一种穆勒矩阵测量系统及测量方法技术方案

一种穆勒矩阵测量系统及测量方法，属于偏振探测技术领域，解决如何快速且完整的测量样品的穆勒矩阵问题，通过光源竖直向上发射调制光，第一垂直线偏振片用于将入射的调制光转换为线偏振光；第一相位延迟片、第二相位延迟片调制线偏振光的偏振态，数字微反射镜加载有条纹图片，带有条纹图片的线偏振光在待测生物组织中发生散射，散射光依次经过第三相位延迟片、第一相位延迟片、第二垂直线偏振片后由相机捕捉；通过第一相位延迟片、第二相位延迟片、第三相位延迟片、第四相位延迟片控制调制线偏振光的偏振态，来控制偏振光对待测生物组织的测量深度，共调制16偏振光的偏振态，提高了出射光光强值的计算精确性，能够计算出样品的完整穆勒矩阵。整穆勒矩阵。整穆勒矩阵。

【技术实现步骤摘要】
一种穆勒矩阵测量系统及测量方法


[0001]本专利技术属于偏振探测
，涉及一种穆勒矩阵测量系统及测量方法。

技术介绍

[0002]生物组织携带丰富的光学信息(如透射、反射、衰减信息、延迟信息、退偏信息)，能够反映生物组织相关的生理特征。例如，一般病理组织(例如癌症)因为高度组织化的显微结构被破环，组织形态固有的异质性丧失，从而更好的保留了探测光的偏振状态，具有较低的退偏性。疤痕组织含有密集的胶原纤维，探测光束在组织样本中传播时发生更多的正交偏振态相移，从而具有高线性延迟性。生物组织基质的异常改变(例如胶原蛋白的重塑)导致其组织散射和吸收特性的改变，从而使组织的去偏振特性改变。
[0003]使用斯托克斯矢量来定义光的偏振状态，并使用穆勒矩阵来描述光通过设计的系统时偏振的变化。斯托克斯矢量表达式如下公式：S＝[S0,S1,S2,S3]T
，S0表示总光强，即水平偏振分量和垂直偏振分量之和，S1表示水平偏振分量和垂直偏振分量之差，S2表示45
°
和135
°
偏振分量之差，S3表示右旋圆偏振和左旋圆偏振分量之差。
[0004]穆勒矩阵的形式如下：
[0005][0006]Mueller矩阵作为入射Stokes矢量和出射Stokes矢量之间的变换矩阵，满足下面的公式：S
out
＝MS
in
，式中，S
in
表示入射光的Stokes矢量，S
out
表示出射光的Stokes矢量。
[0007]为了对病理组织进行相关分析，一种方法是通过偏振光成像技术检测病理组织的光学信息。并且这也是目前广泛采用的方法。例如，通过偏振成像为射频消融治疗心率失常症状提供帮助，通过成像技术精密确定射频损伤的范围。通过偏振光成像用以确定结肠和宫颈中健康组织和癌变组织的范围。通过偏振光成像测量浑浊介质中的葡萄糖水平。除了提供结构和形态信息，偏振光成像还提供了胶原组织的偏振信息，包括去偏振，线性延迟和旋光等。因此，使用偏振光成像测量胶原组织的穆勒矩阵(Mueller)信息成为可行的手段。
[0008]目前，结合空间频率成像和偏振光成像技术的偏振空间频率成像正在被深入研究。例如，Bin Yang等人设计了一套偏振空间频率系统装置用以检测牛肌腱组织的纤维方向，并取得了良好的实验结果。WILL GOTH设计了相似的装置并对猪心脏瓣膜瓣膜中胶原纤维排列进行检测。Samuel V.Jett等人更进一步对二尖瓣叶组织胶原在机械负载下的纤维排列作出了定量分析，也测出了部分的穆勒矩阵信息。
[0009]但是他们的实验装置存在着些许不足之处。他们使用偏振空间频域成像，其实验装置如图3和图4所示。主要有数字微镜芯片(DMD),带通滤波器，透镜，偏振片和工业CCD相机组成。由光源产生的结构光经过DMD反射的条纹光经过偏振片变成偏振光，照射到待测样品上，反射光在待测样品上发生散射，再经过偏振片后被工业CCD相机探测光强值。测量过程中，偏振片发生旋转。每改变一次角度测量一次出射光强。不同出射光强对应关于
