基于遠心光學(xué)結(jié)構(gòu)的透射式數(shù)字全息顯微成像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)測量、成像技術(shù)，特別是一種基于遠心光學(xué)結(jié)構(gòu)的透射式數(shù)字全息顯微成像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)字全息作為一種新型相干測量與成像技術(shù)，其最大的優(yōu)勢在于能夠同時獨立地獲取物體的定量振幅信息和相位信息。當對生物細胞等幾乎透明的物體進行定量檢測時，相位信息顯得尤為重要。然而，使用傳統(tǒng)的數(shù)字全息顯微系統(tǒng)進行定量相位測量時，要準確地獲得物體的相位像，就必須要首先對再現(xiàn)像中的相位畸變進行校正，這就需要知道實驗中的各個參數(shù)，如記錄距離、物參夾角、顯微物鏡的放大倍率等。因此，近幾年相位畸變校正已經(jīng)成為國內(nèi)外研究者的關(guān)注熱點。
[0003]按實現(xiàn)方法分類，相位畸變校正可分為兩類:一類是通過軟件方法，即在計算機中，通過數(shù)值再現(xiàn)進行畸變校正，瑞士研究組T.Colomb等人提出了三種消除相位畸變的方法([1]T.Colomb, et al.“Numerical Parametric Lens for Shifting, Magnificat1n, andComplete Aberrat1n Compensat1n in Digital Holographic Microscopy，，.J.0pt.Soc.Am.A.2006, 23(12):3177?3190)，第一種是自動相位掩膜法，通過多次曲線擬合法來自動確定重建參數(shù)來校正相位畸變，第二種是提出利用參考共軛全息圖來校正相位畸變，第三種是選取再現(xiàn)視場中無物體的平坦區(qū)域，通過澤尼克多項式擬合來獲得畸變相位。在國內(nèi)，西北工業(yè)大學(xué)的趙建林等人提出了基于最小二乘曲面擬合法([2] J.L.Di, et al.“PhaseAberrat1n Compensat1n of Digital Holographic Microscopy based on LeastSquares Surface Fitting”.0pt.Commun..2009，(282): 3873 ?3877)，只需一幅全息圖，便消除相位畸變。但是上述通過后期計算進行相位畸變補償?shù)姆椒ù蠖噙\算量大，不論是澤尼克多項式擬合還是最小二乘曲面擬合等擬合方法的計算時間都隨拍攝得到的全息圖尺寸大小的增大而急劇增大。另一類是通過硬件方法即在實驗記錄中通過設(shè)計相應(yīng)的系統(tǒng)光路來消除相位畸變，比如較為典型的意大利研究組P.Ferraro等人提出一種有效的兩步曝光法([3]P.Ferraro, et al.“Compensat1n of the Inherent Wave Front Curvaturein Digital Holographic Coherent Microscopy for Quantitative Phase—contrastImaging”.Appl.0pt.2003, 42(11): 1938?1946)，這種方法的思路是分別拍攝有樣品和無樣品時的兩幅全息圖再進行相位相減，可以一次去掉所有畸變。然而，兩步曝光法需記錄兩幅全息圖，對系統(tǒng)穩(wěn)定性要求較高。美國的M.K.Kim研究組提出一種物理補償?shù)姆椒?[4]Μ.K.Kim.“Applicat1ns of Digital Holography in B1medical Microscopy，，.J.0pt.Soc.Korea.2010, 14(2):77?89)，這種方法沒有在物光光路中使用鏡筒透鏡，而是在參考光路中加入了另一個相同的顯微物鏡，試圖使球面參考光的曲率與球面物光的曲率相同，從而在實驗記錄中消除二次相位畸變，但是該方法所加入的第二個顯微物鏡的位置很難確定和調(diào)節(jié)，而輕微的位置偏移都會導(dǎo)致相位畸變無法完全消除。所以如何實現(xiàn)精度又高調(diào)節(jié)又方便的相位畸變硬件補償成為了數(shù)字全息顯微成像中一項技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于遠心光學(xué)結(jié)構(gòu)的透射式數(shù)字全息顯微成像裝置，以避免了數(shù)字全息顯微成像系統(tǒng)中出現(xiàn)相位畸變問題。
[0005]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種基于遠心光學(xué)結(jié)構(gòu)的透射式數(shù)字全息顯微成像裝置，包括激光器、第一分束鏡、第一集光鏡、第一聚光鏡針孔光闌、第一聚光鏡、第一平面鏡、顯微物鏡、鏡筒透鏡、第二集光鏡、第二聚光鏡針孔光闌、第二聚光鏡、衰減片、第二平面鏡、第二分束鏡與相機，其中第一分束鏡將激光器發(fā)出的激光分成兩路，其中一路激光經(jīng)過第一集光鏡匯聚到第一聚光鏡針孔光闌，光通過第一聚光鏡針孔光闌發(fā)散后被第一聚光鏡收集變成平行光經(jīng)過第一平面鏡反射照射待測樣品，透射過待測樣品的光被顯微物鏡收集，并經(jīng)過鏡筒透鏡放大再次變成平行光經(jīng)過第二分束鏡反射后垂直照射相機的成像平面，這一路稱為物光；另一路激光經(jīng)過第二集光鏡匯聚到第二聚光鏡針孔光闌，光通過第二聚光鏡針孔光闌發(fā)散后被第二聚光鏡收集變成平行光，再經(jīng)過衰減片衰減和第二平面鏡反射后傾斜照射相機的成像平面，這一路參考光與物光干涉，形成的干涉圖由相機記錄下來。
[0006]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點:采用了遠心光學(xué)結(jié)構(gòu)，使物光和參考光這兩束平行光在相機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和畸變，大大提高了系統(tǒng)的準確度，而且無需其他復(fù)雜的物理或計算像差補償過程，提高了成像的速度，降低了后期計算處理的復(fù)雜度。
[0007]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。
【附圖說明】
[0008]圖1(a)-(b)為基于遠心光學(xué)結(jié)構(gòu)的透射式數(shù)字全息顯微成像裝置的兩種等價裝置的示意圖；圖1(a)是使用分束鏡進行分光的一種基于遠心光學(xué)結(jié)構(gòu)的透射式數(shù)字全息顯微成像裝置的示意圖；圖1(b)是使用光纖與光纖分路器進行分光的一種基于遠心光學(xué)結(jié)構(gòu)的透射式數(shù)字全息顯微成像裝置的示意圖。
[0009]圖2(a)_(e)為利用基于遠心光學(xué)結(jié)構(gòu)的透射式數(shù)字全息顯微成像裝置對人體巨噬細胞進行數(shù)字全息顯微成像的結(jié)果；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級譜；圖2(c)是+1級譜平移到頻譜中央后的結(jié)果，即物體的原始頻譜；圖2(d)是利用傅立葉逆變換求出的物體的光強分布圖；圖2(e)是利用傅立葉逆變換求出的物體的相位分布圖。
【具體實施方式】
[0010]結(jié)合圖1(a)，本發(fā)明基于遠心光學(xué)結(jié)構(gòu)的透射式數(shù)字全息顯微成像裝置，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16記錄下來。
[0011]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，同時也是第二聚光鏡12的前焦面位置，這樣保證了入射的激光經(jīng)過針孔濾波后出射的是平行光。
[0012]本發(fā)明基于遠心光學(xué)結(jié)構(gòu)的透射式數(shù)字全息顯微成像裝置還有另外等價的光學(xué)結(jié)構(gòu)，如圖1(b)所不，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16，其中激光器1發(fā)出的激光通過光纖耦合進入光纖分路器17，分成兩路后再通過光纖耦