[發(fā)明專(zhuān)利]基于冗余光路的微尺度透明體離焦距離測(cè)量裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810986633.2
• 申請(qǐng)日: 2018-08-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109373905B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金衛(wèi)鳳;李健;王亞偉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01B11/02
• 分類(lèi)號(hào): G01B11/02;G01N21/17
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• 代理人: 暫無(wú)信息

1.基于冗余光路的微尺度透明體離焦距離測(cè)量裝置，其特征在于：在馬赫增德?tīng)柟饴烦上裣到y(tǒng)增加三個(gè)用于獲取不同離焦程度的相位體衍射圖的冗余成像光路；

在基本光路之外，通過(guò)分光鏡將基本光路的部分光束分到增加的三個(gè)冗余光路中，第一冗余光路由分光鏡、分光鏡、第二成像光路和CCD2構(gòu)成，第二冗余光路由分光鏡、分光鏡、第三成像光路和CCD3構(gòu)成，第三冗余光路由分光鏡、反射鏡鏡、第四成像光路和CCD4構(gòu)成；

通過(guò)三個(gè)冗余成像光路和傳統(tǒng)的Mach-Zehnder光路成像系統(tǒng)的基本成像光路獲取不同離焦程度的相位體衍射圖是通過(guò)調(diào)節(jié)不同成像光路中的物鏡到CCD之間的光程差來(lái)實(shí)現(xiàn)，第一成像光路的中物鏡到CCD之間的光程差為v₁，第一成像光路的中物鏡到CCD之間的光程差為v₂，第一成像光路的中物鏡到CCD之間的光程差為v₃，第一成像光路的中物鏡到CCD之間的光程差為v₄，且150mmv₁v₂v₃v₄600mm。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于冗余光路的微尺度透明體離焦距離測(cè)量裝置，其特征在于所使用的成像系統(tǒng)是Mach-Zehnder光路成像系統(tǒng)，其基本光路由光源、分光鏡、物光臂光路和參考臂光路、合束鏡、分光鏡、第一成像光路、CCD1(電荷耦合器件)構(gòu)成，光源選用具有相干性的激光器，物光臂光路由分光鏡、反射鏡、樣品池、物鏡、合束鏡構(gòu)成，用以產(chǎn)生攜帶樣品光學(xué)相位信息的物光束，參考臂光路由分光鏡、反射鏡和合束鏡構(gòu)成，用以產(chǎn)生與物光束干涉而呈現(xiàn)特定衍射圖的參考光束。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于冗余光路的微尺度透明體離焦距離測(cè)量裝置，其特征在于，成像系統(tǒng)的物平面是由物鏡焦距f、CCD與物鏡間的光程差v來(lái)決定，成像系統(tǒng)的物平面到物鏡之間的光程差u滿(mǎn)足1/f＝1/u+1/v。

4.基于冗余光路的微尺度透明體離焦距離測(cè)量方法，其特征在于：按照下述步驟進(jìn)行：通過(guò)三個(gè)冗余成像光路和傳統(tǒng)的Mach-Zehnder光路成像系統(tǒng)的基本成像光路獲取四幅不同離焦情況的相位體衍射圖；通過(guò)一定的相位恢復(fù)方法對(duì)這些衍射圖進(jìn)行處理來(lái)獲取相應(yīng)的相位圖；通過(guò)傅里葉變換計(jì)算四幅相位圖的SPEC權(quán)重譜分析參數(shù)；將計(jì)算獲取的SPEC參數(shù)和相位片的厚度信息代入到本專(zhuān)利的計(jì)算公式中即可計(jì)算出相位體相對(duì)于物鏡的距離；

記各光路確定的物平面相對(duì)于第一成像光路確定的物平面的位置為z₁＝0，z₂＝1/(1/f-1/v₂)-1/(1/f-1/v₁)，z₃＝1/(1/f-1/v₃)-1/(1/f-1/v₁)，z₄＝1/(1/f-1/v₄)-1/(1/f-1/v₁)；

獲取相位圖可通過(guò)對(duì)獲取的衍射圖進(jìn)行微分相位恢復(fù)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)；

計(jì)算相位圖的SPEC參數(shù)是根據(jù)以下公式實(shí)現(xiàn)，其中F()為傅里葉變換，采用快速傅里葉變換實(shí)現(xiàn)，快速傅里葉變換前首先對(duì)圖像進(jìn)行離散處理，離散單元尺寸為Δx×Δy，g(x,y)為相位圖，μ，ν為頻譜空間，頻譜截止頻率為μ_th＝1/Δx，ν_th＝1/Δy；

計(jì)算的SPEC參數(shù)是針對(duì)采用4個(gè)成像光路獲取4幅相位圖計(jì)算的，分別記為SPEC₁，SPEC₂，SPEC₃，SPEC₄；

計(jì)算出相位體相對(duì)于物鏡的距離是首先計(jì)算第一成像光路的像平面相對(duì)位置，再將成像系統(tǒng)的像平面相對(duì)位置代入到相位體相對(duì)于物鏡的距離計(jì)算公式計(jì)算得到；

第一成像光路的像平面相對(duì)位置按下述公式實(shí)現(xiàn)，當(dāng)|(SPEC₂-SPEC₁)/(z₂-z₁)|，|(SPEC₃-SPEC₂)/(z₃-z₂)|和|(SPEC₄-SPEC₃)/(z₄-z₃)|這三個(gè)參數(shù)中|(SPEC₂-SPEC₁)/(z₂-z₁)|最大時(shí)，成像系統(tǒng)的像平面相對(duì)位置為當(dāng)|(SPEC₄-SPEC₃)/(z₄-z₃)|最大時(shí)，成像系統(tǒng)的像平面相對(duì)位置為當(dāng)|(SPEC₃-SPEC₂)/(z₃-z₂)|最大且SPEC₄SPEC₁，成像系統(tǒng)的像平面相對(duì)位置為其他情況，成像系統(tǒng)的像平面相對(duì)位置為

相位體相對(duì)于物鏡的距離計(jì)算公式為1/(1/f-1/v₁)+z；

光軸方向的最大測(cè)試范圍是1/(1/f-1/v₄)-1/(1/f-1/v₁)；

其中第一成像光路的中物鏡到CCD之間的光程差為v₁，第一成像光路的中物鏡到CCD之間的光程差為v₂，第一成像光路的中物鏡到CCD之間的光程差為v₃，第一成像光路的中物鏡到CCD之間的光程差為v₄。