器I發(fā)出的激光通過光纖親合進(jìn)入光纖分路器16，分成兩路后再分別通過光纖親合輸出，該兩個光纖親合輸出的光纖頭分別位于第一聚光鏡4和第二聚光鏡17的焦點(diǎn)位置，在分成的兩路中，一路經(jīng)過第一平面鏡10反射進(jìn)入第二分束鏡11后，再依次經(jīng)過鏡筒透鏡12和顯微物鏡13后變成平行光照射待測樣品14，然后被待測樣品14反射的光經(jīng)過顯微物鏡13和鏡筒透鏡12以及第二分束鏡11后垂直照射相機(jī)15的成像平面，這一路稱為物光光路；另外一路經(jīng)過第二衰減片7衰減光強(qiáng)，依次被第四平面鏡8和第五平面鏡9反射后，再通過第二分束鏡11傾斜照射相機(jī)15的成像平面，這一路參考光與物光干涉，形成的干涉圖由相機(jī)15記錄下來。
[0013]所述的聚光鏡針孔光闌3分別放置在集光鏡2的后焦面位置，同時也是第一聚光鏡4的前焦面位置，這樣保證了入射的激光經(jīng)過針孔濾波后出射的是平行光。所述的第一衰減片18和第二衰減片7使用一片中性衰減片或由多片中性衰減片組成，或者由兩片線偏振片組成，其作用是衰減參考光光強(qiáng)，使其與物光光強(qiáng)匹配，以提高干涉條紋的對比度。所有平面鏡的傾斜角度可自由調(diào)整，其最后傾斜角使反射的參考光與物光成3-8°的夾角，以實(shí)現(xiàn)離軸干涉。
[0014]本發(fā)明基于遠(yuǎn)心光學(xué)結(jié)構(gòu)的反射式數(shù)字全息顯微成像裝置的核心在于待測樣品14、顯微物鏡13、鏡筒透鏡12與相機(jī)15構(gòu)成了遠(yuǎn)心光學(xué)結(jié)構(gòu)。其中待測樣品14位于顯微物鏡13的前焦面位置，同時顯微物鏡13的后焦面與鏡筒透鏡12的前焦面重合，此外相機(jī)15位于鏡筒透鏡12的后焦面位置。這樣保證了平行光照射待測樣品14的同時從鏡筒透鏡12出射的物光仍然是平行光，由于參考光也是平行光，所以物光和參考光這兩束平行光在相機(jī)成像平面上干涉形成干涉圖，從而可避免傳統(tǒng)數(shù)字全息顯微成像裝置中的像差，大大提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確度，而且無需其他復(fù)雜的物理或計算像差補(bǔ)償過程，提高了成像的速度，降低了后期計算處理的復(fù)雜度。
[0015]利用本發(fā)明基于遠(yuǎn)心光學(xué)結(jié)構(gòu)的反射式數(shù)字全息顯微成像裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與重建的過程如下:
[0016]第一步:利用相機(jī)15采集一幅干涉圖圖像I ;
[0017]第二步:利用傅立葉變換求出干涉圖的頻譜F ;
[0018]第三步:選取頻譜F中的+1級譜，濾除其余頻譜；
[0019]第四步:找出+1級譜中能量最大值位置作為+1級譜的中心，然后將+1級譜平移到整幅頻譜的中央，使+1級譜的中心與整幅頻譜的中心重合。
[0020]第五步:對頻譜做傅立葉逆變換，求出物體的光強(qiáng)分布和相位分布。
[0021]通過上述步驟可以看出，本發(fā)明采用了遠(yuǎn)心光學(xué)結(jié)構(gòu)，使物光和參考光這兩束平行光在相機(jī)成像平面上干涉形成干涉圖，從而可避免傳統(tǒng)數(shù)字全息顯微成像裝置中的像差，大大提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確度，而且無需其他復(fù)雜的物理或計算像差補(bǔ)償過程，降低了后期計算處理的復(fù)雜度。
