基于电控变焦透镜的透射式数字全息显微成像装置制造方法及图纸

本发明专利技术适用于光学成像及测量技术领域，提供了一种基于电控变焦透镜的透射式数字全息显微成像装置，包括：激光器、第一分束镜、第一光路转向组件、第二光路转向组件、第二分束镜和相机；其中，第一分束镜用于将激光器发出的激光分离为物光和参考光；第一光路转向组件用于将物光经过显微物镜后产生的物光球面波的传播方向引导至第二分束镜；第二光路转向组件中的电控变焦透镜用于通过改变焦距，来使参考光经过电控变焦透镜后形成的参考光球面波的曲率与物光球面波的曲率相同；第二光路转向组件用于将参考光球面波的传播方向引导至第二分束镜，第二分束镜用于将球面波输出，相机用于记录形成的干涉条纹图。本发明专利技术提供的装置可以消除相位畸变。

Transmission type digital holographic micro imaging device based on electrically controlled zoom lens

The invention is applicable to optical imaging and measurement technology, and provides a transmission type digital holographic microscopy imaging device, electronic zoom lens based on laser, including: the first beam splitter, a first optical path steering assembly, second light beam steering assembly, second beam splitter and camera; wherein, the first beam splitter is used to the laser emitted by the laser separation as the object and reference light; the first light path steering assembly is used for optical propagation through the direction of material surface after the photosphere microobjective wave guide to second beam splitter; second light beam steering control component of the zoom lens used by changing the focal length to the reference light through the curvature and object reference surface to form the electronic photospheric photospheric zoom lens after the wave of the same optical path; second steering ball surface wave propagation direction of reference guide to the second component for splitting The second beam mirror is used to output spherical waves, and the camera is used to record the interferogram formed. The device provided by the invention can eliminate phase distortion.

