本发明专利技术公开了一种基于远心光学结构的透射式数字全息显微成像装置，采用了远心光学结构，使物光和参考光这两束平行光在相机成像平面上干涉形成干涉图，从而可避免传统数字全息显微成像装置中的像差，大大提高了系统的准确度，而且无需其他复杂的物理或计算像差补偿过程，提高了成像的速度，降低了后期计算处理的复杂度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学测量、成像技术，特别是一种基于远心光学结构的透射式数字全息显微成像装置。
技术介绍
数字全息作为一种新型相干测量与成像技术，其最大的优势在于能够同时独立地获取物体的定量振幅信息和相位信息。当对生物细胞等几乎透明的物体进行定量检测时，相位信息显得尤为重要。然而，使用传统的数字全息显微系统进行定量相位测量时，要准确地获得物体的相位像，就必须要首先对再现像中的相位畸变进行校正，这就需要知道实验中的各个参数，如记录距离、物参夹角、显微物镜的放大倍率等。因此，近几年相位畸变校正已经成为国内外研究者的关注热点。按实现方法分类，相位畸变校正可分为两类:一类是通过软件方法，即在计算机中，通过数值再现进行畸变校正，瑞士研究组T.Colomb等人提出了三种消除相位畸变的方法(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)，第一种是自动相位掩膜法，通过多次曲线拟合法来自动确定重建参数来校正相位畸变，第二种是提出利用参考共轭全息图来校正相位畸变，第三种是选取再现视场中无物体的平坦区域，通过泽尼克多项式拟合来获得畸变相位。在国内，西北工业大学的赵建林等人提出了基于最小二乘曲面拟合法( J.L.Di, et al.“PhaseAberrat1n Compensat1n of Digital Holographic Microscopy based on LeastSquares Surface Fitting”.0pt.Commun..2009，(282): 3873 ?3877)，只需一幅全息图，便消除相位畸变。但是上述通过后期计算进行相位畸变补偿的方法大多运算量大，不论是泽尼克多项式拟合还是最小二乘曲面拟合等拟合方法的计算时间都随拍摄得到的全息图尺寸大小的增大而急剧增大。另一类是通过硬件方法即在实验记录中通过设计相应的系统光路来消除相位畸变，比如较为典型的意大利研究组P.Ferraro等人提出一种有效的两步曝光法(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)，这种方法的思路是分别拍摄有样品和无样品时的两幅全息图再进行相位相减，可以一次去掉所有畸变。然而，两步曝光法需记录两幅全息图，对系统稳定性要求较高。美国的M.K.Kim研究组提出一种物理补偿的方法(Μ.K.Kim.“Applicat1ns of Digital Holography in B1medical Microscopy，，.J.0pt.Soc.Korea.2010, 14(2):77?89)，这种方法没有在物光光路中使用镜筒透镜，而是在参考光路中加入了另一个相同的显微物镜，试图使球面参考光的曲率与球面物光的曲率相同，从而在实验记录中消除二次相位畸变，但是该方法所加入的第二个显微物镜的位置很难确定和调节，而轻微的位置偏移都会导致相位畸变无法完全消除。所以如何实现精度又高调节又方便的相位畸变硬件补偿成为了数字全息显微成像中一项技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于远心光学结构的透射式数字全息显微成像装置，以避免了数字全息显微成像系统中出现相位畸变问题。实现本专利技术目的的技术解决方案为:一种基于远心光学结构的透射式数字全息显微成像装置，包括激光器、第一分束镜、第一集光镜、第一聚光镜针孔光阑、第一聚光镜、第一平面镜、显微物镜、镜筒透镜、第二集光镜、第二聚光镜针孔光阑、第二聚光镜、衰减片、第二平面镜、第二分束镜与相机，其中第一分束镜将激光器发出的激光分成两路，其中一路激光经过第一集光镜汇聚到第一聚光镜针孔光阑，光通过第一聚光镜针孔光阑发散后被第一聚光镜收集变成平行光经过第一平面镜反射照射待测样品，透射过待测样品的光被显微物镜收集，并经过镜筒透镜放大再次变成平行光经过第二分束镜反射后垂直照射相机的成像平面，这一路称为物光；另一路激光经过第二集光镜汇聚到第二聚光镜针孔光阑，光通过第二聚光镜针孔光阑发散后被第二聚光镜收集变成平行光，再经过衰减片衰减和第二平面镜反射后倾斜照射相机的成像平面，这一路参考光与物光干涉，形成的干涉图由相机记录下来。