一種對比度值可調(diào)控的散斑產(chǎn)生裝置及其產(chǎn)生方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種激光散斑產(chǎn)生裝置和方法，具體的說涉及一種對比度值可調(diào)控的 散斑產(chǎn)生裝置和方法，屬于光學(xué)測試與顯微應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光散斑是指當(dāng)激光照射在粗糙物體表面上時(shí)，漫反射光在反射空間相互干涉后 形成的明暗相間的斑點(diǎn)。散斑攜帶了被測物體信息，通過對散斑場的分析可以得到被測物 體的變化信息。
[0003] 在散斑照明顯微成像技術(shù)中，照明散斑光場的對比度是一個(gè)重要的參數(shù)；散斑場 對比度軸向變化可以用來獲得更好的光學(xué)切片，而通過降低散斑場對比度可以減少投影散 斑數(shù)量，獲得平滑的圖像、提高圖像的采集率。在散斑理論中，散斑圖的對比度屬于散斑場 的二階統(tǒng)計(jì)特性。應(yīng)用于散斑照明顯微成像技術(shù)的散斑場大部分為瑞利統(tǒng)計(jì)散斑，這種散 斑場的對比度值為1 (實(shí)際實(shí)驗(yàn)中略有差異）；其方法是利用表面粗糙度超出一個(gè)波長的粗 糙物體產(chǎn)生，由此引起大于2 的相變。而要獲得對比度值小于1的散斑圖，需要利用表面 粗糙度小于一個(gè)波長的弱散射屏來產(chǎn)生。
[0004] 產(chǎn)生對比度值小于1和大于1的非瑞利統(tǒng)計(jì)散斑場、并且實(shí)現(xiàn)對比度值可調(diào)控性 的散斑是散斑照明顯微成像技術(shù)面臨的一個(gè)技術(shù)難題。經(jīng)文獻(xiàn)檢索，發(fā)明專利"一種基于散 斑對比度的OCT圖像分析方法"（公開號為CN102783938A，公開日為2012. 11. 21)，其采用 的散斑為瑞利散射，其對比度值為1 ;但其沒有考慮散斑對比度值不同而引起的變化；發(fā)明 專利"激光散斑成像系統(tǒng)和方法"（授權(quán)號為ZL200880101886. 1，授權(quán)日為2013. 12. 04)，利 用散斑圖對比度對生物組織的特性進(jìn)行了測試分析，但其沒有涉及生成對比度可調(diào)控散斑 場的內(nèi)容。
[0005] 分析可知，在散斑照明顯微技術(shù)中，尚缺少對比度值可調(diào)控的散斑產(chǎn)生裝置及方 法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種對比度值可調(diào)控的散斑產(chǎn)生裝置及其產(chǎn) 生方法，具有裝置簡單、可在線調(diào)控的優(yōu)點(diǎn)。
[0007] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種對比度值可調(diào)控的散斑產(chǎn)生裝置，包括一連續(xù)波 激光器，在該連續(xù)波激光器的光束前進(jìn)方向上依次設(shè)有光束縮放器、起偏器、光闌、空間光 調(diào)制器、檢偏器、傅里葉透鏡、C⑶相機(jī)，經(jīng)空間光調(diào)制器后產(chǎn)生的散斑場信息經(jīng)CXD相機(jī)成 像后，存儲進(jìn)計(jì)算機(jī)； 所述的空間光調(diào)制器和CCD相機(jī)分別與計(jì)算機(jī)相連，所述的空間光調(diào)制器上的圖像由 計(jì)算機(jī)寫入；所述的光束縮放器用于控制照射在空間光調(diào)制器上的激光束束腰尺寸；所述 的空間光調(diào)制器位于傅里葉透鏡的前焦平面上，所述的CCD相機(jī)位于傅里葉透鏡的后焦平 面上。
[0008] -種對比度值可調(diào)控的散斑產(chǎn)生方法，具體步驟如下： 步驟一、利用計(jì)算機(jī)生成在區(qū)間[0 1]內(nèi)均勻分布的隨機(jī)矩陣Λ得到其對應(yīng)的隨機(jī)相 位分布矩陣：exp(其中，J為虛數(shù)單位； 步驟二、對相位分布矩陣expi * 2/T *尸j進(jìn)行傅里葉變換，得到符合瑞利統(tǒng)計(jì)的散斑 場復(fù)振幅分布
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種對比度值可調(diào)控的散斑產(chǎn)生裝置，其特征在于：包括一連續(xù)波激光器，在該連 續(xù)波激光器的光束前進(jìn)方向上依次設(shè)有光束縮放器、起偏器、光闌、空間光調(diào)制器、檢偏器、 傅里葉透鏡、C⑶相機(jī)，經(jīng)空間光調(diào)制器后產(chǎn)生的散斑場信息經(jīng)C⑶相機(jī)成像后，存儲進(jìn)計(jì) 算機(jī)； 所述的空間光調(diào)制器和CCD相機(jī)分別與計(jì)算機(jī)相連，所述的空間光調(diào)制器上的圖像由 計(jì)算機(jī)寫入；所述的光束縮放器用于控制照射在空間光調(diào)制器上的激光束束腰尺寸；所述 的空間光調(diào)制器位于傅里葉透鏡的前焦平面上，所述的CCD相機(jī)位于傅里葉透鏡的后焦平 面上。
