【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数字全息成像领域，特别是一种基于多光栅的超分辨数字全息成像系统及成像方法。
技术介绍
1、随着生物医学、材料科学等相关领域的快速发展，对显微成像系统的分辨率要求越来越高。然而因为光的衍射效应，常规的光学显微成像系统的分辨率受到衍射极限的限制。将分辨率提高到光学衍射极限之外的超分辨成像，长期以来备受关注。
2、数字全息成像是通过记录携带待测样品信息的物光与参考光之间的干涉条纹，通过算法重构，获得待测样品的相位分布信息，实现定量相位成像。同时改变物光照明角度，采集多幅数字全息图，通过合成多幅数字全息图的频谱来扩展单幅图像的频域，实现超分辨成像。与传统显微成像相比，数字全息成像无需染色，并且可以长时间无损测量，在生物研究领域具有较大优势。
3、目前，调节物光照明角度的方式主要有如下两种：一种是利用机械方法进行调节，如振镜，精度高可实现角度连续变换，但振镜价格昂贵，并且由于振镜是通过控制两块反射镜分别调节两个维度的角度，会导致部分角度无法被调节出[youhua chen etal.widefield and total internal reflection fluorescent structuredillumination microscopy with scanning galvo mirrors.[j].journal of biomedicaloptics,2018,23(4):1-9.]；另一种是利用空间光调制器进行调节，如液晶空间光调制器，通过电场调控多个液晶改变角度，操作复杂并且价格
4、基于以上背景，设计一种采用机械移动多光栅窗口形成固定倾斜角度光束的稳定、易推广的光学系统实现超分辨成像具有重大的工程意义。
技术实现思路
1、为了克服现有技术中的问题，本专利技术提供一种基于多光栅的超分辨数字全息成像系统及成像方法。在本专利技术中，系统所需的光束倾斜角度有限且固定，不需要动态调节功能，提高了系统的稳定性。
2、作为本专利技术的一个方面，本专利技术提供一种基于多光栅的超分辨数字全息成像系统，其为：待测样品放置在待测样品区域，激光器发出的光经过第一透镜聚焦，经过针孔滤波，通过第二透镜准直成平行光，通过第一非偏振分光棱镜分为两束能量相同的光；一束光正入射多光栅窗口中不同窗口，发生透射或衍射，经过第三透镜聚焦于光阑处，通过光阑的光经过第四透镜准直为平行光入射待测样品区域并携带待测样品信息，经过物镜、第一反射镜和成像透镜，再经过第二非偏振分光棱镜到达图像传感器作为物光；另一束光经过第五透镜，由第二反射镜反射后经过第六透镜形成平行光束，经过第二非偏振分光棱镜，到达图像传感器作为参考光；
3、多光栅窗口设置在第三透镜的物方焦面上，光阑设置在第三透镜的像方焦面和第四透镜的物方焦面上，物光与参考光干涉后形成的全息图被图像传感器采集，移动多光栅窗口，物光以不同角度入射图像传感器，获得多副数字全息图用算法重建样品相位分布，实现超分辨成像。
4、优选的，多光栅窗口包括一个矩形孔窗口和多个依次横向排列的光栅窗口。
5、优选的，多光栅窗口中的光栅包括但不局限于正弦型相位光栅。
6、优选的，多光栅窗口通过步进电机移动并切换不同窗口使其位于光路中。
7、优选的，光阑开有多个小孔，其位置对应于光通过多光栅窗口中不同窗口产生的透射光或+1级衍射光经过第三透镜在光阑的聚焦处。
8、优选的，光阑中每个小孔前附有可移动的遮光板，根据多光栅窗口中处于光路中的窗口进行调节。
9、优选的，待测样品区域设置在第四透镜的像方焦面和物镜的物方焦面上。
10、优选的，图像传感器放置于成像透镜的像方焦面上。
11、本专利技术基于多光栅的超分辨数字全息成像系统提供一种成像方法，其为：将待测样品置于待测样品区域，成像方法包括如下步骤，
12、s1、激光器发出激光光束经过第一透镜聚焦，经过针孔滤波，通过第二透镜准直成平行光，入射到第一非偏振分光棱镜，形成物光和参考光；
13、s2、物光经过多光栅窗口发生透射或衍射，经过第三透镜聚焦通过光阑，其中，光阑只允许特定角度的光通过，其余光被阻拦，再经过第四透镜准直成平行光照射待测样品区域携带待测样品信息，依次经过物镜、第一反射镜、成像透镜进行放大，通过第二非偏振分光棱镜到达图像传感器；
14、s3、参考光依次经过第五透镜、第二反射镜、第六透镜，经过第二非偏振分光棱镜到达图像传感器；
