[發(fā)明專利]數(shù)字全息深度分辨成像裝置和成像方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211241938.3
• 申請(qǐng)日: 2022-10-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115598955A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-01-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣志龍;劉誠(chéng);王綬玙;孔艷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號(hào): G03H1/04
• 分類號(hào): G03H1/04
• 代理公司: 哈爾濱市陽(yáng)光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 呂永芳

1.一種數(shù)字全息深度分辨成像裝置，其特征在于，所述數(shù)字全息深度分辨成像裝置包括激光器(1)，沿所述激光器(1)的激光束方向設(shè)置分束器(2)，所述分束器(2)將所述激光束分成反射光束和透射光束；

沿所述反射光束方向依次設(shè)置第一光學(xué)衰減片(3)、第一反射鏡(4)、第一空間濾波器(5)、第一準(zhǔn)直透鏡(6)、第二反射鏡(7)、分光棱鏡(8)和成像設(shè)備(9)；

沿所述透射光束方向依次設(shè)置第二光學(xué)衰減片(10)、第二空間濾波器(11)、第二準(zhǔn)直透鏡(12)、聚焦透鏡(13)、小孔光闌(14)、分光棱鏡(8)和平移臺(tái)(15)；

所述第一空間濾波器(5)、第一準(zhǔn)直透鏡(6)、第二空間濾波器(11)、第二準(zhǔn)直透鏡(12)、聚焦透鏡(13)、小孔光闌(14)和分光棱鏡(8)均與激光束垂直且中心保持在光軸上。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字全息深度分辨成像裝置，其特征在于，待測(cè)樣品固定在所述平移臺(tái)(15)上，所述的平移臺(tái)(15)在平面內(nèi)沿著一維方向等間距移動(dòng)，所述成像設(shè)備(9)在所述平移臺(tái)(15)移動(dòng)時(shí)記錄一組相對(duì)應(yīng)的全息干涉圖。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字全息深度分辨成像裝置，其特征在于，所述待測(cè)樣品看成由數(shù)個(gè)光學(xué)切片組成，其中每個(gè)所述光學(xué)切片被認(rèn)為在光軸方向有著相同的深度，且同時(shí)具有均勻的折射率和強(qiáng)度透過(guò)率。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字全息深度分辨成像裝置，其特征在于，所述激光器(1)為氦氖激光器。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字全息深度分辨成像裝置，其特征在于，所述平移臺(tái)(15)由計(jì)算機(jī)控制。

6.一種數(shù)字全息深度分辨成像方法，其特征在于，所述數(shù)字全息深度分辨成像方法利用權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的數(shù)字全息深度分辨成像裝置進(jìn)行成像，包括如下步驟：

步驟1：打開(kāi)所述激光器(1)，所述待測(cè)樣品固定在所述平移臺(tái)(15)上，所述平移臺(tái)(15)在平面內(nèi)沿著x方向等間距移動(dòng)N次，N為奇數(shù)，所述成像設(shè)備(9)記錄下相對(duì)應(yīng)的一組全息干涉圖，強(qiáng)度標(biāo)記為I(x,y；n)(n＝1,2,…N)；

步驟2：對(duì)所述全息干涉圖進(jìn)行傅里葉變換，f_In＝F{I(x,y；n)}，F(xiàn){I(x,y；n)}表示對(duì)I(x,y；n)進(jìn)行傅里葉變換，f_In為傅里葉變換后的頻譜，包含+1級(jí)頻譜f_In1和-1級(jí)頻譜f_In2；

步驟3：設(shè)定一個(gè)零矩陣f_Inc，矩陣大小與f_In相同，將+1級(jí)頻譜f_In1從f_In中取出，在f_Inc中心區(qū)域范圍大小與f_In1相同的區(qū)域用f_In1替代，得到更新的頻譜矩陣f_Inc；

步驟4：所述頻譜矩陣f_Inc傳輸距離d到待測(cè)樣品表面，得到待測(cè)樣品表面的反射光復(fù)振幅分布為U(x,y；n)＝F_d{f_Inc}(n＝1,2,…N)，F(xiàn)_d{f_Inc}表示對(duì)f_Inc衍射傳輸距離d；

步驟5：將所述待測(cè)樣品替換成平面反射鏡固定在所述平移臺(tái)(15)上，所述成像設(shè)備(9)記錄下一幅全息干涉圖，強(qiáng)度標(biāo)記為I_illu(x,y)；

步驟6：采用所述步驟2至步驟4得到所述平面反射鏡表面的照明光復(fù)振幅分布為U_{illu_1}(x,y)；

步驟7：將所述步驟6中得到的照明光復(fù)振幅U_{illu_1}(x,y)衍射傳輸距離k*Δz，得到樣品第k層的照明光復(fù)振幅分布為U_{illu_k}(x,y)＝F_k*Δz{U_{illu_1}(x,y)}(k＝1,2,…)，Δz表示相鄰光學(xué)切片的距離；

步驟8：去除所述待測(cè)樣品表面復(fù)振幅分布U(x,y；n)在樣品第k層的照明光，得到R(x,y；n)＝U(x,y；n)/U_{illu_k}(x,y)(n＝1,2,…N)；

步驟9：以R(x,y；(N+1)/2)的復(fù)振幅為基準(zhǔn)區(qū)域，將R(x,y；n)(n＝1,2,…N)沿著x方向平移((N+1)/2-n)個(gè)像素得到R’(x,y；n)(n＝1,2,…N)，從而保證R’(x,y；n)對(duì)應(yīng)物體的同一區(qū)域；

步驟10：將R’(x,y；n)進(jìn)行累加求和，得到在樣品第k層的復(fù)振幅信息為

步驟11：樣品其他任一層的復(fù)振幅信息采用所述步驟7至步驟10獲取，從而得到待測(cè)樣品在不同深度的成像結(jié)果。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)字全息深度分辨成像方法，其特征在于，所述步驟1中所述平移臺(tái)(15)在平面內(nèi)沿著x方向等間距移動(dòng)大于100次。