专利摘要

本实用新型公开了一种基于光强传输方程的非干涉相位测量系统；属于光学相住测量技术领域；其技术要点包括安装架，所述安装架上设置有显微镜支架，在显微镜支架上通过升降机构活动连接有载物台；在载物台下方设置有与载物台通光孔相对应的非偏振分束镜；在显微镜支架侧边的安装架上设有朝向非偏振分束镜的LED光源，在LED光源与非偏振分束镜之间设置有第一光学4F系统；在显微镜支架上方的安装架上设置有与载物台通光孔相对应的相机，在相机与载物台通光孔之间设置有与第一光学4F系统相互垂直的第二光学4F系统；本实用新型旨在提供一种结构紧凑、成本较低且使用方便的基于光强传输方程的非干涉相位测量系统；用于相位测量。

权利要求

1.一种基于光强传输方程的非干涉相位测量系统，包括安装架(1)，其特征在于，所述安装架(1)上设置有显微镜支架(2)，在显微镜支架(2)上通过升降机构活动连接有载物台(3)；在载物台(3)下方设置有与载物台(3)通光孔相对应的非偏振分束镜(4)；

在显微镜支架(2)侧边的安装架(1)上设有朝向非偏振分束镜(4)的LED光源(5)，在LED光源(5)与非偏振分束镜(4)之间设置有第一光学4F系统(6)；

在显微镜支架(2)上方的安装架(1)上设置有与载物台(3)通光孔相对应的相机(7)，在相机(7)与载物台(3)通光孔之间设置有与第一光学4F系统(6)相互垂直的第二光学4F系统(8)。

2.根据权利要求1所述的一种基于光强传输方程的非干涉相位测量系统，其特征在于，所述第一光学4F系统(6)由沿光线前进方向依序设置的第一物镜(6a)、孔径光阑(6b)和第一透镜(6c)组成；所述孔径光阑(6b)位于第一物镜(6a)的后焦点位置，所述第一物镜(6a)的后焦点位置与第一透镜(6c)的前焦点位置重合。

3.根据权利要求1所述的一种基于光强传输方程的非干涉相位测量系统，其特征在于，所述第二光学4F系统(8)由第二物镜(8a)和第二透镜(8b)组成；所述第二物镜(8a)后焦点位置和第二透镜(8b)前焦点位置重合；所述第二物镜(8a)为多倍率显微物镜组并通过物镜转换器(9)连接在显微镜支架(2)上；所述第二透镜(8b)设置在第二物镜(8a)与相机(7)之间。

4.根据权利要求3所述的一种基于光强传输方程的非干涉相位测量系统，其特征在于，所述显微镜支架(2)上方的安装架(1)上设置有移动导轨(10)在移动导轨(10)上固定有支杆(11)，所述第二透镜(8b)固定在支杆(11)自由端。

5.根据权利要求1所述的一种基于光强传输方程的非干涉相位测量系统，其特征在于，所述相机(7)通过二维位移平台(12)与安装架(1)连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于光强传输方程的非干涉相位测量系统，其特征在于，所述安装架(1)由相互垂直连接的两块光学面板(1a)及设置在两块光学面板(1a)连接处并分别与两块光学面板(1a)连接的连接架(1b)构成；在光学面板(1a)上均布有若干内螺孔。

7.根据权利要求1所述的一种基于光强传输方程的非干涉相位测量系统，其特征在于，所述显微镜支架(2)侧边的安装架(1)上设置有笼式结构(13)，该笼式结构(13)由间隔设置的若干支撑座(13a)和穿设在各支撑座(13a)之间的四根呈矩形的导向杆(13b)组成，LED光源(5)和非偏振分束镜(4)分别固定在笼式结构(13)两端，所述第一光学4F系统(6)活动穿设在导向杆(13b)上。

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种相位测量系统，更具体地说，尤其涉及一种基于光强传输方程的非干涉相位测量系统。

