一种基于照明光倾斜调制的波前三维显微镜的制作方法

本发明涉及技术领域，具体为一种基于照明光倾斜调制的波前三维显微镜。

背景技术：

由于波前探测器的探测范围是有限的，从最小的探测斜率到最大的探测斜率是波前传感器的动态范围，如果光斑位置超出了光电探测器的探测范围，波前探测器将无法准确的探测出入射波波前的斜率。

基于波前传感的三维显微镜通过探测被测样品的透射或者表面反射斜率来重构物体的三维数据，因此，当该斜率超过波前探测器的动态范围时，将无法准确地重构出三维数据。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于照明光倾斜调制的波前三维显微镜，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于照明光倾斜调制的波前三维显微镜，包括结构光准直光源，所述结构光准直光源一侧与之对应设置有波前调制器、被测样品与物镜，所述物镜远离所述结构光准直光源的另一端设有与之对应的筒镜与波前传感器，所述波前传感器与计算机连接。

优选的，所述波前传感器由光栅阵列和感光元件组成。

优选的，所述结构准直光源由点光源经过透镜准直产生。

优选的，所述点光源为激光或led。

优选的，所述结构准直光源经过所述波前调制器的透射或反射，产生一个可以在一定范围内向各个方向倾斜的平面波光束。

优选的，经过所述波前调制器调制过后的光束通过所述被测样品、物镜和筒镜入射到所述波前传感器，在所述光电传感器上成光斑点阵。

有益效果

本发明所提供的基于照明光倾斜调制的波前三维显微镜，基于波前传感的三维显微镜能通过光的波前重构出被测样品的三维特征，其结构简单、对震动噪声不敏感，对光源相干性要求不高，因此可广泛应用于生物观测、医疗仪器、光学面型检测、工业检测等领域，波前传感器的主要部件包括微透镜阵列或微光栅阵列和光电探测器，入射光经过微透镜汇聚或者微光栅衍射，在光电传感器上成光斑点阵，每个光斑的位置反应出局部入射光波的波前角度。当入射波与理想波波前不同时，光斑点阵位置会发生变化。因此，通过与参考波前比较光斑位置的变化，可计算出入射波波前的斜率，进而重构出被测样品的三维信息。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中实施例2整体结构示意图；

图3为本发明的波前传感器的子孔径结构示意图。

附图标记

1-结构光准直光源，2-被测样品，3-物镜，4-筒镜，5-波前传感器，6-光栅阵列，7-感光元件，8-计算机，9-波前调制器，10-第一楔形棱镜，11-第二楔形棱镜。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1

如图1所示，一种基于照明光倾斜调制的波前三维显微镜，包括结构光准直光源1，结构光准直光源1一侧与之对应设置有波前调制器9、被测样品2与物镜3，物镜3远离结构光准直光源1的另一端设有与之对应的筒镜4与波前传感器5，波前传感器5与计算机8连接。

优选的，波前传感器5由光栅阵列6和感光元件7组成。

优选的，结构准直光源1由点光源经过透镜准直产生。

优选的，点光源为激光或led。

优选的，结构准直光源1经过波前调制器9的透射或反射，产生一个可以在一定范围内向各个方向倾斜的平面波光束。

优选的，经过波前调制器9调制过后的光束通过被测样品2、物镜3和筒镜4入射到波前传感器5，在光电传感器7上成光斑点阵。

结构准直光源由点光源，如激光或者led经过透镜准直产生，该准直光束经过平面波前调制器的透射或反射，产生一个可以在一定范围内向各个方向倾斜的平面波光束，经过调制过后的光束通过被测样品，再经过物镜和筒镜入射到波前传感器，在光电传感器上成光斑点阵，每个光斑的位置反应出局部入射光波的波前角度。

当入射波与理想波波前不同时，光斑点阵位置会发生变化，因此，通过与参考波前比较光斑位置的变化，可计算出入射波波前的斜率，进而重构出被测样品的三维信息。

对于在波前传感器动态范围内的斜率，波前传感器的子孔径中形成的光斑如图3左图所示，在子孔径（方形）区域内，如果探测的斜率超出了波前传感器的动态范围，则会出现如图3右图所示的情况，聚焦的光斑出现在子孔径区域外，此时通过扫描入射光波波前的倾斜角度，使得光斑进入子孔径的探测区域，并且与属于临近的子孔径光斑区分开来，此时通过质心算法将光斑偏移求出，并叠加波前调制所引入的偏移，可以计算得出该子孔径区域所对应的真实斜率。

实施例2

如图2所示，一种基于照明光倾斜调制的波前三维显微镜，包括结构光准直光源1，结构光准直光源1一侧与之对应设置有第一楔形棱镜10与第二楔形棱镜11、被测样品2与物镜3，物镜3远离结构光准直光源1的另一端设有与之对应的筒镜4与波前传感器5，波前传感器5与计算机8连接。

优选的，第一楔形棱镜10与第二楔形棱镜11与其外侧设置的驱动电机转动连接。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明性的保护范围之内的发明内容。

技术特征：

1.一种基于照明光倾斜调制的波前三维显微镜，包括结构光准直光源（1），其特征在于：所述结构光准直光源（1）一侧与之对应设置有波前调制器（9）、被测样品（2）与物镜（3），所述物镜（3）远离所述结构光准直光源（1）的另一端设有与之对应的筒镜（4）与波前传感器（5），所述波前传感器（5）与计算机（8）连接。

2.根据权利要求1所述的基于照明光倾斜调制的波前三维显微镜，其特征在于：所述波前传感器（5）由光栅阵列（6）和感光元件（7）组成。

3.根据权利要求1所述的基于照明光倾斜调制的波前三维显微镜，其特征在于：所述结构准直光源（1）由点光源经过透镜准直产生。

4.根据权利要求3所述的基于照明光倾斜调制的波前三维显微镜，其特征在于：所述点光源为激光或led。

5.根据权利要求1所述的基于照明光倾斜调制的波前三维显微镜，其特征在于：所述结构准直光源（1）经过所述波前调制器（9）的透射或反射，产生一个可以在一定范围内向各个方向倾斜的平面波光束。

6.根据权利要求1所述的基于照明光倾斜调制的波前三维显微镜，其特征在于：经过所述波前调制器（9）调制过后的光束通过所述被测样品（2）、物镜（3）和筒镜（4）入射到所述波前传感器（5），在所述光电传感器（7）上成光斑点阵。

技术总结
本发明公开了一种基于照明光倾斜调制的波前三维显微镜，包括结构光准直光源，结构光准直光源一侧与之对应设置有波前调制器、被测样品与物镜，物镜远离结构光准直光源的另一端设有与之对应的筒镜与波前传感器，波前传感器与计算机连接。本发明的有益效果：基于波前传感的三维显微镜能通过光的波前重构出被测样品的三维特征，其结构简单、对震动噪声不敏感，对光源相干性要求不高，因此可广泛应用于生物观测、医疗仪器、光学面型检测、工业检测等领域。

技术研发人员：龚海;安亚通;邵屹峰;郭文俊;徐方达;于楠
受保护的技术使用者：龚海
技术研发日：2020.10.27
技术公布日：2021.01.01