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专利号: 2018109857456
申请人: 江苏大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.基于附加相位片的微尺度透明体离焦距离测量装置,其特征在于:在Mach-Zehnder(马赫增德尔)光路成像系统的物光臂的物镜与样品池间设置用于调整成像系统中样品与物镜之间的光程可转动相位片。

2.根据权利要求1所述的基于附加相位片的微尺度透明体离焦距离测量装置,其特征在于:所使用的成像系统是Mach-Zehnder光路成像系统(附图1),其由光源、分光镜、物光臂光路和参考臂光路、合束镜、CCD(电荷耦合器件)构成,光源选用具有相干性的激光器,物光臂光路由分光镜、反射镜、样品池、相位片、物镜、合束镜构成,用以产生携带样品光学相位信息的物光束,参考臂光路由分光镜、反射镜和合束镜构成,用以产生与物光束干涉而呈现特定衍射图的参考光束。

3.根据权利要求1所述的基于附加相位片的微尺度透明体离焦距离测量装置,其特征在于:可转动相位片位置是在成像系统的物镜与样品池之间。

4.根据权利要求1所述的基于附加相位片的微尺度透明体离焦距离测量装置,其特征在于:可转动相位片是具有四种不同厚度区域的光学玻璃平板,其材料折射率记为n,取值范围为1.3

5.根据权利要求1所述的基于附加相位片的微尺度透明体离焦距离测量装置,其特征在于:成像系统的物平面是由物镜焦距f、CCD与物镜间的光程差v来决定,成像系统的物平面到物镜之间的光程差u满足1/f=1/u+1/v。

6.根据权利要求1所述的基于附加相位片的微尺度透明体离焦距离测量装置,其特征在于:获取相位体的衍射图是通过CCD来实现。

7.根据权利要求1所述的基于附加相位片的微尺度透明体离焦距离测量装置,其特征在于:可转动相位片的不同厚度区域置于光路中可使样品与物镜之间的光程分别增加t1×(n-n0),t2×(n-n0),t3×(n-n0),t4×(n-n0),其中n0为空气的折射率,记相位片引起的相对光程变化为z1=0,z2=z1+(t2-t1)×(n-n0),z3=z2+(t3-t2)×(n-n0),z4=z3+(t4-t3)×(n-n0)。

8.基于附加相位片的微尺度透明体离焦距离测量方法,其特征在于按照下述步骤进行:转动相位片使相位片的不同厚度区域置于光路中以调整成像系统中样品与物镜之间的光程,在相位片的四个不同厚度区域置于光路中时获取相应的四幅相位体的衍射图;通过一定的相位恢复方法对这些衍射图进行处理来获取相应的相位图;通过傅里叶变换计算四幅相位图的SPEC(权重谱分析参数)参数;将计算获取的SPEC参数和相位片的厚度信息代入到计算公式中即可计算出相位体相对于物镜的距离。

9.根据权利要求8所述的基于附加相位片的微尺度透明体离焦距离测量方法,其特征在于获取衍射图之前,首先移动样品池,使样品池范围处于经相位片调制后的成像系统的成像范围之内;

样品池范围处于经相位片调制后的成像系统的成像范围之内是在使用最薄的相位片时成像系统的物平面高于样品池的上壁面,在使用最厚的相位片时成像系统的物平面低于样品池的下壁面;

可转动相位片的不同厚度区域置于光路中可通过电机驱动相位片的转动轴旋转来实现。

10.根据权利要求8所述的基于附加相位片的微尺度透明体离焦距离测量方法,其特征在于,获取相位图可通过对获取的衍射图进行微分相位恢复方法来实现;

计算相位图的SPEC参数是根据以下公式实现, 其中F()为

傅里叶变换,采用快速傅里叶变换实现,快速傅里叶变换前首先对图像进行离散处理,离散单元尺寸为Δx×Δy,g(x,y)为相位图,μ,ν为频谱空间,频谱截止频率为μth=1/Δx,νth=

1/Δy;

计算的SPEC参数是针对相位片的四种不同厚度的区域按厚度从薄到厚的顺序获取4幅相位图计算的,分别记为SPEC1,SPEC2,SPEC3,SPEC4;

计算出相位体相对于物镜的距离是首先计算成像系统的像平面相对位置,再将成像系统的像平面相对位置代入到相位体相对于物镜的距离计算公式计算得到;

成像系统的像平面相对位置按下述公式实现,当|(SPEC2-SPEC1)/(z2-z1)|,|(SPEC3-SPEC2)/(z3-z2)|和|(SPEC4-SPEC3)/(z4-z3)|这三个参数中|(SPEC2-SPEC1)/(z2-z1)|最大时,成像系统的像平面相对位置为 当|(SPEC4-SPEC3)/(z4-z3)|最大时,成像系统的像平面相对位置为 当|

(SPEC3-SPEC2)/(z3-z2)|最大且SPEC4>SPEC1,成像系统的像平面相对位置为其他 情况 ,成 像系 统的 像平 面 相对 位置 为相位体相对于物镜的距离计算公式为1/(1/f-1/v)-t1×(n-n0)+z;

光轴方向的最大测试范围是(t4-t1)×(n-n0)。