质。

如图2所示，本申请又一实施例提供一种成像系统200，成像系统200沿着光轴AX2由物侧至像侧依序包括：光源210，被配置为提供照射至样品的光线；成像透镜组220，被配置为接收经样品出射的光线以对样品进行至少一次成像；以及，相位调制单元230，被配置为对经成像透镜组220出射的光线进行调制以于成像系统200的成像面20B形成期望的样品图像；其中，相位调制单元230所在的平面与光源210所在的平面为一对共轭面；并且，相位调制单元230与成像系统200的成像面20B之间设置有中间透镜组240，中间透镜组240的后焦面与成像系统200的成像面20B偏离。

上述成像系统200，通过在成像光路中引入相位调制单元230，并且使相位调制单元230所在的平面与光源210所在的平面为一对共轭面，从而相比于明场观测，有利于实现更多样的成像效果，例如可以实现边界增强的成像效果以及浮雕成像效果。除此之外，由于至少在相位调制单元230所在的平面与成像系统200的成像面20B之间的光路未引入进行傅里叶变换的透镜或透镜组，从而可避免分辨率下降，提升成像品质。

本申请又一实施例提供一种成像系统的制备方法，包括：

S100、提供光源、成像透镜组和相位调制单元；

S200、将光源、成像透镜组和相位调制单元沿成像透镜组的光轴依序设置；

S300、调整相位调制单元的位置，使相位调整单元所在的平面与光源所在的平面为一对共轭面；其中，至少相位调制单元所在的平面与成像系统的成像面之间的光路未引入进行傅里叶变换的透镜或透镜组。

上述成像系统的制备方法，通过依序排布光源、成像透镜组和相位调制单元，并将相位调制单元调整至与光源所在的平面共轭的平面，从而得到有利于实现更多样的成像效果的成像系统。除此之外，由于至少在相位调制单元所在的平面与成像系统的成像面之间的光路未引入进行傅里叶变换的透镜或透镜组，从而可避免分辨率下降，提升成像品质。

在一些实施方式中，调整后的相位调制单元所在的平面与成像透镜组的后焦面重合。如此，既能保证所需的成像效果，也能方便成像系统的制备。

本申请又一实施例提供一种取像装置，该取像装置包括前文各实施例所述的成像系统以及感光元件，感光元件的感光表面与成像系统的成像面重合。具体的，感光元件可以采用互补金属氧化物半导体(CMOS，Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器或者电荷耦合元件(CCD，Charge-coupled Device)图像传感器。

上述取像装置，通过调整相位调制单元与光源成像的相对位置关系，可拍摄得到不同成像效果的相衬显微图像，例如边缘增强的相衬显微图像和浮雕效果的相衬显微图像，同时，拍摄得到的相衬显微图像具备较高的成像品质。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。