本专利技术与现有技术相比，其显著优点:采用了远心光学结构，使物光和参考光这两束平行光在相机成像平面上干涉形成干涉图，从而可避免传统数字全息显微成像装置中的像差和畸变，大大提高了系统的准确度，而且无需其他复杂的物理或计算像差补偿过程，提高了成像的速度，降低了后期计算处理的复杂度。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。【附图说明】图1(a)-(b)为基于远心光学结构的透射式数字全息显微成像装置的两种等价装置的示意图；图1(a)是使用分束镜进行分光的一种基于远心光学结构的透射式数字全息显微成像装置的示意图；图1(b)是使用光纤与光纤分路器进行分光的一种基于远心光学结构的透射式数字全息显微成像装置的示意图。图2(a)_(e)为利用基于远心光学结构的透射式数字全息显微成像装置对人体巨噬细胞进行数字全息显微成像的结果；图2(a)是数字全息显微镜拍摄到的原始干涉图；图2(b)是原始干涉图2(a)经过傅立叶变换的频谱，图中用小框框出的是+1级谱；图2(c)是+1级谱平移到频谱中央后的结果，即物体的原始频谱；图2(d)是利用傅立叶逆变换求出的物体的光强分布图；图2(e)是利用傅立叶逆变换求出的物体的相位分布图。【具体实施方式】结合图1(a)，本专利技术基于远心光学结构的透射式数字全息显微成像装置，包括激光器1、第一分束镜2、第一集光镜3、第一聚光镜针孔光阑4、第一聚光镜5、第一平面镜6、显微物镜8、镜筒透镜9、第二集光镜10、第二聚光镜针孔光阑11、第二聚光镜12、衰减片13、第二平面镜14、第二分束镜15与相机16，其中第一分束镜2将激光器1发出的激光分成两路，其中一路激光经过第一集光镜3汇聚到第一聚光镜针孔光阑4，光通过第一聚光镜针孔光阑4发散后被第一聚光镜5收集变成平行光经过第一平面镜6反射照射待测样品7，透射过待测样品7的光被显微物镜8收集，并经过镜筒透镜9放大再次变成平行光经过第二分束镜15反射后垂直照射相机16的成像平面，这一路称为物光；另一路激光经过第二集光镜10汇聚到第二聚光镜针孔光阑11，光通过第二聚光镜针孔光阑11发散后被第二聚光镜12收集变成平行光，再经过衰减片13衰减和第二平面镜14反射后倾斜照射相机16的成像平面，这一路参考光与物光干涉，形成的干涉图由相机16记录下来。所述的第一聚光镜针孔光阑4放置在第一集光镜3的后焦面位置，同时也是第一聚光镜5的前焦面位置；第二聚光镜针本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于远心光学结构的透射式数字全息显微成像装置，其特征在于包括激光器(1)、第一分束镜(2)、第一集光镜(3)、第一聚光镜针孔光阑(4)、第一聚光镜(5)、第一平面镜(6)、显微物镜(8)、镜筒透镜(9)、第二集光镜(10)、第二聚光镜针孔光阑(11)、第二聚光镜(12)、衰减片(13)、第二平面镜(14)、第二分束镜(15)与相机(16)，其中第一分束镜(2)将激光器(1)发出的激光分成两路，其中一路激光经过第一集光镜(3)汇聚到第一聚光镜针孔光阑(4)，光通过第一聚光镜针孔光阑(4)发散后被第一聚光镜(5)收集变成平行光经过第一平面镜(6)反射照射待测样品(7)，透射过待测样品(7)的光被显微物镜(8)收集，并经过镜筒透镜(9)放大再次变成平行光经过第二分束镜(15)反射后垂直照射相机(16)的成像平面，这一路称为物光；另一路激光经过第二集光镜(10)汇聚到第二聚光镜针孔光阑(11)，光通过第二聚光镜针孔光阑(11)发散后被第二聚光镜(12)收集变成平行光，再经过衰减片(13)衰减和第二平面镜(14)反射后倾斜照射相机(16)的成像平面，这一路参考光与物光干涉，形成的干涉图由相机(16)记录下来。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈钱，孙佳嵩，左超，冯世杰，顾国华，张玉珍，胡岩，张良，陶天阳，李加基，张佳琳，孔富城，林飞，张敏亮，范瑶，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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