用于全息成像的方法和成像系统技术方案

一种用于物体(106)的全息成像的方法，包括：使用低于激光器(102)的阈值电流的电流来驱动(302)激光器(102)；使用由激光器(102)输出的照明光(104)来照射(304)物体(106)；以及检测(306)由已与物体(106)交互的物体光和照明光(104)的参考光形成的干涉图样。还提供了用于全息成像的成像系统(100)。

Method and imaging system for holographic imaging

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于全息成像的方法和成像系统
本专利技术涉及用于全息成像的方法。本专利技术还涉及用于全息成像的成像系统。
技术介绍
数字全息术是一个新兴领域，其在多种不同应用可有助于物体的成像和分析。数字全息术利用数字图像传感器，诸如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。可以通过免透镜或无透镜成像获得数字全息图，其中为了生成物体的图像，透镜是非必需的。因而，使用数字全息术能够实现成本高效、紧凑且轻重量的成像方法，其可以例如在显微镜学应用中被使用。在数字全息术中，提供物体的均匀照明的光束被用于基于已与物体交互的物体光和该光束的参考光来创建干涉图样。干涉图样可以通过数字图像传感器来获取，并且随后，所获取的干涉图样可被重构以便确定物体的图像。然而，用于获取干涉图样的光学系统中的各组件可能影响所获取的图样，并因此还可能影响经重构的图像。例如，用于获取数字全息图的装置通常可以涉及一个或多个表面，其中光束通过反射或透射(诸如反射镜、在待分析的物体上的盖玻璃、样品基板等)来被引导。具体而言，当流体样品被成像时，光束通常穿过基于在装置中呈现该样品的若干界面。在不同折射率的介质之间的此类界面中的多次反射可导致干涉，这可能影响所获取的干涉图样的质量。因而，可能需要最小化光学系统中的界面的数目，这也可能影响设置用于全息成像的光学系统的自由度。在US2012/0218379中，公开了一种系统，其中具有设置在其中的孔径的空间滤波器被配置成允许照明的通过。接着，照明源被配置成通过带有被插在照明源和样品保持器之间的空间滤波器的孔径来照射样品。这意味着完全不相干的源可被使用。利用这种配置，系统可能不会对由被布置在照明光束的光学路径中的各表面之间的各界面中的多次反射引起的干扰敏感。然而，非相干光的空间滤波本质上是非常低效的过程，这是由于光源和孔径之间的模式不匹配导致显著的光学功率的浪费。这也意味着利用该系统获取的全息图像的分辨率将相对较低。因而，存在对改进用于全息成像的装置的需要。
技术实现思路
本专利技术构思的目的是提供一种改进的全息成像。本专利技术构思的一个特定目的是提供对被布置在光学路径中的各界面中的反射不特别敏感的全息成像。本专利技术构思的这些和其他目的至少部分地由独立权利要求中限定的本专利技术来满足。在从属权利要求中阐述了优选实施例。根据第一方面，提供一种用于物体的全息成像的方法，所述方法包括：使用低于激光器的阈值电流的电流来驱动激光器；使用由激光器输出的照明光来照射物体；以及检测由已与物体交互的物体光和照明光的参考光形成的干涉图样。根据本专利技术，激光器被用于照射物体以供全息成像。然而，相比于对激光器的普通和有意使用而言，该激光器是使用低于激光器的阈值电流的电流来驱动的。因而，激光器被用于输出具有低时间相干性的光，因为激光器被低于阈值电流驱动，并且激光器的光放大率因此不大于激光器中的损耗。因此，所发出的辐射将由自发发射占主导。激光器的使用允许辐射被以高空间相干性输出，激光器可以被固有地设置为点源，其发射源自非常小的发光区域的辐射。激光器腔可以提供窄拘束，其可用于确保输出光具有高空间相干性。而且，即使当激光器被低于阈值电流驱动时，光的空间相干性也可以通过辐射的某种受激发射来被增强。因此，本专利技术的洞察在于，在亚阈值体制中被驱动的激光源可被用于提供具有高空间相干性的光，这允许形成干涉图样以便分析所照射的物体，同时仍然提供低时间相干性以使得来自光学路径中的各界面的任何反射将不会导致干涉。因而，该方法允许使用便宜且简单的装置来提供全息成像，同时仍然提供高质量的物体的全息成像。物体的照明使用由激光器在使用低于阈值电流的所述电流被驱动时所输出的照明光。如在本申请的上下文中所使用的，“全息成像”应该被解释为任何类型的允许从已与物体交互的物体光和没有与物体交互或未受物体影响的参考光的关系形成干涉图样的成像。全息成像可因而在无需使用用于形成像平面的任何透镜的情况下被实现，并且因此也可以被称为免透镜或无透镜成像。然而，严格来说，全息成像不需要是完全免透镜的。相反，尽管不是必需的，可以在光学路径的某些部分中使用透镜。与物体交互的光可以以不同方式与物体交互，诸如通过被物体衰减、反射、折射、衍射和/或相位调制。参考光可以被引导通过不同的光学路径以便根本就不穿过物体，或者可以借助于部分透明的物体而不受影响地透射通过物体。术语“参考光”应被解释为不受物体影响的光。物体和参考光可以在一公共光束内，因为该光束的一部分可以与该物体交互，并且该光束的一部分可以被传送而不与该物体交互。根据一实施例，该方法进一步包括基于检测到的干涉图样重构物体的光学图像。