15、s4、物光和参考光发生干涉形成干涉条纹，图像传感器记录数字全息图；
16、s5、移动多光栅窗口，物光以不同角度入射待测样品区域，图像传感器上采集到多幅数字全息图；
17、s6、对采集到的多幅数字全息图进行算法重建，获得待测样品的信息，实现超分辨成像。优选的，步骤s4中，物光和参考光经过第二非偏振分光棱镜17后相遇发生干涉，图像传感器18的记录干涉条纹，其光强分布h(x,y)表示为：
18、h(x,y)＝|o(x,y)|2+|r(x,y)|2+o(x,y)r*(x,y)+o*(x,y)r(x,y)其中，o(x,y)表示物光的光场分布，r(x,y)表示参考光的光场分布，*表示复共轭，|o(x,y)|2和|r(x,y)|2两项表示物光和参考光的强度，o(x,y)r*(x,y)和o*(x,y)r(x,y)包含相位信息。步骤s6包括一下环节：
19、s61、对数字全息图分别进行傅里叶变换，得到频谱图；
20、s62、对频谱图进行频谱搬移、频谱拼接等解调过程；
21、s63、使用角谱重建算法完成相位重建，所述角谱重建算法包括但不局限于角谱法，也可以为菲涅尔变换法、卷积法等常用重建算法。
22、本专利技术的有益效果如下:
23、(1)本专利技术采用多角度照明的方式提升了数字全息成像的分辨率。
24、(2)本专利技术采用将多光栅横向集成在一个窗口上，由步进电机移动，获得不同倾斜角度的物光。装置简单稳定，成本低。
25、(3)本专利技术对系统中的核心器件参数均无固定要求，如显微物镜、图像传感器，可根据不同的器件灵活使用现有系统，具有很强的商用价值。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于多光栅的超分辨数字全息成像系统，其特征在于：待测样品放置在待测样品区域(10)，激光器(1)发出的光经过第一透镜(2)聚焦，经过针孔(3)滤波，通过第二透镜(4)准直成平行光，通过第一非偏振分光棱镜(5)分为两束能量相同的光；
2.如权利要求1的基于多光栅的超分辨数字全息成像系统，其特征在于：多光栅窗口(6)包括一个矩形孔窗口和多个依次横向排列的光栅窗口。
3.如权利要求1的基于多光栅的超分辨数字全息成像系统，其特征在于：多光栅窗口(6)中的光栅包括但不局限于正弦型相位光栅。
4.如权利要求1的基于多光栅的超分辨数字全息成像系统，其特征在于：多光栅窗口(6)通过步进电机移动并切换不同窗口使其位于光路中。
5.如权利要求1的基于多光栅的超分辨数字全息成像系统，其特征在于：光阑(8)开有小孔，其位置对应于多光栅窗口(6)中不同窗口产生的透射光或+1级衍射光经过第三透镜(7)在光阑(8)的聚焦处。
6.如权利要求5的基于多光栅的超分辨数字全息成像系统，其特征在于：光阑(8)中每个小孔前附有可移动的遮光板，根据多光栅
7.如权利要求1的基于多光栅的超分辨数字全息成像系统，其特征在于：待测样品区域(10)设置在第四透镜(9)的像方焦面和物镜(11)的物方焦面上。
8.如权利要求1的基于多光栅的超分辨数字全息成像系统，其特征在于：图像传感器(18)放置于成像透镜(13)的像方焦面上。
9.基于权利要求1-8任一项所述的基于多光栅的超分辨数字全息成像系统的成像方法，其特征在于：将待测样品置于待测样品区域(10)，成像方法包括如下步骤，
10.如权利要求9所述的成像方法，其特征在于：步骤S4中，
...【技术特征摘要】
1.一种基于多光栅的超分辨数字全息成像系统，其特征在于：待测样品放置在待测样品区域(10)，激光器(1)发出的光经过第一透镜(2)聚焦，经过针孔(3)滤波，通过第二透镜(4)准直成平行光，通过第一非偏振分光棱镜(5)分为两束能量相同的光；
2.如权利要求1的基于多光栅的超分辨数字全息成像系统，其特征在于：多光栅窗口(6)包括一个矩形孔窗口和多个依次横向排列的光栅窗口。
3.如权利要求1的基于多光栅的超分辨数字全息成像系统，其特征在于：多光栅窗口(6)中的光栅包括但不局限于正弦型相位光栅。
4.如权利要求1的基于多光栅的超分辨数字全息成像系统，其特征在于：多光栅窗口(6)通过步进电机移动并切换不同窗口使其位于光路中。
5.如权利要求1的基于多光栅的超分辨数字全息成像系统，其特征在于：光阑(8)开有小孔，其位置对应于多光栅窗口...
【专利技术属性】
技术研发人员：查宝飞，刘辰，张凌峰，薛融淼，苏衍峰，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。