[發(fā)明專利]一種高分辨率數(shù)字全息衍射層析成像

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810145657.5
• 申請日: 2018-02-12
• 公開（公告）號(hào): CN108519728A
• 公開（公告）日: 2018-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王云新;王大勇;袁媛媛;趙潔;戎路;遲衛(wèi)寧;李斌;楊旭東
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G03H1/04
• 分類號(hào): G03H1/04;G03H1/22;G01B11/24
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 吳蔭芳

1.一種高分辨率數(shù)字全息衍射層析成像裝置及方法，由數(shù)字全息衍射層析成像裝置，利用合成孔徑方法得到N幅合成高分辨率全息圖，并獲取被測樣品的復(fù)振幅分布、三維折射率分布來實(shí)現(xiàn)，其特征在于具體方法步驟如下：

所述的數(shù)字全息衍射層析成像裝置包括激光器(1)，連續(xù)衰減片(2)、分束棱鏡(3)、透鏡A(4)、透鏡B(5)、振鏡(6)、聚光透鏡(7)、樣品(8)、油浸顯微物鏡(9)、透鏡C(10)、反射鏡(11)、擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)(12)、合束棱鏡(13)、CCD(14)、二維電動(dòng)平移臺(tái)(15)、計(jì)算機(jī)(16)，在激光器(1)的輸出光路上依次垂直放置連續(xù)衰減片(2)、分束棱鏡(3)，激光束通過分束棱鏡(3)后分為兩束偏振光，一束光經(jīng)過擴(kuò)束濾波系統(tǒng)作為平行參考光照射到合束棱鏡(13)上，另一光束依次通過透鏡A(4)、透鏡B(5)、振鏡(6)、聚光透鏡(7)、樣品(8)、油浸顯微物鏡(9)、透鏡C(10)照射到合束棱鏡(13)上，兩光束在合束棱鏡(13)的作用下以滿足尼奎斯特抽樣定理和再現(xiàn)像分離條件物參夾角在CCD(14)靶面上相遇發(fā)生干涉，且CCD(14)放置在二維電動(dòng)平移臺(tái)(15)上并與計(jì)算機(jī)(16)連接，計(jì)算機(jī)(16)用于記錄及處理全息圖；

所述的利用合成孔徑方法得到N幅合成高分辨率全息圖的步驟如下，步驟一、單幅合成高分辨率全息圖的采集：利用所述二維電動(dòng)平移臺(tái)(15)以等間距陣列形式移動(dòng)CCD(14)，記錄M×M幅子全息圖，其中M≥3，并保證相鄰兩幅子全息圖之間有10％以上的交疊區(qū)域，將M×M幅子全息圖進(jìn)行強(qiáng)度配準(zhǔn)和圖像錯(cuò)位亞像素微位移處理，得到一幅合成高分辨率全息圖；步驟二、N幅合成高分辨率全息圖的獲取：當(dāng)振鏡(6)照明角度分別為θ+nΔθ，其中Δθ為照明角度基本變化量，并且n＝0,1,2…N-1時(shí)，重復(fù)步驟一就得到N幅合成高分辨率全息圖；

所述的被測樣品的復(fù)振幅分布的獲取：在計(jì)算機(jī)(16)中對(duì)所述N幅合成高分辨率全息圖分別做傅里葉逆變換得到高分辨率的頻譜圖，然后用頻譜濾波的方法截取出感興趣的頻譜，并將其移到頻域中心，再對(duì)它做一次傅里葉逆變換，得到N幅合成高分辨率的復(fù)振幅分布；

所述的三維折射率分布的獲取：根據(jù)數(shù)字全息衍射層析理論，由下式：

式中U^(s)為散射場，U為總場，U_i為入射場，從復(fù)振幅中得到散射場，再根據(jù)傅里葉衍射定理：

式中是物體函數(shù)的三維傅里葉變換，K_x、K_y、K_z是物體的空間頻率；是像平面(z＝0)弱散射場U^(s)的二維傅里葉變換，k_x、k_y是對(duì)應(yīng)于空間坐標(biāo)x、y的空間頻率，并且，k_x＝K_x+k_x0、k_y＝K_y+k_y0，其中k_x0、k_y0為入射頻率，得到物函數(shù)頻域空間中相應(yīng)Ewald頻域球的頻譜值，再經(jīng)過插值、迭代算法，將頻譜值填充Ewald頻域球內(nèi)，就得到物體函數(shù)的頻譜再將進(jìn)行三維逆傅里葉變換得到物體函數(shù)并且根據(jù)物體函數(shù)和折射率的關(guān)系：

式中，n_m為匹配液折射率，λ₀為真空中的波長，得到物體的三維折射率分布根據(jù)以上數(shù)字全息衍射層析理論，對(duì)這N幅復(fù)振幅分布進(jìn)行處理，得到物體的三維折射率分布。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高分辨率數(shù)字全息衍射層析成像裝置，其特征在于：所述二維電動(dòng)平移臺(tái)(15)以等間距陣列形式移動(dòng)CCD(14)的實(shí)現(xiàn)方法如下，通過LabView軟件編寫平移臺(tái)控制程序，設(shè)置平移臺(tái)在水平和垂直方向上的步長間距、停留時(shí)間和運(yùn)動(dòng)速度參數(shù)控制平移臺(tái)的移動(dòng)，使CCD(14)能夠自動(dòng)在不同位置探測所述M×M幅子全息圖。