[发明专利]一种非相干数字全息三维动态显微成像系统与方法

摘要

非相干数字全息三维动态显微成像系统与方法,属于光学衍射成像和非相干数字全息技术领域。采用基于位相空间光调制器的单次曝光相移技术和非相干光照明情形下实现动态样品的三维显微成像，在全息图拍摄光路中，入射光为由样品透射或反射的非相干光，经过准直透镜汇聚以及空间光调制器的调制后，被所述的图像传感器接收，图像传感器,空间光调制器均与计算机进行连接。其中空间光调制器上加载了在计算机中制作生成衍射分光的位相掩膜图样。为使系统可以一次曝光记录多幅相移全息图，需要将空间光调制器上的位相加载方法调整为分区域相移加载方式。本发明能够通过单次曝光同时记录多幅非相干数字全息图，可用于对光源相干性要求较低的实时性三维成像，并且系统内不需要任何移动或扫描部件。

主权项

非相干数字全息三维动态显微成像系统，包括依次放置的白光光源(1)、汇聚透镜(2)、孔径光阑(3)、滤波片(4)、待测样品(5)、准直透镜(6)、分束棱镜(7)、空间光调制器(8)；其特征在于：由白光光源(1)发出的入射光依次通过汇聚透镜(2)、孔径光阑(3)、滤波片(4)，入射光照明待测样品(5)，由待测样品(5)透射或反射的光波，经过准直透镜(6)准直后垂直入射分束棱镜(7)的表面，透射光垂直入射空间光调制器(8)并经过空间光调制器(8)的调制并反射后，沿原路返回分束棱镜(7)，经分束棱镜(7)反射的光被图像传感器(9)接收，图像传感器(9)与空间光调制器(8)均与计算机(10)进行连接；其中，为能使空间光调制器(8)起到一个衍射分光元件的作用，在计算机(10)中制作生成衍射分光的位相掩膜图样；为单次曝光同时记录多幅相移全息图，将空间光调制器(8)上的位相加载方法调整为分区域相移加载方式；图像传感器(9)接收到的干涉图样传入计算机(10)中；所述光路中，滤波片(4)和待测样品(5)依次被装配在白光光源(1)的出射端，由待测样品(5)反射或透射的光波入射到与其距离等于焦距的准直透镜(6)前表面上，出射的准直光束与分束棱镜(7)垂直，分束棱镜的后方装配纯相位型空间光调制器(8)，在经过空间光调制器(8)以及分束棱镜(7)的反射光路上装配图像传感器(9)；所述分束棱镜(7)为二向色分束棱镜；所述的白光光源(1)为宽带扩展的非相干光源，所述汇聚透镜(2)对光源成像，所述孔径光阑(3)位于汇聚透镜(2)形成的光源像面附近；将空间光调制器(8)的幅面分成多个2×2像素的方形区域，根据每一个区域中加载平面波位相像素的位置，额外加载相移角度；方形区域左上，右上，左下，右下位置的像素分别对应0、π/2、π、3π/2四个相移角度；在图像传感器(9)对应的像素位置分别记录多幅相移全息图；根据空间光调制器(8)上加载相移角度的位置分布，将图像传感器(9)采集的全息图中带有相同相移角度的像素分别提取出来，保持它们在全息图中的相对位置不变，分别填到四幅与全息图分辨率相同的空白图片中，得到四幅相移全息图；拆分得到的全息图通过在计算机(10)中进行四步相移运算，合成为一幅包含有物光波的复值全息图。