[0022]為了測試基于遠(yuǎn)心光學(xué)結(jié)構(gòu)的反射式數(shù)字全息顯微成像裝置的有效性，選取MEMS表面微結(jié)構(gòu)樣品進(jìn)行數(shù)字全息顯微成像。圖2 (a)是數(shù)字全息顯微鏡拍攝到的原始干涉圖；圖2(b)是原始干涉圖2(a)經(jīng)過傅立葉變換的頻譜，圖中用小框框出的是+1級譜；圖2(c)是+1級譜平移到頻譜中央后的結(jié)果，即物體的原始頻譜；圖2((1)是利用傅立葉逆變換求出的物體的光強(qiáng)分布圖；圖2(e)是利用傅立葉逆變換求出的物體的相位分布圖。從圖2(d)和圖2(e)中可以看出在沒有經(jīng)過任何復(fù)雜的畸變校正過程的前提下，物體的光強(qiáng)和相位信息得到了精確的恢復(fù)，證明使用本發(fā)明裝置能夠有效避免非球面波干涉帶來的像差，大大提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于遠(yuǎn)心光學(xué)結(jié)構(gòu)的反射式數(shù)字全息顯微成像裝置，其特征在于包括激光器(I)、集光鏡(2)、聚光鏡針孔光闌(3)、第一聚光鏡(4)、第一平面鏡(10)、第二分束鏡(11)、鏡筒透鏡(12)、顯微物鏡(13)、相機(jī)(15)、第一衰減片(18)與第二平面鏡(19)，所述的聚光鏡針孔光闌(3)放置在集光鏡(2)的后焦面位置，同時也是第一聚光鏡(4)的前焦面位置；其中激光器(I)發(fā)出的激光經(jīng)過集光鏡(2)匯聚到聚光鏡針孔光闌(3)，光通過聚光鏡針孔光闌(3)發(fā)散后又被第一聚光鏡(4)收集變成平行光，再經(jīng)過第一平面鏡(10)反射被第二分束鏡(11)分成兩路:其中一路經(jīng)過鏡筒透鏡(12)和顯微物鏡(13)后再次變成平行光照射待測樣品(14)，然后被待測樣品(14)反射的光經(jīng)過顯微物鏡(13)和鏡筒透鏡(12)以及第二分束鏡(11)后垂直照射相機(jī)的成像平面(15)，這一路稱為物光光路；另外一路經(jīng)過第一衰減片(18)衰減光強(qiáng)，被第二平面鏡(19)反射，再通過第一衰減片(18)被衰減，最后通過第二分束鏡(11)后傾斜照射相機(jī)(15)的成像平面，這一路參考光與物光干涉，形成的干涉圖由相機(jī)(15)記錄下來。2.—種基于遠(yuǎn)心光學(xué)結(jié)構(gòu)的反射式數(shù)字全息顯微成像裝置，其特征在于包括激光器(I)、集光鏡(2)、聚光鏡針孔光闌(3)、第一聚光鏡(4)、第一分束鏡(5)、第三平面鏡(6)、第二衰減片(7)、第四平面鏡⑶、第五平面鏡(9)、第一平面鏡(10)、第二分束鏡(11)、鏡筒透鏡(12)、顯微物鏡(13)、相機(jī)(15)，所述的聚光鏡針孔光闌(3)放置在集光鏡(2)的后焦面位置，同時也是第一聚光鏡(4)的前焦面位置；其中激光器(I)發(fā)出的激光經(jīng)過集光鏡(2)匯聚到聚光鏡針孔光闌(3)，光通過聚光鏡針孔光闌(3)發(fā)散后又被第一聚光鏡(4)收集變成平行光，再被第一分束鏡(5)分成兩路:其中一路經(jīng)過第一平面鏡(10)反射后經(jīng)過第二分束鏡(11)，再經(jīng)過鏡筒透鏡(12)和顯微物鏡(13)后變成平行光照射待測樣品(14)，然后被待測樣品(14)反射的光經(jīng)過顯微物鏡(13)和鏡筒透鏡(12)以及第二分束鏡(11)后垂直照射相機(jī)(15)的成像平面，這一路稱為物光光路；另外一路經(jīng)過第三平面鏡(6)反射后經(jīng)過第七衰減片(7)衰減光強(qiáng)，依次被第四平面鏡(8)和第五平面鏡(9)反射后，通過第二分束鏡(11)后傾斜照射相機(jī)(15)的成像平面，這一路參考光與物光干涉，形成的干涉圖由相機(jī)(15)記錄下來。3.