一种基于数字全息的长工作距离原位三维显微观测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于数字全息的长工作距离原位三维显微观测装置，该装置包括有光源、分光单元、Ａ光束准直器、Ａ反射镜、Ｂ反射镜、Ｂ光束准直器、光照明单元、消偏振分光棱镜和ＣＭＯＳ相机；本发明专利技术装置的光路为：光源出射的激光入射至分光单元中，经分光单元进行分光处理后输出Ａ激光、Ｂ激光；Ａ激光顺次经Ａ光束准直器、Ａ反射镜后输出第一平行光入射至消偏振分光棱镜；Ｂ激光顺次经Ｂ反射镜、Ｂ光束准直器、光照明单元后照射到待观测物体上，由待观测物体反射的包含物体形貌信息的物光入射至消偏振分光棱镜；消偏振分光棱镜对入射的第一平行光、物光进行合光处理得到合并光束，该合并光束形成的干涉全息图被ＣＭＯＳ相机的光敏面捕获。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种三维显微观测系统，更特别地说，是指一种基于数字全息的长工 作距离原位三维显微观测系统。
技术介绍
数字全息技术是利用CCD (Charge Coupled Device,电荷耦合器件)、CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor,金属氧化物半导体)等光电成 像探测器件作为记录介质并以数字形式记录全息图，利用计算机模拟再现参考光通过 全息图的光学衍射过程以数字方法重构三维物光场，从而获得物光场的振幅和相位的 信息，其优点包括(1)以非接触方式获取物体三维信息、对观测样本影响非常小、 系统结构简单等优点；(2)数字全息图的记录与再现过程都以数字化形式完成，因 此能够以数字形式重构物光场并可以对物体三维信息进行定量分析；(3)在数字重 构过程中，可方便的运用数字图像处理技术，矫正、补偿光学像差以及各种噪声和探 测器非线性效应等的影响。但是，目前数字全息技术在实际应用中仍存在一些技术问题，主要是再现物光的 分辨率受光电图像传感器(CCD、 CMOS)性能指标的制约，具体表现为(1)目 前光电图像传感器的像素尺寸较大(约3.5 10微米)，因此仅能够记录与参考光夹 角较小(约小于1° )的物光；(2)光电图像传感器光敏面的面积较小(约 lcmXlcm)，使得物光场的高频成分无法记录。因此，由于上述因素，特别是在长 工作距离条件下，造成严重的分辨率受限问题，进而使得数字全息技术在实际应用中 受到一定限制。为了解决这一问题，普遍利用显微物镜对待观测物体进行预放大，然 后将所得到的物体放大实像进行数字全息记录与再现，从而能够获得高分辨率物光 场，但是此方法的工作距离受显微物镜焦距的限制，同时再现物光场受显微物镜引起 的像差、畸变影响。专利技术 内 容本专利技术的目的是提出一种基于数字全息的长工作距离原位三维显微观测装置，该装置一方面未采用显微物镜对待观测物体进行预放大，使得长工作距离得以实现；另 一方面采用了合成孔径成像方法，保证了待观测物体再现像的分辨率；第三方面以非 接触、原位探测方式获取待观测物体的三维信息。本专利技术的一种基于数字全息的长工作距离原位三维显微观测装置，该装置包括有 光源1、分光单元2、 A光束准直器3、 A反射镜4、 B反射镜11、 B光束准直器 12、光照明单元13、消偏振分光棱镜5和CMOS相机6;本专利技术装置的光路为 光源1出射的激光la入射至分光单元2中，经分光单元2进行分光处理后输出A 激光21、 B激光22; A激光21顺次经A光束准直器3、 A反射镜4后输出第一平 行光4a入射至消偏振分光棱镜5; B激光22顺次经B反射镜11、 B光束准直器 12、光照明单元13后照射到待观测物体14上，由待观测物体14反射的包含物体 形貌信息的物光14a入射至消偏振分光棱镜5;消偏振分光棱镜5对入射的第一平 行光4a、物光14a进行合光处理得到合并光束5a，该合并光束5a形成的干涉全息 图被CMOS相机6的光敏面捕获。本专利技术的一种基于数字全息的长工作距离原位三维显微观测装置，其具有如下优 点(1) CMOS相机与消偏振分光棱镜之间的工作距离达到50cm 100c附，该工作距离比利用显微物镜的焦距(lmm lc^)的距离要长得多，因此，在本专利技术中 称为长工作距离，本专利技术的观测装置在长工作距离条件下以原位探测方式获取高分辨 率的待观测物体三维信息。(2)采用两路光(第一平行光4a和物光14a)在消偏振 分光棱镜上进行合光，可以通过数字全息记录方式获取待观测物体的三维信息。(3) 运用基座、磁力座、二维调整架、反射镜组合形成光照明单元，可以实现在不同入射 角度的照明光照射待观测物体的条件下，记录多幅数字全息图，从而为实现高分辨率 的三维合成孔径成像提供多幅存在互补信息的再现物光场。