Mueller矩阵元素的不同方程。由于Mueller矩阵有16个元素，即需要求解16个未知数，因此至少需要旋转变化16次角度，实现16种偏振组合后得到样品的Mueller矩阵。在实验测量中，起偏系统和检偏系统共用一组偏振片，提供的偏振光偏振态范围较小，仅仅考虑线偏振光的偏振态，没有考虑圆偏振光和其他偏振态的影响，对测量待测生物组织穆勒矩阵的完整性有所不足。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于提出一种新的穆勒矩阵测量系统及方法，能够高效、准确地测量目标的完整穆勒矩阵。
[0011]本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
[0012]一种穆勒矩阵测量系统，包括：光源系统(11)、起偏子系统(12)、待测样品台(13)、检偏子系统(14)；所述的光源系统(11)包括：光源(111)、透镜(112)、带通滤波器(113)；所述的起偏子系统(12)包括：数字微反射镜(121)、第一垂直线偏振片(P1)、第一相位延迟片(LCVR1)、第二相位延迟片(LCVR2)、第一成像透镜(L1)、第一反射镜(122)；所述的检偏子系统(14)包括：第二反射镜(141)、第三相位延迟片(LCVR3)、第四相位延迟片(LCVR4)、第二垂直线偏振片(P2)、第二成像透镜(L2)、相机(142)；
[0013]所述的光源(111)竖直向上发射调制光，经过透镜(112)、带通滤波器(113)后产生单一波长的调制光，所述的数字微反射镜(121)将单一波长的调制光水平反射出去，沿着水平调制光的光路、从左到右依次设置第一垂直线偏振片(P1)、第一相位延迟片(LCVR1)、第二相位延迟片(LCVR2)、第一成像透镜(L1)、第一反射镜(122)，所述的数字微反射镜(121)加载有条纹图片，所述的第一垂直线偏振片(P1)用于将入射的调制光转换为线偏振光，所述的第一相位延迟片(LCVR1)、第二相位延迟片(LCVR2)用于调制线偏振光的偏振态；水平调制光经过第一垂直线偏振片(P1)、第一相位延迟片(LCVR1)、第二相位延迟片(LCVR2)、第一成像透镜(L1)后，再由第一反射镜(122)将带有条纹图片的线偏振光投射到待测样品台(13)上放置的待测生物组织表面；带有条纹图片的线偏振光在待测生物组织中发生散射，散射光通过第二反射镜(141)反射后水平射出，再依次经过第三相位延迟片(LCVR3)、第四相位延迟片(LCVR4)、第二垂直线偏振片(P2)、第二成像透镜(L2)后，由相机(142)捕捉。
[0014]本专利技术的穆勒矩阵测量系统的光源系统(11)竖直向上发射调制光，第一垂直线偏振片(P1)用于将入射的调制光转换为线偏振光；第一相位延迟片(LCVR1)、第二相位延迟片(LCVR2)调制线偏振光的偏振态，数字微反射镜(121)加载有条纹图片，带有条纹图片的线偏振光在待测生物组织中发生散射，散射光依次经过第三相位延迟片(LCVR3)、第一相位延迟片(143)、第二垂直线偏振片(P2)后，由相机(142)捕捉；通过第一相位延迟片(LCVR1)、第二相位延迟片(LCVR2)、第三相位延迟片(LCVR3)、第四相位延迟片(LCVR4)控制调制线偏振光的偏振态，来控制偏振光对待测生物组织的测量深度，提高了出射光光强值的计算精确性，从而提高计算穆勒矩阵的准确性。
[0015]在一种实施例中，所述的第一相位延迟片(LCVR1)、第二相位延迟片(LCVR2)的快轴与水平方向夹角分别为45
