像面相移數字全息顯微系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種像面相移數字全息顯微系統，該顯微系統包括：激光器、分束單元、照明光束傳輸單元、參考光束傳輸單元、合束單元和成像單元，參考光束傳輸單元包括相移器，用于在參考光束引入相移。本實用新型采用相移像面顯微全息技術，直接記錄像平面的全息圖，并可通過軟件進行相位補償，得到物體的準確相位信息。
【專利說明】像面相移數字全息顯微系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及數字全息顯微【技術領域】，特別是涉及一種像面相移數字全息顯微系統。
【背景技術】
[0002]目前，普通的顯微鏡只可以測量物體的強度信息而無法測量相位信息，而且通常觀測生物細胞時需要進行染色操作，有可能會破壞生物細胞的結構。
[0003]瑞士的Iyncee公司實用新型制作了離軸形式的數字全息顯微鏡，記錄離焦物體的全息圖，采用計算機進行再現來測量物體的相位信息。現有技術中的數字全息顯微鏡具有以下缺點:
[0004]采用離軸方式記錄時，分辨率受到限制，且需要進行重建距離精確測量；
[0005]已有的相移全息技術，通常需要選擇重建距離參數，運算時間長；
[0006]采用像面形式的相移全息技術，無法對位相進行有效補償。
[0007]具體地，采用離軸記錄方式使再現物體的分辨率下降，且需要精確測量再現距離；采用同軸方式記錄通常采用相移技術以消除直透光與共軛像的影響以得到較高的系統分辨率；已有的相移技術直接記錄離焦物體的同軸全息圖，并選擇適當重建參數進行再現。
[0008]鑒于上述問題，有必要提供一種像面相移數字全息顯微系統。
實用新型內容
[0009]有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種像面相移數字全息顯微系統，其采用相移像面顯微全息技術，直接記錄像平面的全息圖，并可通過軟件進行相位補償，得到物體的準確相位信息。
[0010]為了實現上述目的，本實用新型實施例提供的技術方案如下:
[0011]一種像面相移數字全息顯微系統，所述顯微系統包括:
[0012]激光器，用于產生激光光束；
[0013]分束單元，用于將激光器產生的激光光束分為照明光束和參考光束；
[0014]照明光束傳輸單元，包括顯微物鏡，顯微物鏡利用照明光束對物體進行顯微，提供第一光束；
[0015]參考光束傳輸單兀，包括相移器，用于在參考光束引入相移，提供第二光束；
[0016]合束單元，用于對第一光束和第二光束進行合束干涉，產生相移全息圖；
[0017]成像單元，用于記錄合束單元產生的相移全息圖。
[0018]作為本實用新型的進一步改進，所述參考光束傳輸單元沿參考光束傳輸方向依次包括第一反射鏡、擴束透鏡、準直透鏡、第二反射鏡，所述相移器與第二反射鏡相連。
[0019]作為本實用新型的進一步改進，所述分束單元包括分束棱鏡，合束單元包括合束棱鏡。
[0020]作為本實用新型的進一步改進，所述激光器產生的光束經分束單元分束后的照明光束和參考光束相互垂直。
[0021]作為本實用新型的進一步改進，所述顯微物鏡位于分束單元和合束單元之間，成像單元位于分束單元和合束單元直線上合束單元一側。
[0022]作為本實用新型的進一步改進，所述顯微物鏡位于分束單元和合束單元直線上合束單元一側，成像單元位于合束單元旁側且在第二光束的延長線上。
[0023]本實用新型采用相移像面顯微全息技術，直接記錄像平面的全息圖，并可通過軟件進行相位補償，得到物體的準確相位信息。具有以下有益效果:
[0024]可采用任意相移角度進行測量，降低了操作精確性要求；
[0025]直接在像面進行測量，無需調節重建參數；
[0026]可以對顯微物鏡引入的相位因子采用計算機進行自動補償，得到物體的準確相位。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0028]圖1為本實用新型第一實施方式中透射型像面相移數字全息顯微系統的結構示意圖；
[0029]圖2為本實用新型第二實施方式中反射型像面相移數字全息顯微系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本實用新型保護的范圍。
[0031]本實用新型的一種像面相移數字全息顯微系統，包括:
[0032]激光器，用于產生激光光束；
[0033]分束單元，用于將激光器產生的激光光束分為照明光束和參考光束。本實用新型中激光器產生的光束經分束單元分束后的照明光束和參考光束相互垂直；
[0034]照明光束傳輸單元，包括顯微物鏡，顯微物鏡利用照明光束對物體進行顯微，提供第一光束；
[0035]參考光束傳輸單兀，包括相移器，用于在參考光束引入相移，提供第二光束。參考光束傳輸單元沿參考光束傳輸方向依次包括第一反射鏡、擴束透鏡、準直透鏡、第二反射鏡，相移器與第二反射鏡相連；
[0036]合束單元，用于對第一光束和第二光束進行合束干涉，產生相移全息圖；
[0037]成像單元，用于記錄合束單元產生的相移全息圖。
[0038]優選地，分束單元包括分束棱鏡，合束單元包括合束棱鏡。[0039]相應地，一種像面相移數字全息顯微系統的顯微方法，包括:
[0040]產生激光光束；
[0041]將激光器產生的激光光束分為照明光束和參考光束；
[0042]顯微物鏡利用照明光束對物體進行顯微，提供第一光束；
[0043]相移器在參考光束引入相移，提供第二光束；
