[发明专利]双波长数字全息显微成像方法及装置

说明书

本发明公开了一种双波长数字全息显微成像方法，涉及数字全息成像，解决现有数字全息显微系统单帧采集双波长全息图的技术问题，所述方法包括：将包含有第一波长光和第二波长光的光束通过第一分束镜形成反射光和透射光；所述反射光照射待测物体后形成物光；所述透射光的其中一种波长光通过滤波片反射形成第一参考光，所述透射光的另一种波长光滤过所述滤波片并照射在平面镜后形成第二参考光；所述物光与第一参考光、第二参考光干涉产生全息图并通过图像采集设备进行拍摄记录。本发明还公开了一种双波长数字全息显微成像装置。本发明通过反射式进行单帧采集双波长全息图，光学元件数量少，结构紧凑、成本低、适用性高。

技术领域

本发明涉及数字全息成像，更具体地说，它涉及一种双波长数字全息显微成像方法及装置。

背景技术

数字全息显微技术融合了数字全息和显微成像的特点，是定量相位测量领域中最具有代表性技术之一。凭借着非接触、无标记、高分辨率、快速重建等优点，数字全息显微技术在微机电系统MEMS测量、微光学元件表征、生物细胞动态学分析等领域中发挥了重要的作用。

数字全息显微技术在重建相位时涉及到反正切操作，使得再现的相位分布折叠在[-π，π]之间，得到包裹相位图，因此必须通过解包裹算法恢复物体连续的相位分布。当前大多数数值相位展开算法计算复杂耗时，特别是当待测物体表面梯度很大时，例如陡峭的台阶，相位展开算法就会失效，引入测量误差。1973年，Polhemus提出双波长干涉技术。数字全息显微双波长技术的主要内容是双波长相位解包裹，利用2个波长数字记录全息图并提取出对应的包裹相位分布，两波长的包裹相位作差得到的相位分布等效于合成波长恢复的展开相位。双波长技术中一个重要的内容是全息图的采集，最简单的方法是依次采集不同波长下的全息图，但是该方法要求多次采集，不适合测量运动物体或者观察动态现象。为了实现实时测量，众多学者提出利用彩色相机的不同颜色通道同时记录不同波长下的全息图。然而，不同颜色通道的光谱串扰也会引入额外的相位误差。实时测量的另外一个思路是利用空间复用的思想，使用黑白相机也能实现单次曝光采集所有波长全息图。为了实现复用，可以通过构建不同波长独立的物光光路和参考光光路、偏振分离、光栅分离等方法。为了提高双波长测量系统的稳定性，众多学者提出基于横向剪切干涉、偏振、分色镜、后向反射镜、长焦显微物镜等方法的共路双波长系统。

然而，目前提出的实时双波长成像方法大多使用较多的光学元件，如反射镜、偏振元件等，不适用于无透镜数字全息显微系统。无透镜数字全息显微系统，指的是被观察物与成像器件CCD之间不使用透镜。JAE-YONG LEE等人在文献[Dual-wavelength digitalholography with a low-coherence light source based on a quantum dot film]提出一种基于量子点薄膜(quantum dot film)的双波长分离方法，应用于反射式无透镜数字全息显微系统。但是获取或者制作量子点薄膜并不容易，成本较高，适用性低。因此，对于无透镜数字全息显微系统，利用黑白相机如何实现实时双波长全息图记录、成像和测量，仍然是数字全息技术中的一个重大技术难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，本发明的目的一是提供一种针对反射式数字全息系统单帧采集双波长全息图的数字全息显微成像方法。

本发明的目的二是提供一种针对反射式数字全息系统单帧采集双波长全息图的数字全息显微成像装置。

为实现上述目的一，本发明提供一种双波长数字全息显微成像方法，所述方法包括：

将包含有第一波长光和第二波长光的光束通过第一分束镜形成反射光和透射光；

所述反射光照射待测物体后形成物光；

所述透射光的其中一种波长光通过滤波片反射形成第一参考光，所述透射光的另一种波长光滤过所述滤波片并照射在平面镜后形成第二参考光，所述第一参考光与第二参考光的路径不同；