[发明专利]基于K空间变换的三维成像装置及其成像方法

权利要求书

1.一种基于K空间变换的三维成像装置，其特征在于：包括激光器(1)、透镜(2)、第一分光棱镜(3)、第一柱透镜(4)、光斑探测器(5)、计算机(6)、第二分光棱镜(7)、显微物镜(8)、供待测样品放置的一维电动位移台(9)、显微物镜组(11)、第一反射镜(12)、第二柱透镜(13)、第二反射镜(14)；

上述元件的位置关系如下：

所述激光器(1)发出激光经过透镜(2)成为一束平行光，通过第一分光棱镜(3)分束为透射光束和反射光束，即探测光束和参考光束，所述的探测光束经第一柱透镜(4)聚焦成为片状照明光，并依次经第二分光棱镜(7)和显微物镜(8)汇聚成片状更细的片状照明光照射在待测样品上，经待测样品反射后，原路返回，经显微物镜(8)透射后入射到第二分光棱镜(7)；

所述的参考光束经第二反射镜(14)反射后，通过第二柱透镜(13)形成片状参考光，并由第一反射镜(12)反射后，依次经显微物镜组(11)和第二分光棱镜(7)透射后，与经第二分光棱镜(7)反射的探测光束共同入射到光斑探测器(5)，所述的计算机(6)分别与所述的光斑探测器(5)和一维电动位移台(9)相连。

2.根据权利要求1所述的基于K空间变换的三维成像装置，其特征在于：还包括夹持器(10)，该夹持器(10)由一维电动位移台(9)控制，用于固定待测样品。

3.利用权利要求1或2所述的基于K空间变换的三维成像装置对待测样品进行三维成像的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

①以激光器发出激光为光轴，将待测样品固定在所述一维电动位移台上，由一维电动位移台控制送入光路中，使待测样品垂直于探测光束入射方向，同时，确保各个光学元件与探测光束垂直且中心保持在光轴上；

②测量待测样品到第二分光棱镜(7)的距离L₁,第二分光棱镜(7)到光斑探测器(5)靶面的距离L₂，以及第二分光棱镜(7)的宽度D；

③遮挡住参考光路，保留探测光路，用光斑探测器记录第1幅散射光斑；

④遮挡住探测光路，保留参考光路，用光斑探测器记录第2幅散射光斑；

⑤保留探测光路与参考光路，用光斑探测器记录第3幅散射光斑；

⑥计算机(6)控制所述的一维电动位移台(9)的移动，使待测样品按照预设移动步长l沿垂直于光轴方向移动，每移动一次，光斑探测器采集重复步骤③、④、⑤直至移动n次，采集3n幅散射光斑；

⑦光斑探测器记录的光斑强度分别输入计算机，由计算机进行待测样品的三维成像。

4.根据权利要求3所述的三维成像方法，其特征在于，所述步骤⑦，利用计算机对光斑探测器记录的3n幅散射光斑进行三维成像，具体步骤如下：

步骤7.1、令n＝1；

步骤7.2、读入一维电动位移台移动第n次所记录的3幅散射光斑；

步骤7.3、用第n次的第3幅散射光斑图与第n次的第1幅和第2幅散射光斑图之和做差；

步骤7.4、对步骤7.3得到的图像做离散傅里叶变换，然后截取1级频谱，并平移至图像中心处；

步骤7.5、对步骤7.4得到的图像做离散傅里叶逆变换，然后利用菲涅尔传播公式传播至样品中心平面，其传播距离为：D+L₁+L₂；

步骤7.6、对步骤7.5得到的图像做离散傅里叶变换；

步骤7.7、利用公式获取波前在光轴上的对应位置，其中，p为轴向位置，m为横向位置，n为纵向位置，λ为激光波长，Δk_x为横向空间频率，Δk_y为纵向空间频率，Δk_z轴向空间频率；

步骤7.8、将数据(m,n)处对应的振幅和相位移动至(m,p)处，从而将波前投影至平行于光轴的平面；

步骤7.9、对步骤7.8得到的结果做离散逆傅里叶变换；

步骤7.10、令n＝n+1，重复步骤7,2到步骤7.9直至电动位移台移动n次，最终得到的三维数据组，即是待测样品的三维信息。

5.根据权利要求3或4所述的三维成像方法，其特征在于，所述的预设移动步长l的范围为1μm-10μm。

6.根据权利要求3或4所述的三维成像方法，其特征在于，所述的一维电动位移台移动次数n的范围为300-500次。