[发明专利]双洛埃镜数字全息显微测量方法

说明书

技术领域

本发明属于数字全息显微及成像技术领域，具体涉及一种基于双洛埃镜与双光束光学解包裹的数字全息显微方法，用于测量分散排列的微小物体形貌信息。

背景技术

数字全息技术是计算机技术和传统光学全息相结合的产物，采用数字化的记录和再现方法，能够较为方便地获取物体的振幅信息和相位信息，而相位信息是恢复物体三维形貌的重要参数。

传统的显微技术主要是通过光学显微镜来观察微小物体。但这只能得到光强的分布，且光学显微镜的成像焦深短，每次聚焦只能获取物体的二维图像，对被测物体的厚度、位置以及多层细胞的观测非常困难；光学断面显微镜和激光扫描共焦显微镜可以进行三维观测，但由于是采用机械调节光学系统或被测物体来调焦，致使观测系统非常复杂，且对样品厚度和位置的测量麻烦费时；电子显微镜由于价格昂贵、不能观测活细胞、样品制作困难、测量过程比较麻烦等原因，限制了它的应用。数字全息显微技术是数字全息技术与显微技术的融合，成功的解决了这些问题，能同时获得细胞位置、数量、相位以及三维形貌信息。

数字全息显微成像主要分两步进行。首先利用光学显微镜对被测物体预放大，并用CCD记录数字化全息图。然后数字再现物体的三维图像信息。当前数字全息显微成像光路多采用马赫泽德干涉光路，由于复杂的光路和繁琐的相位解包裹算法而导致其难度较大，特别是光路中分束棱镜的运用使物光与参考光的光程与光强不同，这为干涉系统带入了更多的噪声，降低了系统的稳定性。

发明内容

本发明提出了一种双洛埃镜数字全息显微方法，该方法利用洛埃镜共光路自干涉的特点，使光路得到简化并增强了系统的稳定性。

普通的数字全息显微技术由于光波波长的限制再现后得到的相位信息是包裹的，其值分布在[-π，π]，包裹相位中存在阶跃点，而且阶跃点出现在高度等于波长整数倍处，波长不同则阶跃点出现的区域也不同。要得到真实的相位信息就需要采用电脑编程来完成解包裹这一步骤，现如今的相位解包裹算法众多，各种算法适用范围不同，尚无一种广泛适用的相位解包裹算法，而且这些算法相对较为复杂，并不可避免的引入了一些噪声。采用双波长光学解包裹技术有效的解决了这一问题，很大程度上简化了再现过程，不需要对再现像相位图进行解包裹，并可以实时重构物体形貌。其原理如下：

假设λ₁，λ₂为两相差甚小的波长，对该物体记录全息图的波前相位分别为

Φ1=2πλ1·z,]]>Φ2=2πλ2·z]]>

将波长λ₁，λ₂记录所得物体包裹相位Φ₁、Φ₂相减可得Φ₁₂：