[发明专利]高分辨率数字全息像的获取装置

说明书

技术领域

本发明涉及数字全息技术领域，特别涉及一种数字全息像的获取装置。

背景技术

数字全息技术以固体成像器件CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)或CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体)替代传统的银盐干板来记录全息图，通过计算机数值模拟数字全息图的衍射再现过程，利用快速傅里叶变换算法及频谱滤波处理等获得物光波场的振幅和相位信息，实现三维物光波场重构，避免了传统的湿化学处理过程，具有快速，实时等优点。

但是，数字全息技术一直无法达到传统光学全息术的分辨率。主要原因在于，目前作为全息图记录介质的面阵CCD或CMOS，由于技术发展的限制面积一般较小，在其单元像素尺寸一定的情况下，使其像素总数较少。同时，在常见的离轴或者同轴全息图记录过程中，参考光波和物光波夹角保持不变时，由于CCD或CMOS的单元像素尺寸确定，为满足香农采样定理，限定了CCD或CMOS到物体之间的记录距离不能太小及其面积不能太大。增大所记录的全息图面积会造成其边缘部分的CCD或CMOS单元像素不能够清楚记录干涉条纹，发生全息图的欠采样。由于上述原因，使全息图记录过程的记录距离不能够太小，所记录全息图面积不能够太大，同时CCD或CMOS的面积也限制了所记录全息图面积不会太大，进而限制了数字全息记录系统的空间带宽积，使全息图所能够包含的物体信息量有限，导致数字全息再现像的视场较小，并制约了数值再现像的分辨率。M.Gustafsson等人在论文《High-resolution digital transmission microscopy-a Fourier holography approach》(Optics andLasers in Engineering 41(2004)553-563)中利用型号为Kodak KAF3200E的面阵CCD对尺寸为1mm的鉴别率板进行了拍摄，并获得228lp/mm的分辨率，但是其工作距离较小，视场不大，分辨率也不高。W.Haddad等人在论文《Fourier-transform holographic microscope》(AppliedOptics 31(1992)4973-4978)获得了接近衍射极限的分辨率，不过其工作距离非常短，视场宽度仅有几十个微米。

发明内容

为了克服现有技术数字全息再现像分辨率低，视场小的问题，本发明提出一种基于线阵CCD推扫的高分辨率数字全息像的获取装置，以提高数字全息再现像的分辨率并增大其视场。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括激光器，一样品，至少一线阵CCD，一可二维方向移动微位移平台，一分束装置，一扩束装置和一计算机，其中，所述激光器发出的光束由所述分束装置分为第一、二光束，所述第一光束照射样品，所述第二光束经过所述扩束装置转化为球面光波后与照射样品后的第一光束相互干涉并形成一干涉区域，所述线阵CCD设置在所述可二维方向移动微位移平台上并位于所述干涉区域内，且所述球面光波的点源到所述线阵CCD的光程与物光波自样品到线阵CCD的光程相等，所述计算机与线阵CCD和微位移平台电性连接，且所述计算机可以控制微位移平台的移动使得线阵CCD对第一和第二光束产生的干涉条纹推扫采集并合成数字全息图，所述数字全息图由所述计算机通过快速傅里叶变换算法和数字图像处理等手段进行数值重构，最终获得高分辨率数字全息再现像。

所述线阵CCD为像素呈一维阵列分布的电荷耦合器件，也可以用一线阵CMOS替代。

所述可二维方向移动微位移平台为一可以沿两个固定的相互正交的方向精密移动，并可重复定位的平台。

所述线阵CCD固定于所述可二维方向移动微位移平台上，其像素方向平行于干涉条纹方向，并可以在所述可二维方向移动微位移平台带动下沿垂直于条纹方向推动扫描，并可以通过改变所述微位移平台的步进大小来控制推扫精度和再现像分辨率。

所述高分辨率数字全息像的获取装置中的样品为透明状态的透射型样品或不透明状态的反射型样品。

所述分束装置为光纤分束器或固定分光比分束镜，或者是分光比可调分束镜。

所述扩束装置为一扩束镜。

所述激光器是气体激光器或半导体激光器。