[0044]對第一光束和第二光束進行合束干涉，產生相移全息圖；
[0045]記錄產生的相移全息圖。
[0046]進一步地，該顯微方法還包括:
[0047]對相移全息圖處理，調節相移器相移的大小，實現任意步長相移物體的相位再現，同時還可以校正相位誤差。
[0048]本實用新型包括透射型和反射型像面相移數字全息顯微系統，其中:
[0049]透射型像面相移數字全息顯微系統中顯微物鏡位于分束單元和合束單元之間，成像單元位于分束單元和合束單元直線上合束單元一側。
[0050]反射型像面相移數字全息顯微系統中顯微物鏡位于分束單元和合束單元直線上合束單元一側，成像單元位于合束單元旁側且在第二光束的延長線上。
[0051]以下結合【具體實施方式】對兩種顯微系統作進一步說明。
[0052]參圖1所示為第一實施方式中透射型像面相移數字全息顯微系統的結構示意圖。
[0053]該顯微系統包括激光器1，分束棱鏡2,第一反射鏡3,擴束透鏡4,準直透鏡5,第二反射鏡6，相移器7，物體8，顯微物鏡9，合束棱鏡10，CXDlI。其中，相移器7與第二發射鏡6相連接。
[0054]本實施方式中顯微物鏡9位于分束棱鏡2和合束棱鏡10之間，成像單元CXDll位于分束棱鏡2和合束棱鏡10直線上合束棱鏡10 —側。
[0055]由激光器發出的激光分為兩束，分別為照明光束和參考光束。照明光束用于照明物體形成第一光束并成像于CCD上；參考光束擴束準直后作為參考光,參考光通過相移器引入一定的相移，形成第二光束，第一光束和第二光束干涉產生的多幅相移全息圖由CCD記錄，經計算機程序處理后實現任意步長相移物體相位再現，且可校正相位誤差。
[0056]參圖2所示為第二實施方式中反射型像面相移數字全息顯微系統的結構示意圖。
[0057]該顯微系統包括激光器1，分束棱鏡2,第一反射鏡3,擴束透鏡4,準直透鏡5,第二反射鏡6，相移器7，物體8，顯微物鏡9，合束棱鏡10，CXDlI。其中，相移器7與第二發射鏡6相連接。
[0058]本實施方式中顯微物鏡9位于分束棱鏡2和合束棱鏡10直線上合束棱鏡10 —側，成像單元CXDll位于合束棱鏡10旁側且在合束棱鏡10中相對于第二反射鏡6另一側。
[0059]由激光器發出的激光分為兩束，分別為照明光束和參考光束。照明光束用于照明物體形成第一光束并成像于CCD上；參考光束擴束準直后作為參考光,參考光通過相移器引入一定的相移，形成第二光束，第一光束和第二光束干涉產生的多幅相移全息圖由CCD記錄，經計算機程序處理后實現任意步長相移物體相位再現，且可校正相位誤差。
[0060]本實用新型采用相移像面顯微全息技術，直接記錄像平面的全息圖，并可通過軟件進行相位補償，得到物體的準確相位信息。
[0061]由以上實施方式可以看出，本實用新型具有以下有益效果:[0062]可采用任意相移角度進行測量，降低了操作精確性要求；
[0063]直接在像面進行測量，無需調節重建參數；
[0064]可以對顯微物鏡引入的相位因子采用計算機進行自動補償，得到物體的準確相位。
[0065]對于本領域技術人員而言，顯然本實用新型不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本實用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本實用新型。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實用新型的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本實用新型內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。
[0066]此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。
【權利要求】
1.一種像面相移數字全息顯微系統，其特征在于，所述顯微系統包括: 激光器，用于產生激光光束； 分束單元，用于將激光器產生的激光光束分為照明光束和參考光束； 照明光束傳輸單元，包括顯微物鏡，顯微物鏡利用照明光束對物體進行顯微，提供第一光束； 參考光束傳輸單兀，包括相移器，用于在參考光束引入相移，提供第二光束； 合束單元，用于對第一光束和第二光束進行合束干涉，產生相移全息圖； 成像單元，用于記錄合束單元產生的相移全息圖。
2.根據權利要求1所述的顯微系統，其特征在于，所述參考光束傳輸單元沿參考光束傳輸方向依次包括第一反射鏡、擴束透鏡、準直透鏡、第二反射鏡，所述相移器與第二反射鏡相連。
3.根據權利要求1所述的顯微系統，其特征在于，所述分束單元包括分束棱鏡，合束單元包括合束棱鏡。
4.根據權利要求3所述的顯微系統，其特征在于，所述激光器產生的光束經分束單元分束后的照明光束和參考光束相互垂直。
5.根據權利要求1所述的顯微系統，其特征在于，所述顯微物鏡位于分束單元和合束單元之間，成像單元位于分束單元和合束單元直線上合束單元一側。
6.根據權利要求1所述的顯微系統，其特征在于，所述顯微物鏡位于分束單元和合束單元直線上合束單元一側，成像單元位于合束單元旁側且在第二光束的延長線上。
【文檔編號】G02B21/36GK203616008SQ201320531309
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年8月29日 優先權日:2013年8月29日
【發明者】周皓, 顧濟華, 趙宏波, 陳大慶 申請人:蘇州大學