用于对象的同轴全息成像的成像设备制造技术

一种用于对象(110)的同轴全息成像的成像设备，包括：一组光源(102)，其中每个光源(102)被配置为以受限的照明锥形输出光；图像传感器(120)，其包括用于检测入射光的一组光检测元件(122)，其中该组光源(102)被配置为输出光以使得每个光源(102)的受限的照明锥照亮对象(110)的特定部分；并且其中光检测元件检测多个干涉图案，其中每个干涉图案由来自对象(110)的源自单个光源(102)的衍射光以及来自相同的单个光源(102)的未衍射光形成的，其中光检测元件(122)的至少子集被布置为检测与不超过一个的干涉图案有关的光。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对象的同轴全息成像的成像设备
本专利技术涉及全息成像，尤其涉及用于同轴全息成像的成像设备。
技术介绍
全息术是一种产生对象的三维图像的方法。数字全息术使用数字图像传感器，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。在同轴数字全息术中，提供对象的均匀照明的光束被用于基于被对象散射的对象光和未受影响通过该对象的光束的参考光来创建干涉图案。干涉图案可被数字图像传感器获取并且然后，所获取的干涉图案可被重建以便确定该对象的图像。同轴数字全息术在显微术应用中可通常是有用的，其中基本上透明的样本可被成像。因此，大量的光不受对象的影响，从而可以形成干涉图案。照亮对象的光束形成空间相干光，以便允许基于干涉图案来重建对象的图像。因此，照明的光锥通常被限制在狭窄的角度。这意味着光束可能只能被用于成像小尺寸的对象。如果希望扩大干涉图案，则可能需要将光源布置在距要被成像的对象较大的距离处。该距离要求阻止了成像设备的紧凑和小型化。在R.Riesenberg的“Pinhole-arrayandlenslessmicro-imagingwithinterferograms(带有干涉图的针孔阵列和无透镜微成像)”，DeutscheGesellschaftfürangewandteOptikProceedings(德国应用光学学会学报)2005中，公开了使用针孔阵列用于增加同轴全息成像的视场。针孔阵列允许形成具有大的延伸的照明光束，而在光源与对象之间没有大的距离。然而，在实验中，针孔阵列的光是相干的。因此，所有样本点可能会相互干扰。扩展的样本会在CCD上产生有限大小的像素无法检测到的非常高的空间频率。可检测的干涉图限制了样本的大小，但是n个(针孔数)的样本的干涉图是叠加的。为了重建，生成一系列干涉图。所使用的针孔数量的限制是由可检测的信号和由叠加生成的各信号中的对比度差异来确定的。将期望在不需要全息图像的复杂重建的情况下实现同轴全息成像中增加的视场。
技术实现思路
本专利技术构思的目的是为了提供一种用于同轴全息成像的成像设备，其可以提供紧凑的设置同时提供大的视场。本专利技术构思的这一目标和其他目标至少部分地由如独立权利要求中所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，提供了一种用于对象的同轴全息成像的成像设备，所述成像设备包括：一组光源，其中每个光源被配置为以受限的照明锥形输出光；图像传感器，其包括用于检测入射光的一组光检测元件，其中该组光源被配置为输出光，使得该组光源中各光源的受限的各照明锥被并排布置，并且每个光源的照明锥照亮对象的特定部分；并且其中图像传感器被布置为使得光检测元件检测多个干涉图案，其中每个干涉图案由来自对象的源自该组光源中的单个光源的衍射光以及来自相同的单个光源的未衍射光形成的，其中光检测元件的至少子集被布置为检测与不超过一个的干涉图案有关的光。由于本专利技术，提供了一种多路复用方案，使得一组光源被用于照明该对象。该组光源中的每一者独立地操作以便照亮对象的一部分并在图像传感器上形成干涉图案。因此，图像传感器可被配置为检测多个干涉图案，每个干涉图案包括关于该对象的特定部分的信息。这意味着可能基于对各干涉图案的单独处理来重建该对象的图像，并且不需要复杂的处理和/或多次曝光以便将来自不同光源的贡献分开到单个光检测元件中检测到的光。多路复用光源的设置还允许将该组光源布置在靠近该对象的位置，因为该组光源中每个光源的视场不需要非常大。这意味着成像设备可以非常紧凑，因为没有对象与光源之间的大距离的需求。如本文中所使用的，术语“一组光源”应该被解释为朝向对象传输的光所源自的一组位置。因此，不一定需要在形成光源的实际位置中生成光。相反，光可以首先被引导到该位置并且从该位置朝着对象发射。因此，光源可被形成为光纤的针孔或末端，光从该针孔或末端朝对象传输。从该组光源发射的光实际上可以从共用的发光设备生成，然后被引导到该组光源中的多个光源。应当认识到，光可以作为光脉冲被发射，该光脉冲可以被同步或可以不被同步以被该组光源同时发射。光脉冲的使用可能是有利的，因为由于移动的对象引起的运动模糊可被避免或减少。然而，该组光源可以可替代地被配置为连续发光。如本文中所使用的，术语“对象”应该被解释为布置在对象平面中并且成像在图像平面上的任何形状或形式。因此，对象未必需要是单个物理实体。而是，“对象”可以例如是，由可被成像到图像传感器上的多个单独的粒子形成。对象可以是大型组织样本或另一个大型物理实体，其可被成像到图像传感器上。因此，每个光源的照明锥可以照亮组织样本的特定部分，从而可以用来自不同光源的照明锥来照亮该样本的不同部分。然而，对象可以替代地由多个单独的部分或实体形成。例如，对象可以包括一个或多个流体通道，多个细胞或粒子在该流体通道中被输送。