【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学显微成像，具体涉及一种自适应衍射相位显微成像装置及方法。
技术介绍
1、定量相位显微技术作为一种恢复透明样品复振幅的无标记成像方法，在过去的十几年里得到了飞速发展，在生命医学研究及工业检测等领域具有重要的应用价值。作为非荧光标记且非侵入式的成像方法，定量相位显微成像不需要对样品进行额外的处理，可以避免给样品带来不利的影响。另外，定量相位显微成像可以很容易地与其他成像系统相结合，从而实现结构和功能上的拓展。数字全息显微技术作为定量相位显微成像的先驱，已逐渐发展成为定量相位显微成像的金标准。数字全息显微技术通过物光波与参考光波之间的干涉来记录样品的复振幅信息(即，样品对光场的幅值和相位的调制信息)，再通过数字图像处理就可从单张干涉强度图中恢复得到样品的相位和幅值信息。
2、传统的离轴数字全息显微技术虽然结构简单，但其对外界扰动具有非常差的免疫性；另外，传统的离轴数字全息显微技术要求光源具有非常高的相干性，因此图像质量普遍很差。虽然科研人员提出了一系列的计算方法来提高离轴数字全息显微成像中的图像质量，但复杂的计算过程及较低的鲁棒性限制了这类技术的应用。为了从根本上解决离轴数字全息显微技术存在的上述两大问题，科研人员提出了衍射相位显微技术。
3、衍射相位显微技术是一种同轴干涉的数字全息显微技术，它通过一个衍射光栅和一个滤波针孔实现了物光波与参考光波之间的共路径干涉，从而极大地提高了系统的稳定性。同轴干涉的光学结构使衍射相位显微技术可以使用相干性较差的光源来对样品进行照明，从而避免了高相干性光源带
4、然而，不管是传统的离轴数字全息显微技术还是新型的衍射相位显微技术，都不可避免地存在系统像差。具体来说，系统中的光学器件都不是理想化的，都存在一定的加工误差，这就使得传播的光场产生各种类型的畸变，在很大程度上影响图像的质量和数据的准确性。尽管科研人员通过复杂的计算方法一定程度上补偿了系统存在的像差，但这类方法的鲁棒性很差，需要调节很多复杂的参数，所以这类方法很难被推广使用。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种自适应衍射相位显微成像装置及方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
2、本专利技术的一个方面提供了一种自适应衍射相位显微成像装置，包括照明模块、共焦模块、衍射光产生模块和成像模块，其中，
3、所述照明模块用于产生部分相干光；
4、所述共焦模块用于利用所述部分相干光获得携带有样品信息的物光波；
5、所述衍射光产生模块用于对所述物光波进行调制以产生包含样品信息的0级衍射光和±1级衍射光；
6、所述成像模块包括相位型空间光调制器，所述相位型空间光调制器的工作面上加载具有像差实时补偿的相位调制图案，用于对包含样品信息的0级衍射光和+1级衍射光的频谱信息进行调制，并产生待测样品的衍射相位图像。
7、在本专利技术的一个实施例中，所述照明模块包括发光二极管以及沿所述发光二极管的光轴方向依次设置的工业镜头、多模光纤和第一薄透镜，所述多模光纤的输出端口位于所述第一薄透镜的前焦面处。
8、在本专利技术的一个实施例中，所述共焦模块包括沿光轴方向依次设置的显微物镜和镜筒透镜，其中，
9、待测样品位于所述显微物镜的前焦面，所述显微物镜用于产生携带有样品信息的物光波；
10、所述显微物镜的后焦面与所述镜筒透镜的前焦面重合。
11、在本专利技术的一个实施例中，所述衍射光产生模块包括沿光轴方向依次设置透射光栅和第二薄透镜，其中，
12、所述镜筒透镜的后焦面与所述第二薄透镜的前焦面重合，且放置有所述透射光栅，所述透射光栅用于对所述携带有样品信息的物光波进行调制以产生含有样品信息的多阶衍射光，其中，所述多阶衍射光中的0级衍射光和±1级衍射光传播至所述第二薄透镜处。
13、在本专利技术的一个实施例中，所述成像模块包括分光棱镜、相位型空间光调制器、第三薄透镜和图像采集模块，其中，
14、所述第二薄透镜的后焦面与所述第三薄透镜的前焦面重合，且设置有所述相位型空间光调制器，所述分光棱镜倾斜设置在所述第二薄透镜与所述相位型空间光调制器之间；
15、所述多阶衍射光中的0级衍射光和+1级衍射光的频谱信息对称分布在所述相位型空间光调制器的工作面上，所述相位型空间光调制器的工作面上加载具有像差实时补偿的相位调制图案，用于对包含样品信息的0级衍射光和+1级衍射光的频谱信息分别进行调制；
