合輸出，兩個(gè)輸出的光纖頭分別位于第一聚光鏡5和第二聚光鏡12的焦點(diǎn)位置，在分成的兩路光中，一路激光經(jīng)過第一平面鏡6反射后照射待測樣品7，透射過待測樣品7的光被顯微物鏡8收集，并經(jīng)過鏡筒透鏡9放大后再次變成平行光經(jīng)過第二分束鏡15反射垂直照射相機(jī)16的成像平面，這一路稱為物光光路；另一路激光經(jīng)過衰減片13衰減和第二平面鏡14反射后傾斜照射相機(jī)16的成像平面，這一路參考光與物光干涉，形成的干涉圖由相機(jī)16記錄下來。
[0013]本發(fā)明基于遠(yuǎn)心光學(xué)結(jié)構(gòu)的透射式數(shù)字全息顯微成像裝置的核心在于待測樣品
7、顯微物鏡8、鏡筒透鏡9與相機(jī)16構(gòu)成了遠(yuǎn)心光學(xué)結(jié)構(gòu)，其中待測樣品7位于顯微物鏡8的前焦面位置，同時(shí)顯微物鏡8的后焦面與鏡筒透鏡9的前焦面重合，該相機(jī)16位于鏡筒透鏡9的后焦面位置。這樣保證了平行光照射待測樣品7的同時(shí)從鏡筒透鏡9出射的物光仍然是平行光，由于參考光也是平行光，所以物光和參考光這兩束平行光在相機(jī)成像平面上干涉形成干涉圖，從而可避免傳統(tǒng)數(shù)字全息顯微成像裝置中的像差，大大提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確度，而且無需其他復(fù)雜的物理或計(jì)算像差補(bǔ)償過程，提高了成像的速度，降低了后期計(jì)算處理的復(fù)雜度。為了調(diào)節(jié)遠(yuǎn)心光路結(jié)構(gòu)，先調(diào)節(jié)2、集光鏡3、聚光鏡針孔光闌4和聚光鏡5使出射的為平行光，然后在物光光路中不放待測樣品7和顯微物鏡8，使平行光通過鏡筒透鏡9在相機(jī)16成像平面上成一個(gè)點(diǎn)像，這樣就保證了鏡筒透鏡9與相機(jī)16之間的距離正確。然后放上待測樣品7和顯微物鏡8，并且不斷沿光軸方向移動(dòng)待測樣品7，調(diào)節(jié)顯微物鏡8的位置，使待測樣品7在相機(jī)16上的成像放大率不變，這樣就保證了顯微物鏡8與鏡筒透鏡9之間的距離正確。最后在調(diào)節(jié)待測樣品7的位置，使其在相機(jī)16上聚焦成像，這樣就完成了遠(yuǎn)心光路結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)。
[0014]本發(fā)明基于遠(yuǎn)心光學(xué)結(jié)構(gòu)的透射式數(shù)字全息顯微成像裝置，其特征在于第二平面鏡14的傾斜角度可自由調(diào)整，該傾斜角使反射的參考光與物光成3-8°夾角，以實(shí)現(xiàn)離軸干涉。衰減片13使用一片中性衰減片或由多片中性衰減片組成，或者由兩片線偏振片組成，其作用是衰減參考光光強(qiáng)，使其與物光光強(qiáng)匹配，以提高干涉條紋的對(duì)比度。
[0015]利用本發(fā)明基于遠(yuǎn)心光學(xué)結(jié)構(gòu)的透射式數(shù)字全息顯微成像裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與重建的過程如下:
[0016]第一步:利用相機(jī)16采集一幅干涉圖圖像I ;
[0017]第二步:利用傅立葉變換求出干涉圖的頻譜F ;
[0018]第三步:選取頻譜F中的+1級(jí)譜，濾除其余頻譜；
[0019]第四步:找出+1級(jí)譜中能量最大值位置作為+1級(jí)譜的中心，然后將+1級(jí)譜平移到整幅頻譜的中央，使+1級(jí)譜的中心與整幅頻譜的中心重合。
[0020]第五步:對(duì)頻譜做傅立葉逆變換，求出物體的光強(qiáng)分布和相位分布。
[0021]通過上述步驟可以看出，本發(fā)明采用了遠(yuǎn)心光學(xué)結(jié)構(gòu)，使物光和參考光這兩束平行光在相機(jī)成像平面上干涉形成干涉圖，從而可避免傳統(tǒng)數(shù)字全息顯微成像裝置中的像差，大大提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確度，而且無需其他復(fù)雜的物理或計(jì)算像差補(bǔ)償過程，提高了成像的速度，降低了后期計(jì)算處理的復(fù)雜度。
[0022]為了測試基于遠(yuǎn)心光學(xué)結(jié)構(gòu)的透射式數(shù)字全息顯微成像裝置的有效性，我們選取人體巨噬細(xì)胞進(jìn)行數(shù)字全息顯微成像。如圖2(a)是數(shù)字全息顯微鏡拍攝到的原始干涉圖；圖2(b)是原始干涉圖2(a)經(jīng)過傅立葉變換的頻譜，圖中用小框框出的是+1級(jí)譜；圖2(c)是+1級(jí)譜平移到頻譜中央后的結(jié)果，即物體的原始頻譜；圖2((1)是利用傅立葉逆變換求出的物體的光強(qiáng)分布圖；圖2(e)是利用傅立葉逆變換求出的物體的相位分布圖。