因此，对象可以包括多个粒子，并且照明对象的特定部分的每个光源的照明锥可以暗示每个光源的照明锥可以照亮一个或多个流体通道中的不同粒子。换句话说，根据第一方面的实施例，提供了一种用于一个或多个粒子的同轴全息成像的成像设备，所述成像设备包括：一组光源，其中每个光源被配置为以受限的照明锥形输出光；图像传感器，其包括用于检测入射光的一组光检测元件，其中该组光源被配置为输出光，使得该组光源中的各光源的受限的各照明锥被并排布置，并且每个光源的照明锥照亮一个或多个粒子的特定部分；并且其中图像传感器被布置为使得光检测元件检测多个干涉图案，其中每个干涉图案由来自一个或多个粒子的源自该组光源中的单个光源的衍射光以及来自相同的单个光源的未衍射光形成的，其中光检测元件的至少子集被布置为检测与不超过一个的干涉图案有关的光。例如，一个或多个粒子可以是细胞，其中这些细胞可以被布置成在被成像设备成像的同时被输送通过一个或多个流体通道。根据一实施例，成像设备可被用于对多个流体通道进行成像。因此，成像设备可被配置为对包括多个流体通道的对象进行成像，其中每个流体通道中具有多个细胞。根据替代方案，成像设备可被用于对单个宽流体通道进行成像，并且成像设备可被配置为对包括在宽流体通道内的大量细胞的对象进行成像。因此，成像设备可被用于对图像传感器的不同部分上的多个细胞进行成像，使得成像设备可以提供细胞成像的高通量。这在提供快速的细胞分析方面可能是有利的，例如，用于细胞计数器或细胞分选仪。还应该意识到，可以并行使用多个成像设备。例如，一个成像设备可被配置为对第一流体通道进行成像，以使得能够对图像传感器的不同部分上的多个细胞进行成像，而另一成像设备可被配置为对第二流体通道进行成像，该第二流体通道可以被布置在具有第一流体通道的共用基板上。根据一实施例，成像设备包括集成光子电路，该集成光子电路包括用于引导光束的波导，其中该波导包括用于将光束引导至多个光输出位置的多个分支，该多个光输出位置形成该组光源中的多个光源。集成光子电路的使用可以实现该组光源的紧凑设置，同时允许光源彼此非常靠近地布置。因此，各光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于对象(110)的同轴全息成像的成像设备，所述成像设备(100)包括：/n一组光源(102)，其中每个光源(102)被配置为以受限的照明锥形输出光；/n图像传感器(120)，其包括用于检测入射光的一组光检测元件(122)，/n其中所述一组光源(102)被配置为输出光，使得所述一组光源(102)中的所述光源(102)的受限的照明锥被并排布置，并且每个光源(102)的所述照明锥照亮所述对象(110)的特定部分；以及/n其中所述图像传感器(120)被布置成使得所述光检测元件(122)检测多个干涉图案，其中/n每个干涉图案由来自所述对象(110)的源自所述一组光源(102)中的单个光源(102)的衍射光以及来自相同的单个光源(102)的未衍射光形成的，其中光检测元件(102)的至少子集被布置为检测与不超过一个干涉图案有关的光。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170925 EP 17192986.21.一种用于对象(110)的同轴全息成像的成像设备，所述成像设备(100)包括：
一组光源(102)，其中每个光源(102)被配置为以受限的照明锥形输出光；
图像传感器(120)，其包括用于检测入射光的一组光检测元件(122)，
其中所述一组光源(102)被配置为输出光，使得所述一组光源(102)中的所述光源(102)的受限的照明锥被并排布置，并且每个光源(102)的所述照明锥照亮所述对象(110)的特定部分；以及
其中所述图像传感器(120)被布置成使得所述光检测元件(122)检测多个干涉图案，其中
每个干涉图案由来自所述对象(110)的源自所述一组光源(102)中的单个光源(102)的衍射光以及来自相同的单个光源(102)的未衍射光形成的，其中光检测元件(102)的至少子集被布置为检测与不超过一个干涉图案有关的光。


2.如权利要求1所述的成像设备，其特征在于，所述成像设备(100)包括集成光子电路(104)，所述集成光子电路包括用于引导光束的波导(106)，其中所述波导(106)包括用于将所述光束引导至多个光输出位置的多个分支，所述多个光输出位置形成所述一组光源(102)中的多个光源(102)。


3.如权利要求1所述的成像设备，其特征在于，所述成像设备(100)包括用于引导光束的一组光纤，其中光纤的所述阵列的端部在所述一组光源(102)中形成多个光源(102)。


4.如前述权利要求中任一项所述的成像设备，其特征在于，所述一组光源(102)中的光源(102)与所述对象(110)之间的距离与所述对象(110)与所述图像传感器(120)之间的距离处于相同的数量级。


5.如前述权利要求中任一项所述的成像设备，其特征在于，所述一组光源(102)形成光源(102)的二维阵列。


6.如前述权利要求中任一项所述的成像设备，其特征在于，毗邻的干涉图案在所述图像传感器(120)上是部分重叠的，使得检测元件(122)的子集被布置为检测与两个毗邻的干涉图案有关的光。
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【专利技术属性】
技术研发人员：A·尤特，R·斯托尔，M·贾雅帕拉，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