16、所述图像采集模块用于采集所述0级衍射光的零频分量和所述+1级衍射光像差补偿后的干涉强度图。
17、在本专利技术的一个实施例中，所述镜筒透镜与所述透射光栅之间还设置有线偏振片，用于对入射的物光波进行调制，使得所述相位型空间光调制器的作用方向与射入所述相位型空间光调制器工作面的物光波的偏振方向相同。
18、在本专利技术的一个实施例中，所述透射光栅的调制函数为：
19、g(x，y)＝1+cos(2πx/d)，
20、其中，d表示所述透射光栅的光栅常数，x表示沿x轴的坐标变量，所述x轴平行于所述相位型空间光调制器的长轴方向。
21、在本专利技术的一个实施例中，所述具有像差实时补偿的相位调制图案为：
22、
23、其中，wrap{·}表示对相位分布进行包裹处理，使所有相位值均处于0～2π之间；表示为：
24、
25、其中，angle{·}表示取复数相位，ctfreal(x，y)表示成像装置的实际相干传递函数，na表示所述显微物镜的数值孔径，λ表示所述发光二极管发出的光的中心波长，f表示所述第三薄透镜的焦距；
26、
27、其中，x0表示所述图像采集模块上0级衍射光的高频分量沿x轴的偏移量；
28、
29、
30、其中，ε表示所述相位型空间光调制器上所加载的相位调制图案中0级衍射光的零频分量的半径。
31、本专利技术的另一方面提供了一种自适应衍射相位显微成像方法，利用上述实施例中任一项所述的自适应衍射相位显微成像装置执行，所述方法包括：
32、s1：利用针孔作为样品准确测量所述自适应衍射相位显微成像装置固有的像差；
33、s2：在相位型空间光调制器上加载具有像差实时补偿的相位调制图案；<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种自适应衍射相位显微成像装置，其特征在于，包括照明模块、共焦模块、衍射光产生模块和成像模块，其中，
2.根据权利要求1所述的自适应衍射相位显微成像装置，其特征在于，所述照明模块包括发光二极管(1)以及沿所述发光二极管(1)的光轴方向依次设置的工业镜头(2)、多模光纤(3)和第一薄透镜(4)，所述多模光纤(3)的输出端口位于所述第一薄透镜(4)的前焦面处。
3.根据权利要求1所述的自适应衍射相位显微成像装置，其特征在于，所述共焦模块包括沿光轴方向依次设置的显微物镜(6)和镜筒透镜(7)，其中，
4.根据权利要求3所述的自适应衍射相位显微成像装置，其特征在于，所述衍射光产生模块包括沿光轴方向依次设置透射光栅(9)和第二薄透镜(10)，其中，
5.根据权利要求1所述的自适应衍射相位显微成像装置，其特征在于，所述成像模块包括分光棱镜(11)、相位型空间光调制器(12)、第三薄透镜(13)和图像采集模块(14)，其中，
6.根据权利要求5所述的自适应衍射相位显微成像装置，其特征在于，所述镜筒透镜(7)与所述透射光栅(9)之间
7.根据权利要求5所述的自适应衍射相位显微成像装置，其特征在于，所述透射光栅(9)的调制函数为：
8.根据权利要求7所述的自适应衍射相位显微成像装置，其特征在于，所述具有像差实时补偿的相位调制图案为：
9.一种自适应衍射相位显微成像方法，其特征在于，利用权利要求1至8中任一项所述的自适应衍射相位显微成像装置执行，所述方法包括：
10.根据权利要求9所述的自适应衍射相位显微成像方法，其特征在于，所述S1包括：
...【技术特征摘要】
1.一种自适应衍射相位显微成像装置，其特征在于，包括照明模块、共焦模块、衍射光产生模块和成像模块，其中，
2.根据权利要求1所述的自适应衍射相位显微成像装置，其特征在于，所述照明模块包括发光二极管(1)以及沿所述发光二极管(1)的光轴方向依次设置的工业镜头(2)、多模光纤(3)和第一薄透镜(4)，所述多模光纤(3)的输出端口位于所述第一薄透镜(4)的前焦面处。
3.根据权利要求1所述的自适应衍射相位显微成像装置，其特征在于，所述共焦模块包括沿光轴方向依次设置的显微物镜(6)和镜筒透镜(7)，其中，
4.根据权利要求3所述的自适应衍射相位显微成像装置，其特征在于，所述衍射光产生模块包括沿光轴方向依次设置透射光栅(9)和第二薄透镜(10)，其中，
5.根据权利要求1所述的自适应衍射相位显微成像装置，其特征在于，所述成像模块包括分光棱镜(11)、相位型空间...
【专利技术属性】
技术研发人员：马英，马琳，郜鹏，封文静，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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