(4)本专利技术观测装置结 构紧凑，操作方便。 附图说明图1是本专利技术的长工作距离原位三维显微观测装置的结构框图。图2是本专利技术分光单元的结构图。图3是本专利技术光照明单元的结构图。图3A是本专利技术光照明单元的光路传输的结构图。图中l.光源la.激光2.分光单元 21.A激光22.B激光201.C反射镜202.A波片203.偏振分光棱镜204.B波片3.A光束准直器4.A反射镜4a-第一平行光5.消偏振分光棱镜5a，合并光束6. CMOS相机ll.B反射镜12.B光束准直器12^第二平行光13.光照明单元13a,D反射镜13b.E反射镜 13c.F反射镜13八.第一反射光13B.第二反射光13C.第三反射光131.基座 132.导轨133.滑块134.A磁力座135.B磁力座136.支撑柱 137.A二维调整架138.B二维调整架139.C二维调整架14.待观测物体14a.物光具体实施例方式下面将结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术是一种基于数字全息的长工作距离原位三维显微观测装置，该装置包括有光源1、分光单元2、 A光束准直器3、 A反射镜4、 B反射镜11、 B光束准直器 12、光照明单元13、消偏振分光棱镜5和CMOS相机6;本专利技术装置的光路为 光源1出射的激光la入射至分光单元2中，经分光单元2进行分光处理后输出A 激光21、 B激光22; A激光21顺次经A光束准直器3、 A反射镜4后输出第一平 行光4a (用于数字全息记录的参考光)入射至消偏振分光棱镜5; B激光22顺次经 B反射镜11、 B光束准直器12、光照明单元13后照射到待观测物体14上，由待 观测物体14反射的包含物体形貌信息的物光14a入射至消偏振分光棱镜5;消偏振 分光棱镜5对入射的第一平行光4a、物光14a进行合光处理得到合并光束5a,该 合并光束5a形成的干涉全息图被CMOS相机6的光敏面捕获。在本专利技术中，由分光单元2分出的A激光21经A光束准直器3、 A反射镜4 后入射至消偏振分光棱镜5，这路光路可以称为参考光路。由分光单元2分出的B 激光22经B反射镜11、 B光束准直器12、光照明单元13、待观测物体14后入 射至消偏振分光棱镜5，这路光路可以称为物光光路。通过调整所述物光光路中的光 束方向可以改变照明光照射物体时的入射角，从而记录多幅数字全息图，进而基于所述的多幅数字全息图运用数字方法重构、放大物光场，然后将所得的物光场分布进行 平均相加，从而合成高分辨率、低噪声的物体三维立体像。另外本专利技术采用光照明单 元13对待观测物体14采用非接触方式的工作模式，使得对物体的原位获取信息、无透镜像差影响。在本专利技术中，光源1，该光源1用于为本专利技术长工作距离原位三维显微观测系统 提供光信息，该光源1提供了的中心波长为532，的激光。在本专利技术中，A光束准直器3和B光束准直器12结构相同，可以是北京大恒光 电公司生产的GCO-2503型号光束准直器。在本专利技术中，消偏振分光棱镜5具有将两束传播方向垂直的入射光合成一束光。 选取北京大恒光电公司生产的GCC-403012型号消偏振分光棱镜。在本专利技术中，CMOS相机6可以选取加拿大Lumenera公司生产、型号为 LU125M-WOIR、分辨率为1280X1024像素、帧频为15fps、光敏面尺寸为2/3 英寸、信号接口为USB2.0。参见图2所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于数字全息的长工作距离原位三维显微观测装置，其特征在于：该装置包括有光源（１）、分光单元（２）、Ａ光束准直器（３）、Ａ反射镜（４）、Ｂ反射镜（１１）、Ｂ光束准直器（１２）、光照明单元（１３）、消偏振分光棱镜（５）和ＣＭＯＳ相机（６）；光源（１）出射的激光（１ａ）入射至分光单元（２）中，经分光单元（２）进行分光处理后输出Ａ激光（２１）、Ｂ激光（２２）；Ａ激光（２１）顺次经Ａ光束准直器（３）、Ａ反射镜（４）后输出第一平行光（４ａ）入射至消偏振分光棱镜（５）；Ｂ激光（２２）顺次经Ｂ反射镜（１１）、Ｂ光束准直器（１２）、光照明单元（１３）后照射到待观测物体（１４）上，由待观测物体（１４）反射的包含物体形貌信息的物光（１４ａ）入射至消偏振分光棱镜（５）；消偏振分光棱镜（５）对入射的第一平行光（４ａ）、物光（１４ａ）进行合光处理得到合并光束（５ａ），该合并光束（５ａ）形成的干涉全息图被ＣＭＯＳ相机（６）的光敏面捕获。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：潘锋，肖文，伊小素，李瑞，魏博，戎路，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]