[發明專利]基于雙波長數字全息技術的反射式顯微成像裝置

在審

• 申請號: 201510631957.0
• 申請日: 2015-09-29
• 公開（公告）號: CN105159044A
• 公開（公告）日: 2015-12-16
• 發明（設計）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（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G03H1/04
• 分類號: G03H1/04
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛

技術領域

本發明屬于光學測量、成像技術，特別是一種基于雙波長數字全息技術的反射式顯微成像裝置。

背景技術

隨著半導體器件、微光學元件、微光機電系統等微結構元件的廣泛應用,需要一種具有高分辨率、高精度、非接觸、無損快捷等特性的測量手段對其進行深入檢測,如物體三維形貌、表面缺陷、裂縫、面形誤差等方面。在物體表面形貌測量中，數字全息顯微術具有非接觸、無損傷、高分辨率以及處理迅速等優點尤其是隨著半導體和微電子技術的發展，CCD和CMOS性能的不斷提高，以及計算機技術的發展，數字全息顯微術受到越來越多的關注，應用前景也越來越廣泛。

但由于數字全息術采用的是反正切函數來計算物體的相位分布，故受函數周期性以及主值區間的限制，當光通過物體后產生的最大光程差大于所用記錄光波波長時，計算獲得的物體相位分布都是包裹在之間的，稱為包裹圖像，所以還需要進行相位解包裹來恢復被測物體的實際相位分布。但是當前的相位解包裹算法大多存在一定的問題，尚未尋找到一種誤差較小且廣泛適用的算法，這使得物體表面形貌的測量具有一定難度，尤其是對于一些結構復雜或者表面梯度較大的物體。如果使用的記錄波長大于最大光程差，就可以直接展開相位，不再需要解包裹處理。但這只適用于少數情況，大多數測量中并不存在如此長波長的激光器。隨著數字全息研究熱點的高漲，國外各高校和研究機構對相位解包裹的理論和方法做了很多的研究工作。二維相位解包裹的研究始于20世紀70年代末，90年代后,由于二維圖像處理的需要,二維相位解包裹技術得到迅速發展。二維相位去包裹可以通過Takeda提出的行列逐點算法來實現，它是最早的二維相位去包裹算法，這一算法是根據相位解包裹的原始意圖得到的，即通過逐點積分實現的。但行列逐點算法只能對理想無誤差的圖像正確快速地去包裹，對實際測量獲得的包裹圖處理時會產生嚴重的失真現象。為此，國內外經過大量的研究，提出了針對各種情況的二維相位解包裹算法，迄今為止算法的種類已經不下40種。比如2006年西北工業大學的王軍等人提出了相位圖去包裹的一種新的綜合方法([1]王軍,趙建林,范琦等.相位圖去包裹的一種新的綜合方法.中國激光.2006,33(6):795-799)。建立了一個消除局部不連續點的模型，可有效地消除包裹相位圖中的不連續點。國防科大的雷志輝等人提出一種基于雙頻投影條紋的全自動相位解包裹方法([2]雷志輝,李健兵.基于雙頻投影條紋的全自動相位解包裹方法.光學學報.2006,26(1):39-42)，推導了利用該雙頻條紋的相位主值獲取真實相位場的公式。在利用公式進行解包裹時，各點的相位求取都是單獨進行的，因此不會出現誤差傳遞的現象，同時求解的相位場保持了相移法求解的相位精度。但是這些方法在相位精確解包裹的同時，大多算法復雜，計算量大。如何實現精度又高速度又快的相位解包裹成為了數字全息顯微成像中一項技術難題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于雙波長數字全息技術的反射式顯微成像裝置，以實現數字全息顯微成像中的快速相位解包裹。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于雙波長數字全息技術的反射式顯微成像裝置，包括第一激光器、第二激光器、集光鏡、聚光鏡針孔光闌、聚光鏡、第一平面鏡、第二分束鏡、鏡筒透鏡、顯微物鏡、相機、第六平面鏡、第一衰減片與第二平面鏡、第三分束鏡，所述的聚光鏡針孔光闌放置在集光鏡的后焦面位置，同時也是聚光鏡的前焦面位置；其中第一激光器發出的激光依次經過第三分束鏡、集光鏡匯聚到聚光鏡針孔光闌，光通過聚光鏡針孔光闌發散后又被聚光鏡收集變成平行光，再經過第一平面鏡反射被第二分束鏡分成兩路：其中一路經過鏡筒透鏡和顯微物鏡后再次變成平行光照射待測樣品，然后被待測樣品反射的光經過顯微物鏡和鏡筒透鏡以及第二分束鏡后垂直照射相機的成像平面，這一路稱為物光光路；另外一路經過第一衰減片衰減光強，被第二平面鏡反射，再通過第一衰減片被衰減，最后通過第二分束鏡后傾斜照射相機的成像平面，這一路參考光與物光干涉，形成的干涉圖由相機記錄下來；與此同時，第二激光器發出的激光經過第六平面鏡反射后經過第三分束鏡被反射，然后和第一激光器發出的激光經過相同的光路，在相機成像平面形成干涉圖并被記錄下來。