從圖2(d)和圖2(e)中可以看出在沒有經(jīng)過任何復(fù)雜的畸變校正過程的前提下，物體的光強(qiáng)和相位信息得到了精確的恢復(fù)，證明使用本發(fā)明裝置能夠有效避免非球面波干涉帶來的像差，大大提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于遠(yuǎn)心光學(xué)結(jié)構(gòu)的透射式數(shù)字全息顯微成像裝置，其特征在于包括激光器(1)、第一分束鏡(2)、第一集光鏡(3)、第一聚光鏡針孔光闌(4)、第一聚光鏡(5)、第一平面鏡(6)、顯微物鏡(8)、鏡筒透鏡(9)、第二集光鏡(10)、第二聚光鏡針孔光闌(11)、第二聚光鏡(12)、衰減片(13)、第二平面鏡(14)、第二分束鏡(15)與相機(jī)(16)，其中第一分束鏡(2)將激光器(1)發(fā)出的激光分成兩路，其中一路激光經(jīng)過第一集光鏡(3)匯聚到第一聚光鏡針孔光闌(4)，光通過第一聚光鏡針孔光闌(4)發(fā)散后被第一聚光鏡(5)收集變成平行光經(jīng)過第一平面鏡(6)反射照射待測樣品(7)，透射過待測樣品(7)的光被顯微物鏡(8)收集，并經(jīng)過鏡筒透鏡(9)放大再次變成平行光經(jīng)過第二分束鏡(15)反射后垂直照射相機(jī)(16)的成像平面，這一路稱為物光；另一路激光經(jīng)過第二集光鏡(10)匯聚到第二聚光鏡針孔光闌(11)，光通過第二聚光鏡針孔光闌(11)發(fā)散后被第二聚光鏡(12)收集變成平行光，再經(jīng)過衰減片(13)衰減和第二平面鏡(14)反射后傾斜照射相機(jī)(16)的成像平面，這一路參考光與物光干涉，形成的干涉圖由相機(jī)(16)記錄下來。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遠(yuǎn)心光學(xué)結(jié)構(gòu)的透射式數(shù)字全息顯微成像裝置，其特征在于所述的第一聚光鏡針孔光闌(4)放置在第一集光鏡(3)的后焦面位置，同時(shí)也是第一聚光鏡(5)的前焦面位置；第二聚光鏡針孔光闌(11)放置在第二集光鏡(10)的后焦面位置，同時(shí)也是第二聚光鏡(12)的前焦面位置。3.—種基于遠(yuǎn)心光學(xué)結(jié)構(gòu)的透射式數(shù)字全息顯微成像裝置，其特征在于包括激光器(1)、光纖分路器(17)、第一聚光鏡(5)、第一平面鏡(6)、顯微物鏡(8)、鏡筒透鏡(9)、第二聚光鏡(12)、衰減片(13)、第二平面鏡(14)、第二分束鏡(15)與相機(jī)(16)，其中激光器(1)發(fā)出的激光通過光纖耦合進(jìn)入光纖分路器(17)，分成兩路后再通過光纖耦合輸出，兩個(gè)輸出的光纖頭分別位于第一聚光鏡(5)和第二聚光鏡(12)的焦點(diǎn)位置，在分成的兩路光中，一路激光經(jīng)過第一平面鏡(6)反射后照射待測樣品(7)，透射過待測樣品(7)的光被顯微物鏡(8)收集，并經(jīng)過鏡筒透鏡(9)放大后再次變成平行光經(jīng)過第二分束鏡(15)反射垂直照射相機(jī)(16)的成像平面，這一路稱為物光光路；另一路激光經(jīng)過衰減片(13)衰減和第二平面鏡(14)反射后傾斜照射相機(jī)(16)的成像平面，這一路參考光與物光干涉，形成的干涉圖由相機(jī)(16)記錄下來。4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于遠(yuǎn)心光學(xué)結(jié)構(gòu)的透射式數(shù)字全息顯微成像裝置，其特征在于待測樣品(7)、顯微物鏡(8)、鏡筒透鏡(9)與相機(jī)(16)構(gòu)成了遠(yuǎn)心光學(xué)結(jié)構(gòu)，其中待測樣品(7)位于顯微物鏡(8)的前焦面位置，同時(shí)顯微物鏡(8)的后焦面與鏡筒透鏡(9)的前焦面重合，該相機(jī)(16)位于鏡筒透鏡(9)的后焦面位置。5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于遠(yuǎn)心光學(xué)結(jié)構(gòu)的透射式數(shù)字全息顯微成像裝置，其特征在于第二平面鏡(14)的傾斜角度可自由調(diào)整，該傾斜角使反射的參考光與物光成3-8°夾角，以實(shí)現(xiàn)離軸干涉。6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于遠(yuǎn)心光學(xué)結(jié)構(gòu)的透射式數(shù)字全息顯微成像裝置，其特征在于衰減片(13)使用一片中性衰減片或由多片中性衰減片組成，或者由兩片線偏振片組成。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于遠(yuǎn)心光學(xué)結(jié)構(gòu)的透射式數(shù)字全息顯微成像裝置，采用了遠(yuǎn)心光學(xué)結(jié)構(gòu)，使物光和參考光這兩束平行光在相機(jī)成像平面上干涉形成干涉圖，從而可避免傳統(tǒng)數(shù)字全息顯微成像裝置中的像差，大大提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確度，而且無需其他復(fù)雜的物理或計(jì)算像差補(bǔ)償過程，提高了成像的速度，降低了后期計(jì)算處理的復(fù)雜度。
【IPC分類】G03H1/00, G03H1/04
【公開號(hào)】CN105242512
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510631831
【發(fā)明人】陳錢, 孫佳嵩, 左超, 馮世杰, 顧國華, 張玉珍, 胡巖, 張良, 陶天陽, 李加基, 張佳琳, 孔富城, 林飛, 張敏亮, 范瑤
【申請(qǐng)人】南京理工大學(xué)
【公開日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年9月29日