重构使得光学图像能够被数字地形成，使得对检测到的干涉图样的图像处理是充分的，以便获得光学图像。根据一实施例，该方法进一步包括控制驱动器电路系统以控制驱动激光器的电流。驱动器电路系统可以确保激光器被低于阈值电流驱动，使得期望的光由激光器输出。当激光器被低于阈值电流驱动时，输出光的强度与当激光器正输出激光时相比将非常小。因此，可能期望驱动电流接近阈值电流以使输出光的强度尽可能得高，而无需激光器输出激光或者没有来自各界面中的多次反射的在检测到的干涉图样中形成的干涉条纹。在一个实施例中，激光器使用使得电流低于阈值电流的量值的电流来被驱动，同时激光器仍然正在输出光以供物体的照明，使得干涉图样可被形成。根据一实施例，该方法进一步包括标识检测到的干涉图样中的不期望的干涉条纹；以及响应于这样的标识，控制驱动器电路系统以减小驱动激光器的电流并且基于使用经减小的电流驱动的激光器所输出的照明光来检测第二干涉图样。全息成像对输出光的时间相干性的灵敏度可取决于成像的装置(例如，界面的数目和介质的折射率的不匹配)。因而，事先可能不容易知道以特定电流驱动激光器是否将产生所需质量的全息图像。因此，迭代过程可以被有利地使用，使得当包括由于光在光学路径中的多次反射引起的不期望的干涉条纹的干涉图样被检测到时，驱动激光器的电流可被减小以降低照明光的时间相干性。激光源的规格可以提供激光源的阈值电流。然而，该规格可能不是非常准确。因此，为了确保激光将不被输出，激光源可以使用基本上低于指定阈值电流的电流来被驱动。替代地，如果第一检测到的干涉图样包括不期望的干涉条纹，则电流可被减小。根据一实施例，该方法进一步包括接收与阈值电流相关的参数测量，其中对驱动器电路系统的控制基于该参数的测量。借助于接收到参数测量，该控制可以确保驱动电流接近阈值电流而不超过阈值电流。例如，根据一实施例，对驱动器电路系统的控制基于激光器的环境温度。激光介质的温度可能强烈地影响激光器的阈值电流，并且当环境温度不同时，阈值电流也可能不同。基于环境温度进行控制可以设置要在驱动激光器时使用的第一电流值，该第一电流值可以在发现不期望的干涉条纹被检测到的情况下被调适。根据一实施例，通过同轴(in-line)全息成像对物体成像。换言之，可以与物体交互的物体光以及不与物体交互的参考光可以共享公共光轴，即它们可以“同轴”。同轴全息成像允许非常紧凑的装置，因为不存在对参考光束被从照明光束拆分出去并且被引导通过与照明光束不同的光学路径的需要。同轴全息成像在大体上透明的物体的照明中可能尤其有用。虽然同轴全息成像可以允本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于物体(106)的全息成像的方法，所述方法包括：使用低于激光器(102)的阈值电流的电流来驱动(302)所述激光器(102)；使用由所述激光器(102)输出的照明光(104)来照射(304)所述物体(106)；以及检测(306)由已与所述物体(106)交互的物体光和所述照明光(104)的参考光形成的干涉图样。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.09 EP 16203210.61.一种用于物体(106)的全息成像的方法，所述方法包括：使用低于激光器(102)的阈值电流的电流来驱动(302)所述激光器(102)；使用由所述激光器(102)输出的照明光(104)来照射(304)所述物体(106)；以及检测(306)由已与所述物体(106)交互的物体光和所述照明光(104)的参考光形成的干涉图样。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括基于所检测到的干涉图样来重构(308)所述物体(106)的光学图像。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，进一步包括控制驱动器电路系统以控制驱动所述激光器(102)的电流。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，进一步包括标识所检测到的干涉图样中的不期望的干涉条纹；以及响应于这样的标识，控制所述驱动器电路系统以减小驱动所述激光器(102)的所述电流并且基于使用经减小的电流驱动的所述激光器(102)所输出的照明光来检测第二干涉图样。5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述驱动器电路系统的控制基于给所述激光器(102)的环境温度。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述物体(106)通过同轴全息成像来被成像。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法的用于全息显微镜学的用途。8.一种用于全息成像的成像系统，其中所述成像系统(100)包括：被布置成朝向物体(106)输出照明光(104)的激光源(102)...

【专利技术属性】
技术研发人员：林子铎，A·尤特，R·斯托尔，G·万米尔彼克，
申请(专利权)人：IMEC非营利协会，
类型：发明
国别省市：比利时,BE