【技术实现步骤摘要】
基于电控变焦透镜的透射式数字全息显微成像装置
本专利技术属于光学成像及测量
，尤其涉及一种基于电控变焦透镜的透射式数字全息显微成像装置。
技术介绍
数字全息显微成像技术作为定量相位测量的一种重要手段，能够利用一幅全息图同时独立的获得物体定量的振幅信息和相位信息，实现实时动态、高分辨率、非侵入测量。该技术广泛应用在应力测量、活体细胞观测、微结构器件三维测量等方面。数字全息显微技术由于引入了显微物镜，可以提高测量系统的横向分辨率。不同放大倍率显微物镜可应用在不同样品的测量中，大数值孔径的物镜虽然测量视场较小，但是能够观察到更多的样品的细节信息，可用于生物组织细胞的测量。反之，小数值孔径的物镜虽然不能得到样品更多细节的信息，但是能够获得较大的测量视场，可用于菲尼尔透镜等微阵列结构器件测量。所以，对于不同的待测透明样品，可以使用不同倍率的显微物镜。然而，使用显微物镜，会在获取的相位信息中引入相位畸变，所以使用传统数字全息显微系统进行定量相位测量时，必须对此现象进行相位畸变校正，才能获得物体准确的相位信息。近年来，相位畸变校正已经成为国内外学者研究的热点。数字全息显微成像中相位畸变校正方法，主要分为数值补偿法和物理补偿法两类。数值补偿法，即借用计算机，通过后期数值算法处理消除相位畸变，有课题组提出两次曝光法，这种方法是分别采集有样品和无样品时的两幅全息图，求得对应的相位相减就可以消除相位畸变，但是该方法需要采集两幅全息图，系统需要保持较高的稳定性。还有课题组提出相位掩膜、参考共轭全息图、泽尼克多项式拟合三种数值法来消除相位畸变。另外有人提出只采集一幅全息图，利用最小二乘曲面拟合法就能消除相位畸变。然而数值补偿法中需要曲线拟合、多项式拟合等数值计算，随着记录全息图尺寸增大，计算量也会增大。物理补偿法，即在测量系统中通过引入特定的光学元件来消除相位畸变，可用在Mach-Zehnder干涉结构、Linnik干涉结构。有人提出远心系统结构的方法,该方法是在物光光路中使用镜筒透镜，与显微物镜形成远心结构，从而消除相位畸变，但是在商业数字全息显微系统中，为了节省空间和保证系统紧凑性，常常不能满足远心结构的要求。有课题组提出一种方法，该方法在参考光路加入和物光光路相同的显微物镜，通过调节显微物镜位置实现球面参考光和球面物光曲率相同，消除相位畸变。还有一种方法是在参考光光路引入一个普通透镜，调节透镜的位置产生不同曲率球面波匹配显微物镜的曲率，但是上述两种方法都需要对透镜进行机械移动。因此，在引入显微物镜的情况下，需要对透镜进行机械移动，来消除显微物镜带来的相位畸变；并且，在对不同样品进行测量时，一方面，需要手动切换不同倍率的物镜成像，另一方面，也需要对透镜进行机械移动，才能消除显微物镜带来的相位畸变，不能保证系统的稳定性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种基于电控变焦透镜的透射式数字全息显微成像装置，旨在通过切换不同倍率显微物镜来满足不同测量需求的同时，能够利用电控变焦透镜灵活的补偿不同倍率显微物镜带来的相位畸变，避免了光学元件的机械移动。本专利技术提供了一种基于电控变焦透镜的透射式数字全息显微成像装置，包括：激光器、第一分束镜、第一光路转向组件、第二光路转向组件、第二分束镜和相机；其中，所述激光器用于发出激光，并经过所述第一分束镜；所述第一分束镜用于将所述激光分离为物光和参考光，所述物光经过所述第一光路转向组件，产生物光球面波，所述参考光经过所述第二光路转向组件，产生参考光球面波；所述第二分束镜，用于将所述物光球面波和所述参考光球面波输出至所述相机的成像平面；所述相机，用于记录所述物光球面波和所述参考光球面波在所述相机的成像平面上干涉形成的干涉条纹图；其中，所述第一光路转向组件包括显微物镜转盘和显微物镜，所述显微物镜置于所述显微物镜转盘中，所述显微物镜转盘用于根据待测透明样品切换不同倍率的显微物镜；所述第二光路转向组件包括电控变焦透镜，所述电控变焦透镜用于根据切换的显微物镜的倍率来改变焦距，从而使参考光经过所述电控变焦透镜后形成的参考光球面波的曲率与所述物光球面波的曲率相同。进一步地，所述第一光路转向组件还包括：第一平面镜；所述第一平面镜与所述物光呈45度角放置，所述第一平面镜用于对物光进行反射，并且反射光依次经过待测透明样品和显微物镜后产生物光球面波。进一步地，所述第二光路转向组件还包括：第二平面镜；所述第二平面镜与所述参考光呈45度角放置，所述第二平面镜用于将所述参考光球面波反射到所述第二分束镜。进一步地，所述第二光路转向组件还包括：衰减片；所述衰减片置于所述第一分束镜和所述电控变焦透镜之间，用于使经过的参考光光路的光强发生衰减。进一步地，所述透射式数字全息显微成像装置还包括：聚光镜；所述聚光镜置于所述激光器和所述第一分束镜之间，用于使经过的激光变成平行光。进一步地，所述第一分束镜分离的反射光作为物光，分离的透射光作为参考光。进一步地，所述物光和参考光的比例为7：3。本专利技术与现有技术相比，有益效果在于：本专利技术提供的一种基于电控变焦透镜的透射式数字全息显微成像装置，一方面，在引入显微物镜的情况下，可以通过改变电控变焦透镜的焦距，来消除显微物镜带来的相位畸变，避免了光学元件的机械移动；另一方面，因为引入了显微物镜转盘，在针对不同的待测透明样品时，可以利用显微物镜转盘实现方便的切换不同倍率的显微物镜，满足不同的测量需求，并且，可以根据切换的显微物镜的倍率来改变电控变焦透镜的焦距，使参考光经过所述电控变焦透镜后形成的参考光球面波的曲率与所述物光球面波的曲率相同，从而消除相位畸变；切换不同倍率显微物镜时既不需要手动拆卸光路，特别是对于紧凑、笼式结构的数字全息显微测量系统，又不需要对透镜进行机械移动，满足了不同的测量需求，保证了系统的稳定性和实用性。附图说明图1是本专利技术实施例提供的基于电控变焦透镜的透射式数字全息显微成像装置的结构示意图；图2a是本专利技术实施例提供的无待测透明样品、无电控变焦透镜时采集的干涉条纹图；图2b是图2a提供的干涉条纹图的频谱分布图；图3a是本专利技术实施例提供的无待测透明样品、有电控变焦透镜时采集的干涉条纹图；图3b是图3a提供的干涉条纹图的频谱分布图；图4a是本专利技术实施例提供的待测的生物组织样品剑水蚤的图样；图4b是采用4倍显微物镜对图4a中的大方框区域的成像相位恢复结果的示意图；图4c是采用10倍显微物镜对图4a中的小方框区域的成像相位恢复结果的示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术的主要实现思想为：利用第一分束镜将射入的激光分离为物光和参考光，物光光路中光通过待测透明样品和显微物镜后，形成物光球面波；在参考光光路中，因为引入了电控变焦透镜，可以通过调节电流来调节电控变焦透镜的焦距，从而产生与物光球面波一样曲率的参考光球面波，这样物光球面波和参考光球面波在相机成像平面上形成干涉图，消除了相位畸变；并且，由于引入了电控变焦透镜，从而避免了物理补偿中光学元件需要的机械移动的操作。在物光光路中，由于引入了显微物镜转盘，可以根据待测透明本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电控变焦透镜的透射式数字全息显微成像装置，其特征在于，包括：激光器、第一分束镜、第一光路转向组件、第二光路转向组件、第二分束镜和相机；其中，所述激光器用于发出激光，并经过所述第一分束镜；所述第一分束镜用于将所述激光分离为物光和参考光，所述物光经过所述第一光路转向组件，产生物光球面波，所述参考光经过所述第二光路转向组件，产生参考光球面波；所述第二分束镜，用于将所述物光球面波和所述参考光球面波输出至所述相机的成像平面；所述相机，用于记录所述物光球面波和所述参考光球面波在所述相机的成像平面上干涉形成的干涉条纹图；其中，所述第一光路转向组件包括显微物镜转盘和显微物镜，所述显微物镜置于所述显微物镜转盘中，所述显微物镜转盘用于根据待测透明样品切换不同倍率的显微物镜；所述第二光路转向组件包括电控变焦透镜，所述电控变焦透镜用于根据切换的显微物镜的倍率来改变焦距，从而使参考光经过所述电控变焦透镜后形成的参考光球面波的曲率与所述物光球面波的曲率相同。