—種基于遠(yuǎn)心光學(xué)結(jié)構(gòu)的反射式數(shù)字全息顯微成像裝置，其特征在于包括激光器(I)、光纖分路器(16)、第一聚光鏡⑷、第二聚光鏡(17)、第二衰減片(7)、第四平面鏡⑶、第五平面鏡(9)、第一平面鏡(10)、第二分束鏡(11)、鏡筒透鏡(12)、顯微物鏡(13)、相機(jī)(15)，其中激光器(I)發(fā)出的激光通過光纖耦合進(jìn)入光纖分路器(16)，分成兩路后再分別通過光纖親合輸出，該兩個光纖親合輸出的光纖頭分別位于第一聚光鏡(4)和第二聚光鏡(17)的焦點(diǎn)位置，在分成的兩路中，一路經(jīng)過第一平面鏡(10)反射進(jìn)入第二分束鏡(11)后，再依次經(jīng)過鏡筒透鏡(12)和顯微物鏡(13)后變成平行光照射待測樣品(14)，然后被待測樣品(14)反射的光經(jīng)過顯微物鏡(13)和鏡筒透鏡(12)以及第二分束鏡(11)后垂直照射相機(jī)(15)的成像平面，這一路稱為物光光路；另外一路經(jīng)過第二衰減片(7)衰減光強(qiáng)，依次被第四平面鏡(8)和第五平面鏡(9)反射后，再通過第二分束鏡(11)傾斜照射相機(jī)(15)的成像平面，這一路參考光與物光干涉，形成的干涉圖由相機(jī)(15)記錄下來。4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的基于遠(yuǎn)心光學(xué)結(jié)構(gòu)的反射式數(shù)字全息顯微成像裝置，其特征在于第一衰減片(18)和第二衰減片(7)使用一片中性衰減片或由多片中性衰減片組成，或者由兩片線偏振片組成。5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的基于遠(yuǎn)心光學(xué)結(jié)構(gòu)的反射式數(shù)字全息顯微成像裝置，其特征在于所有平面鏡的傾斜角度可自由調(diào)整，其最后傾斜角使反射的參考光與物光成3-8°的夾角，以實(shí)現(xiàn)離軸干涉。6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的基于遠(yuǎn)心光學(xué)結(jié)構(gòu)的反射式數(shù)字全息顯微成像裝置，其特征在于待測樣品(14)、顯微物鏡(13)、鏡筒透鏡(12)與相機(jī)(15)構(gòu)成了遠(yuǎn)心光學(xué)結(jié)構(gòu)，其中待測樣品(14)位于顯微物鏡(13)的前焦面位置，同時顯微物鏡(13)的后焦面與鏡筒透鏡(12)的前焦面重合，所述相機(jī)(15)位于鏡筒透鏡(12)的后焦面位置。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于遠(yuǎn)心光學(xué)結(jié)構(gòu)的反射式數(shù)字全息顯微成像裝置，采用了遠(yuǎn)心光學(xué)結(jié)構(gòu)，使物光和參考光這兩束平行光在相機(jī)成像平面上干涉形成干涉圖，從而可避免傳統(tǒng)數(shù)字全息顯微成像裝置中的像差，大大提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確度，而且無需其他復(fù)雜的物理或計算像差補(bǔ)償過程，降低了后期計算處理的復(fù)雜度。
【IPC分類】G03H1/04, G03H1/00
【公開號】CN105159043
【申請?zhí)枴緾N201510631883
【發(fā)明人】陳錢, 孫佳嵩, 左超, 馮世杰, 顧國華, 張玉珍, 胡巖, 張良, 陶天陽, 李加基, 張佳琳, 孔富城, 林飛, 張敏亮, 范瑤
【申請人】南京理工大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年9月29日...