[發(fā)明專利]一種可柔性變倍的離軸數(shù)字全息測量裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710308564.5
• 申請日: 2017-05-04
• 公開（公告）號: CN106969702A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 文永富;程灝波
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)深圳研究院
• 主分類號: G01B9/021
• 分類號: G01B9/021
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可柔性變倍的離軸數(shù)字全息測量裝置，屬于激光數(shù)字全息與光學(xué)檢測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

數(shù)字全息術(shù)與傳統(tǒng)光學(xué)全息原理一致，區(qū)別在于前者的記錄介質(zhì)是光電轉(zhuǎn)換器件CCD或CMOS，代替了傳統(tǒng)的全息銀鹽干板。記錄的全息圖以數(shù)字圖像形式存入計算機，然后根據(jù)數(shù)字全息原理模擬全息圖的衍射過程，數(shù)值再現(xiàn)得到物光波的復(fù)振幅分布。與傳統(tǒng)的光學(xué)全息相比，數(shù)字全息的顯著特點是不需要顯影、定影與漂白等化學(xué)處理過程，對裝置的穩(wěn)定性要求不高，并可以根據(jù)復(fù)振幅分布同時獲得物體定量的強度及相位信息，還可以方便地運用數(shù)字圖像處理技術(shù)對全息圖和再現(xiàn)像進行濾波等處理，以提高成像質(zhì)量。因此，數(shù)字全息更有助于進行精確的定量分析與檢測。

無透鏡數(shù)字全息測量是在普通數(shù)字全息技術(shù)上的改進，簡化了記錄全息圖時所用的成像光路，在被測物體與成像設(shè)備之間不再使用透鏡。無透鏡數(shù)字全息成像的一個熱門的應(yīng)用方向是細(xì)胞和微結(jié)構(gòu)觀測，它相比顯微鏡成像具有很大的成本優(yōu)勢，結(jié)構(gòu)簡單、分辨率高、非接觸，并且操作更加的簡便。國內(nèi)諸多高校展開過相應(yīng)的研究，也取得了一定的成果。碩士論文《無透鏡數(shù)字全息成像觀測實驗系統(tǒng)的研制》中，利用自行研制的無透鏡全息成像系統(tǒng)對血細(xì)胞等進行過研究，碩士論文《數(shù)字全息顯微成像理論及算法的研究》中設(shè)計了一款數(shù)字全息顯微鏡并進行了驗證實驗，取得了較好的成像結(jié)果。專利（公開號CN105954994A）介紹了一種在無透鏡數(shù)字全息顯微成像中采用領(lǐng)域均值濾波算法以及偏微分方程對噪聲進行抑制的圖像增強方法。目前無透鏡數(shù)字全息顯微測量裝置基本存在以下問題：一方面靈活性欠佳，即裝置一旦搭建完畢，系統(tǒng)分辨率、數(shù)值孔徑和放大倍率就唯一確定，可測量對象范圍也相應(yīng)確定且十分有限，操作者無法根據(jù)具體測量條件與具體對象進行調(diào)節(jié)；另一方面工作距離小，因為系統(tǒng)搭建時往往需要以極大地減小工作距離為代價以獲得較大的系統(tǒng)分辨能力，在實際應(yīng)用中弊端突出。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決傳統(tǒng)無透鏡數(shù)字全息檢測裝置中系統(tǒng)分辨率、放大倍率與數(shù)值孔徑單一，操作性差和工作距離小，以及機械移動繁瑣和不精確等問題，提出一種可柔性變倍的離軸數(shù)字全息測量裝置。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單和穩(wěn)定、檢測成本低、精度高、同時系統(tǒng)分辨率、放大倍率、數(shù)字孔徑可以根據(jù)被測物體需要進行靈活調(diào)整等特點。

為達到上述目的，本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

本發(fā)明的一種可柔性變倍的離軸數(shù)字全息測量裝置，其特征在于，包括激光器1、第一反射鏡2、擴束準(zhǔn)直單元3、第二反射鏡4、電控可變焦透鏡5、顯微物鏡6、分光鏡7、平面鏡8、成像設(shè)備10以及計算機10；

所述電控可變焦透鏡5、顯微物鏡6、分光鏡7、平面鏡8構(gòu)成同軸光學(xué)系統(tǒng)；被測物體9中心、分光鏡7的中心和成像設(shè)備10的中心在同一垂直線上。

所述電控可變焦透鏡5和顯微物鏡6組成的光學(xué)系統(tǒng)具備將平行光轉(zhuǎn)換成會聚球面光波的能力。

本發(fā)明的一種可柔性變倍的離軸數(shù)字全息測量裝置，包括如下步驟：

利用激光器1產(chǎn)生激光，激光通過第一反射鏡2射入至擴束準(zhǔn)直單元3；經(jīng)擴束準(zhǔn)直單元3后形成的平行光經(jīng)第二反射鏡4再次反射后，先后通過電控可變焦透鏡5和顯微物鏡6，此后光波經(jīng)過分光鏡7被分裂成兩束光波；其中一束光波經(jīng)平面鏡8反射后作為參考光進入成像設(shè)備10；另一束光波經(jīng)被測物體9表面反射后作為物光進入成像設(shè)備10；調(diào)節(jié)平面鏡8來控制參考光與物光的夾角，使物光與參考光干涉產(chǎn)生一幅離軸數(shù)字全息圖并由成像設(shè)備10記錄；最終通過數(shù)值重構(gòu)算法計算得到被測物體的相位信息。

有益效果：

本發(fā)明的一種柔性可變倍的離軸數(shù)字全息裝置不僅結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性好，操作方便，而且能夠獲得更高的系統(tǒng)分辨能力；其次，根據(jù)被測量物體的形貌，通過控制電控可變焦透鏡可靈活選擇合適的系統(tǒng)分辨率和放大倍率、數(shù)字孔徑進行觀測；此外，操作過程無需機械移動，具有準(zhǔn)確、響應(yīng)速度快速、操作方便的特點。本發(fā)明只需采集單幅全息圖即可獲得微小物體的表面信息，能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)測量。

附圖說明

圖1 為本發(fā)明中的實施例裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2 為本發(fā)明的實施例裝置在具備較高系統(tǒng)分辨率和放大倍率時的情形之一；

圖3 為本發(fā)明的實施例裝置在具備較低系統(tǒng)分辨率和放大倍率時的情形之一；

圖4 為采用Zemax光學(xué)設(shè)計軟件仿真顯微物鏡6與電控柔性變焦透鏡5距離10mm處系統(tǒng)數(shù)值孔徑變化的仿真光路；