2. -種對比度值可調(diào)控的散斑產(chǎn)生方法，其特征在于：步驟如下： 步驟一、利用計(jì)算機(jī)生成在區(qū)間[〇 1]內(nèi)均勻分布的隨機(jī)矩陣Λ得到其對應(yīng)的隨機(jī)相 位分布矩陣：exp I/ * 2;r * F j,其中，j為虛數(shù)單位； 步驟二、對相位分布矩陣進(jìn)行傅里葉變換，得到符合瑞利統(tǒng)計(jì)的散斑 場復(fù)振幅分布，= /;7;T[ex：pU'*2;r*J3I=I,其中/77?示傅里葉變換； 步驟三、利用非線性變換對瑞利散斑的光強(qiáng)B I2進(jìn)行重新分布，使其傅里葉頻譜面 I Rayi 的復(fù)振幅分布變?yōu)? ;以空間光調(diào)制器平面作為輸入平面，夫瑯禾 費(fèi)衍射平面為目標(biāo)平面；輸入平面的光束為高斯光束，其復(fù)振幅分布為.<,=以p| f ，巨標(biāo)平面的復(fù)振幅為，-.? = -exji(-IziTffiwI ); 步驟四、為在實(shí)際光路中實(shí)現(xiàn)目標(biāo)平面的光強(qiáng)分布，利用Gershberg-Saxton (G-S)迭 代算法，生成寫入空間光調(diào)制器的衍射光學(xué)元件（DOE)的相位圖P1 ;G-S算法具體計(jì)算過 程為：由于輸入平面與目標(biāo)平面是傅里葉變換關(guān)系，在輸入平面和目標(biāo)平面間不斷利用傅 里葉變換和傅里葉逆變換進(jìn)行迭代計(jì)算；每個(gè)迭代過程中，在輸入平面和目標(biāo)平面其相位 利用變換后的相位，振幅分別用輸入平面振幅 和目標(biāo)平面振幅兒替換；經(jīng)過次迭代運(yùn)算后得到DOE的相位圖P1 ; 步驟五、利用計(jì)算機(jī)將相位圖尸i輸入空間光調(diào)制器； 步驟六、打開連續(xù)波激光器，出射激光束依次經(jīng)過光束縮放器、起偏器、光闌后照射在 空間光調(diào)制器顯示屏的正中心位置； 步驟七、經(jīng)過空間光調(diào)制器出射的散斑光束經(jīng)檢偏器、傅里葉透鏡后，進(jìn)入CXD相機(jī)成 像，所成圖像廟儲進(jìn)計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析； 步驟八、所述的空間光調(diào)制器置于傅里葉透鏡前焦平面上，所述的CCD相機(jī)置于傅里 葉透鏡的后焦平面上； 步驟九、利用圖像對比度定義公式?· = 計(jì)算出目標(biāo)平面散斑圖/的對 比度值，其中H表示光強(qiáng)圖的系綜平均； 步驟十、目標(biāo)平面散斑場對比度值c%入射在空間光調(diào)制器上的束腰ΤΦ'〇 存在如下關(guān)系，+ ,其中，束腰Η.?〇的單位為毫米，調(diào) 節(jié)光束縮放器，改變照射在空間光調(diào)制器上的激光束的束腰14?尺寸，得到對比度值濃 0. 7~2. 0之間自由調(diào)控的的散斑場。
【專利摘要】一種對比度值可調(diào)控的散斑產(chǎn)生裝置及其產(chǎn)生方法，包括一連續(xù)波激光器，在該連續(xù)波激光器的光束前進(jìn)方向上依次設(shè)有光束縮放器、起偏器、光闌、空間光調(diào)制器、檢偏器、傅里葉透鏡、CCD相機(jī)，經(jīng)空間光調(diào)制器后產(chǎn)生的散斑場信息經(jīng)CCD相機(jī)成像后，存儲進(jìn)計(jì)算機(jī)；所述的空間光調(diào)制器和CCD相機(jī)分別與計(jì)算機(jī)相連，所述的空間光調(diào)制器上的圖像由計(jì)算機(jī)寫入；所述的光束縮放器用于控制照射在空間光調(diào)制器上的激光束束腰尺寸；所述的空間光調(diào)制器位于傅里葉透鏡的前焦平面上，所述的CCD相機(jī)位于傅里葉透鏡的后焦平面上。并且具有原理簡潔、裝置簡單、可在線調(diào)控的優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于激光散斑照明顯微技術(shù)和散斑對比度值測試技術(shù)等領(lǐng)域。
【IPC分類】G01B11-30
【公開號】CN104634285
【申請?zhí)枴緾N201510090258
【發(fā)明人】李新忠, 臺玉萍, 王曉飛, 王輝, 李海生, 張利平, 甄志強(qiáng), 李賀賀
【申請人】河南科技大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年2月28日