°
和90
°
。
[0016]在一种实施例中，所述的第三相位延迟片(LCVR3)、第四相位延迟片(LCVR4)的快轴与水平方向夹角分别为90
°
和45
°
。
[0017]在一种实施例中，所述的光源系统(11)采用复合光源。
[0018]在一种实施例中，所述的相机(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于穆勒矩阵测量系统的穆勒矩阵测量方法，其特征在于，所述的穆勒矩阵测量系统包括：光源系统(11)、起偏子系统(12)、待测样品台(13)、检偏子系统(14)；所述的光源系统(11)包括：光源(111)、透镜(112)、带通滤波器(113)；所述的起偏子系统(12)包括：数字微反射镜(121)、第一垂直线偏振片(P1)、第一相位延迟片(LCVR1)、第二相位延迟片(LCVR2)、第一成像透镜(L1)、第一反射镜(122)；所述的检偏子系统(14)包括：第二反射镜(141)、第三相位延迟片(LCVR3)、第四相位延迟片(LCVR4)、第二垂直线偏振片(P2)、第二成像透镜(L2)、相机(142)；所述的光源(111)竖直向上发射调制光，经过透镜(112)、带通滤波器(113)后产生单一波长的调制光，所述的数字微反射镜(121)将单一波长的调制光水平反射出去，沿着水平调制光的光路、从左到右依次设置第一垂直线偏振片(P1)、第一相位延迟片(LCVR1)、第二相位延迟片(LCVR2)、第一成像透镜(L1)、第一反射镜(122)，所述的数字微反射镜(121)加载有条纹图片，所述的第一垂直线偏振片(P1)用于将入射的调制光转换为线偏振光，所述的第一相位延迟片(LCVR1)、第二相位延迟片(LCVR2)用于调制线偏振光的偏振态；水平调制光经过第一垂直线偏振片(P1)、第一相位延迟片(LCVR1)、第二相位延迟片(LCVR2)、第一成像透镜(L1)后，再由第一反射镜(122)将带有条纹图片的线偏振光投射到待测样品台(13)上放置的待测生物组织表面；带有条纹图片的线偏振光在待测生物组织中发生散射，散射光通过第二反射镜(141)反射后水平射出，再依次经过第三相位延迟片(LCVR3)、第四相位延迟片(LCVR4)、第二垂直线偏振片(P2)、第二成像透镜(L2)后，由相机(142)捕捉；所述的测量方法，包括以下步骤：S1、根据待测样品的成像深度计算条纹图片的空间频率；S2、根据步骤S1计算出的空间频率，选择该空间频率下的三张不同相位的条纹图片，并将每张条纹图片加载到数字微反射镜(121)中；S3、使用起偏子系统(12)进行4次偏振态调制，检偏子系统(14)进行4次调制，两两组合，得到16组不同的偏振态组合；S4、对每组偏振态组合分别投影所述的三张不同相位的条纹图片，得到16组偏振态组合下的散射光的光强值，将每组偏振态组合下的散射光的光强值用斯托克斯矢量表示；S5、将每组偏振态组合下的散射光的光强值的斯托克斯矢量表示为检偏子系统(14)的穆勒矩阵、样品的穆勒矩阵、起偏子系统(12)的穆勒矩阵三者乘积的形式，通过取将每组偏振态组合下的散射光的光强值的斯托克斯矢量的总光强值元素，即斯托克斯矢量中的第一个元素，得到1个矩阵方程；S6、重复步骤S5，一共得到16组矩阵方程，通过求解该16组矩阵方程，从而求出样品的穆勒矩阵中的16个元素的值。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张元志，王贻坤，王全福，张洋，邓国庆，刘勇，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：