【技术特征摘要】
1.一种基于电控变焦透镜的透射式数字全息显微成像装置，其特征在于，包括：激光器、第一分束镜、第一光路转向组件、第二光路转向组件、第二分束镜和相机；其中，所述激光器用于发出激光，并经过所述第一分束镜；所述第一分束镜用于将所述激光分离为物光和参考光，所述物光经过所述第一光路转向组件，产生物光球面波，所述参考光经过所述第二光路转向组件，产生参考光球面波；所述第二分束镜，用于将所述物光球面波和所述参考光球面波输出至所述相机的成像平面；所述相机，用于记录所述物光球面波和所述参考光球面波在所述相机的成像平面上干涉形成的干涉条纹图；其中，所述第一光路转向组件包括显微物镜转盘和显微物镜，所述显微物镜置于所述显微物镜转盘中，所述显微物镜转盘用于根据待测透明样品切换不同倍率的显微物镜；所述第二光路转向组件包括电控变焦透镜，所述电控变焦透镜用于根据切换的显微物镜的倍率来改变焦距，从而使参考光经过所述电控变焦透镜后形成的参考光球面波的曲率与所述物光球面波的曲率相同。2.如权利要求1所述的透射式数字全息显微成像装置，其特征在于，所述第一光路转向组件还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭翔，邓定南，彭军政，刘晓利，何文奇，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44