光学断层扫描方法
【专利摘要】本发明涉及一种通过相干光和数字全息术来检测空间构成的样品体的方法。本发明还涉及一种根据光学相干断层扫描分析样品深度结构的方法。
【专利说明】光学断层扫描方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种通过相干光和数字全息术(DH)检测空间构成的样品体的方法。本发明还涉及一种根据光学相干断层扫描(OTC)分析样品深度结构的方法。
【背景技术】
[0002]全息技术涉及使用相干光(特别是激光)的物体三维成像。其中光线被分束器分到样品和参考分支里，其中样品光束照亮样品。被样品以不同距离反射或反向散射的光线被引导到一个光敏表面上(如相机胶卷)，并且在那里与参考光线叠加。通过干涉，空间光强分布，即全息图，在图像平面中生成。
[0003]在传统的全息技术中，全息图在光学上重建，其中改进的全息图被参考光束再一次照亮。此过程中生成的衍射波场具有对应原始物体波场的一个分量。另外的分量代表共轭图像和参考波，其分数与参考和对象波的原始强度成正比。
[0004]在数字全息术中，光敏表面由电子传感器(如CCD或CMOS相机)构成。数字存储的全息图可以在没有迂回的情况下馈入一个计算单元中进行供进一步评估的光学再现。例如，参考光束的光波场已知时，则可在与相机平面平行的任意平面内计算从样品返回的光线的光波场。如果相机平面的光波场已知，它就可以用于数字传播，例如通过使用“角谱”法、菲涅尔变换或者另外的积分变换。
[0005]在重建平面中计算波场的时，多种情况下使用的“角谱”法或“平行波传播”法均基于将全息图平面f (X，y.Z=O)中的物体波场发展成平面波exp (i (kxx+kyy))，也就是说，计算波场的二维傅立叶变换。因此知道波场的单个平面波的波数的横向分量，也就是说知道
了函数
【权利要求】
1.一种散射样品的3D成像方法，尤其适用于确定样品的空间散射率分布S (χ,r,ζ),包括以下步骤: a.将激光分成样品和参考光束，所述激光具有在预定的频带宽度中选择的波长； b.在N个不同的波段λη(η=1,……，N)上照射样品，并将在样品里散射的光线以及参考光线返回到2D光探测器阵列上； c.在2D光探测器阵列上叠加散射的样品光线和参考光线，并且在不同情况下记录N个波长中每一个的一个全息图； d.在2D光探测阵列平面内计算N个波长中的每一个在样品内散射的电子波场； e.将所有计算得出的波场传播到预定的重建平面，所述重建平面与样品光束的光轴垂直对齐； f.计算N个波长中每一个在样品中散射并在重建平面中传播的电子波场的横向空间-频率谱 En (kx，ky，kn)，其中 kn=2 π / λ n ; 其特征在于，进一步包括以下步骤: g.对N个波长中每一个的横向空间-频率谱进行相位匹配以补偿传播的波场和参考光线之间由步骤d)和/或e)产生的传播时间差； h.沿着样品光束的光轴对每一横向空间频率(kx，ky)进行空间-频率谱的一维傅立叶变换，以计算出与深度相关的散射率频谱S (kx，ky, z)； 1.计算样品在重建平面周围区域内至少一层的散射率S(x，y，z)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述重建平面预设在样品内。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对沿着样品光束的光轴间隔排列的多个重建平面或者样品层的散射率S (X，y, z)进行计算，并在计算机中将计算结果合成整个样品的散射率分布。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述重建平面是通过以下方式确定的:使得在重建平面中散射并返回到2D光探测阵列的光与参考光束之间没有传播时间差巳
5.根据前述权利要求中任一所述的方法，其特征在于，通过将每个横向空间-频率谱乘以基于kn的相位因子来进行相位匹配，这样所有N个空间-频率谱在重建平面中的分量En (kx0, ky0, kn)对于预定的横向空间频率(kxCI，ky0)具有相同的值。
6.根据前述权利要求中任一所述的方法，其特征在于，在进行一维傅立叶变换之前，通过将所有的横向空间-频率谱乘以在不同情况下均依赖于各自匕的相位因子以实现对由样品运动和/或群速率色散所产生的噪声的数学补偿。
7.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，一维傅立叶变换作为整个非等距插值点集上的快速傅立叶变换(FFT)进行，所述非等距插值点集取决于各自的空间频率(kx，ky)，所述空间-频率谱被事先插入到这些插值点上。
8.根据前述权利要求中任一所述的方法，其特征在于，参考臂中设有光束发散元件，以在参考光到达2D光探测器阵列之前球形发散所述参考光。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在样品外部，参考光在待分析的样品区域附近具有焦点。`
10.根据前述权利要求中任一所述的方法，其特征在于，使用不少于N=IOO个的不同波长。
【文档编号】G03H1/04GK103733144SQ201280030736
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年4月16日 优先权日:2011年4月21日
【发明者】D·希尔曼, G·许特曼, P·科赫, C·吕尔斯, A·福格尔 申请人:吕贝克大学, 吕贝克医学激光中心有限公司, 统雷有限公司