[发明专利]一种基于数字微镜器件的光束角度快速调制装置

说明书

本发明涉及一种基于数字微镜器件的光束角度快速调制装置，属于光电仪器以及计算成像系统设计领域。本发明包括数字微镜器件，对入射的光束进行空间位置区域选通调制；扩束系统，对由微镜器件出射的光束进行在准直扩束；透镜阵列与物镜系统，通过焦点重合实现光束空间区域选通调制到角度二维调制的转换；光阑，实现对平行光束的空间剪切，获取特定区域尺寸的不同角度传播平行光。本发明利用数字微镜器件的快速空间调制特性以及透镜阵列的光场角度信息获取能力，实现了空间光束二维角度快速调节的功能，不受机械器件共振频率的限制，能够实现空间光束角度调制以及编码。

技术领域

本发明涉及一种基于数字微镜器件的光束角度快速调制装置，属于光电仪器以及计算成像系统设计领域。

背景技术

光场信息包含丰富的信息，传统的照相等方法是通过降维积分的方式将光场中光束的角度信息牺牲，获得四维光场在二维传感器(感光胶片或者CCD/CMOS)，此类操作对光场信息的利用不足，难以获取更多的对象信息。全光函数是一种描述光场的更为全面的方式，全光函数中除空间位置外还包括了空间二维角度以及波长等信息，这些参数的利用似的更为全面的获取对象信息成为可能。

为充分利用更多光场参数，获取观测对象更为全面的信息(尤其是光束传播角度信息)，一系列方案被提出，例如基于微透镜阵列的光场相机、基于二维机械振镜的光束偏振模块以及CT等旋转对象或光源等方案，然而现有技术大多存在着调制速度、信息维度以及光源种类上的限制，比如只能实现一维角度调制、调制速度受到机械共振频率影响或者只能实现非相干光的角度调制等。现有技术和方法难以满足更多参数、更高速度以及更多维度的全光信息参数采集要求，因此亟需一种不受机械共振频率以及光源种类等限制的光束空间角度二维调制技术。

以生物组织三维成像为例，基于光学技术的生物组织三维成像技术是人类认识生物结构、功能、运作机理的重要手段，具有非侵入、高精度等特点，并且利用相干光进行测量可以获取包括透明生物组织复折射率等参数，因此相干光束快速角度调制技术对于生物组织成像检测领域具有非常大的意义。传统的生物组织内部结构三维成像方法多以机械扫描为主，例如X-CT需要改变X射线光源或者探测相对于被测样本的角度，因此需要在样本周围旋转探测器或者探测器保持静止，旋转样本进行角度的扫描；OCT、共焦显微成像以及双光子荧光成像等方法都需要在探测平面上以及焦深方向上进行三维的点扫描；部分数字全息法用于测量生物组织样本的方案采用机械振镜的方式扫描穿过样本的光的空间频率等。上述方法中都需要探测器或被测样品进行机械移动，基于机械的方法通常只能实现单个维度的角度扫描，且需要高精度的机械扫描机构来确保精度，而机械方法实现点扫描则需要耗费大量的时间，机械器件本身扫描的频率受到固有频率的限制，再加上点扫描来实现立体重构需要采样点数量巨大，同样限制了处理的速度。此外，部分生物组织成像技术采用非相干光，通过组织对光强的吸收来定性的获取组织的架构等信息，此类方法受限于光场中波长这一参量的充分利用，所得到对象信息有限。

数字微镜器件(DMD)是一种微光机电系统，采用CMOS工艺的单片制造技术将微反射镜光开关阵列集成到微型芯片上。每个光开关都具有一个反射镜，与一个存储器单元相连接。通过控制存储单元电荷状态，改变微反射镜绕固定轴的旋转运动及时域响应，从而实现对通过每个单元反成分及射的光角度方向和停滞时间的调制。数字微镜器件可实现对光线的空间进行调制选通，选通所需时间为微秒级，且调制过程中器件不存在机械移动，但数字微镜器件只能实现空间二维平面的光束调制，无法实现空间传播角度的编码和调制。同时，单个透镜采集图像时成像角度固定，而多个透镜组成阵列即可获得不同空间角度的对象信息，是为成像测量系统提供角度参数的一种重要手段。因此，本发明意在提出一种基于数字微镜器件的快速空间调制特性以及透镜阵列角度获取能力的光束空间传播角度二维快速调制和编码的方法和系统。

发明内容