[發明專利]相位恢復成像裝置和成像方法

有效

• 申請號: 201910822769.4
• 申請日: 2019-09-02
• 公開（公告）號: CN110687078B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 劉誠;昌成成;董學;陶華;潘興臣;朱健強
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01N21/47
• 分類號: G01N21/47
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種相位恢復成像裝置和成像方法，包括光源、光纖、變焦光纖準直器、聚焦透鏡、二維位移平臺、第一魚眼軸承、第二魚眼軸承、空心管道、樣品、二維光電探測器、電腦以及數據采集與處理軟件。通過變焦光纖準直器將光束的焦點調節到第一魚眼軸承的球心處，第一魚眼軸承作為一個支撐點；第二魚眼軸承與二維位移平臺相連接；通過控制二維位移平臺，使激光束繞其焦點轉動，樣品上的每一個掃描位置都與周圍的掃描位置有重疊，從而提高系統的成像分辨率和視場。二維光電探測器用來記錄衍射斑，由二維位移平臺的位置信息計算出每一幅衍射斑的角度信息，利用迭代成像算法將樣品的復振幅分布恢復出來。本發明裝置結構簡單，相位恢復收斂速度快，成像測量精度高。

技術領域

本發明涉及激光衍射成像，特別是一種相位恢復成像裝置和成像方法。

背景技術

光學顯微成像技術在生命科學、醫學和材料學等領域具有重要應用，傳統顯微成像技術例如基于強度成像的明場顯微技術、暗場顯微技術以及熒光顯微技術、基于相位調制的相襯顯微技術和微分干涉相襯顯微技術都難以實現待測樣品的高分辨率大視場定量相位測量。隨著現代科學研究的不斷進步，對光學顯微成像技術的成像分辨率和測量視場提出了進一步要求。眾所周知，單一的光學顯微成像系統采集的信息量由成像芯片的像元數決定，成像分辨率和視場是一對相互矛盾的參數，難以同時得到提高。為解決這一問題，近年來研究人員提出了計算照明、計算調制與計算探測等方法，實現了多種方式的成像分辨率和視場提升。相位恢復成像技術從采集的衍射光斑中能夠迭代恢復出待測光場的復振幅，從而實現待測樣品相位的定量測量，在現代光學成像領域得到了廣泛應用。基于疊層衍射成像(PIE)的相位恢復成像技術具有精度高、對環境抗干擾能力強等優點，但該技術需要對待測樣品進行掃描平移來實現測量視場的擴展，結構復雜，操作也比較繁瑣，因此對于新型高分辨率大視場的相位恢復成像方法的研究具有十分重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于克服現有相位恢復成像技術的不足，提出一種結構簡單、操作方便的高分辨率大視場的相位恢復成像裝置和成像方法。

本發明的技術解決方案如下：

一種相位恢復成像裝置，其特點在于，包括光源、光纖、變焦光纖準直器、聚焦透鏡、二維位移平臺、第一魚眼軸承、第二魚眼軸承、空心管道、樣品、二維光電探測器和數據采集與處理軟件的電腦；

所述的光纖將所述的光源中的激光束導入所述的變焦光纖準直器中，所述的變焦光纖準直器的一端與所述的光纖相連，另一端與所述的聚焦透鏡相連，所述的變焦光纖準直器與所述的聚焦透鏡共同固定在所述的空心管道的一端，所述的第一魚眼軸承作為支點，與所述的空心管道的另一端連接，所述的空心管道可以繞所述的第一魚眼軸承轉動，所述的第二魚眼軸承與所述的二維位移平臺相連接，該第二魚眼軸承位于所述的空心管道的中部；所述的二維光電探測器的輸出端與所述的電腦的輸入端相連，所述的電腦的輸出端與所述的二維位移平臺的控制端相連，所述的電腦控制所述的二維位移平臺，所述的二維位移平臺帶動所述的第二魚眼軸承繞所述的空心管道)的軸向轉動或橫向滑動，調節所述的變焦光纖準直器，使激光束的焦點位于所述的第一魚眼軸承的球心處。

所述的光纖帶有衰減器，用于控制輸出光的光強。

所述的二維光電探測器為CCD，采集和記錄樣品的衍射光斑。

利用上述相位恢復成像裝置對樣品進行成像的方法，其特點在于該成像方法包括下列步驟：

1)根據衍射光斑的實際大小，設置所述的二維位移平臺的步長和步數，使相鄰光斑的重疊面積為60％，所述的二維位移平臺通過所述的電腦控制其移動步長和步數，使得每次得到的衍射光斑都與周圍的射光斑有部分重疊；

2)根據實際入射光斑的尺寸大小和采集數據矩陣的大小，將所述的二維光電探測器(10)放在合適的距離上，使待記錄的光斑能夠被所述的二維光電探測器完全接收；

3)所述的二維光電探測器在共J個掃描位置記錄J個衍射光斑，并輸入所述的電腦(11)中，