背景技术

1983年，Teague利用亥姆霍兹方程在傍轴近似的条件下推导出了光强传输方程。通过记录光轴方向多个平面的强度图像，求解二阶微分方程，即可实现基于光强传输方程的非干涉相位测量，具有非接触、非迭代、无需相位解包裹等优点，广泛应用于细胞形态学分析、微光学元件检测等领域中。

基于光强传输方程的相位测量系统大多使用激光作为光源，或者借助商业显微镜搭建。选用激光作为光源，存在激光散斑噪声，影响相位测量结果。虽然借助商业显微镜可以方便、简单地搭建非干涉相位测量系统，避免了激光散斑噪声，但是成本较贵，体积较为庞大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种结构紧凑、成本较低且使用方便的基于光强传输方程的非干涉相位测量系统。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种基于光强传输方程的非干涉相位测量系统，包括安装架，所述安装架上设置有显微镜支架，在显微镜支架上通过升降机构活动连接有载物台；在载物台下方设置有与载物台通光孔相对应的非偏振分束镜；在显微镜支架侧边的安装架上设有朝向非偏振分束镜的LED光源，在LED光源与非偏振分束镜之间设置有第一光学4F系统；在显微镜支架上方的安装架上设置有与载物台通光孔相对应的相机，在相机与载物台通光孔之间设置有与第一光学4F系统相互垂直的第二光学4F系统。

上述的一种基于光强传输方程的非干涉相位测量系统中，所述第一光学4F系统由沿光线前进方向依序设置的第一物镜、孔径光阑和第一透镜组成；所述孔径光阑位于第一物镜的后焦点位置，所述第一物镜的后焦点位置与第一透镜的前焦点位置重合。

上述的一种基于光强传输方程的非干涉相位测量系统中，所述第二光学4F系统由第二物镜和第二透镜组成；所述第二物镜后焦点位置和第二透镜前焦点位置重合；所述第二物镜为多倍率显微物镜组并通过物镜转换器连接在显微镜支架上；所述第二透镜设置在第二物镜与相机之间。

上述的一种基于光强传输方程的非干涉相位测量系统中，所述显微镜支架上方的安装架上设置有移动导轨在移动导轨上固定有支杆，所述第二透镜固定在支杆自由端。

上述的一种基于光强传输方程的非干涉相位测量系统中，所述相机通过二维位移平台与安装架连接。

上述的一种基于光强传输方程的非干涉相位测量系统中，所述安装架由相互垂直连接的两块光学面板及设置在两块光学面板连接处并分别与两块光学面板连接的连接架构成；在光学面板上均布有若干内螺孔。

上述的一种基于光强传输方程的非干涉相位测量系统中，所述显微镜支架侧边的安装架上设置有笼式结构，该笼式结构由间隔设置的若干支撑座和穿设在各支撑座之间的四根呈矩形的导向杆组成，LED光源和非偏振分束镜分别固定在笼式结构两端，所述第一光学4F系统活动穿设在导向杆上。

本实用新型采用上述结构后，采用LED光源以正置方式照明，避免了激光散斑噪声，提高成像质量。利用显微镜支架配合载物台方便物体成像，同时，物镜和透镜构成光学4f系统。同时，优选地，为了方便实现对不同显微物体成像和测量，利用可移动导轨标定了不同倍率的第二物镜下第二光学4f成像系统中第二透镜的位置，满足不同待测物体的测量需求，灵活度高。并且，为了便于获取不同离焦距离图像，采用二维位移平台将相机固定在安装架上。本实用新型的系统具有系统紧凑、成本低、操作性强等优点。

附图说明

下面结合附图中的实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但并不构成对本实用新型的任何限制。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2为实验例中微透镜阵列强度示意图；

图3为实验例中微透镜阵列相位分布示意图；

图4为实验例中微透镜阵列的高度分布示意图；

图5为实验例中沿图3虚线位置的高度轮廓分布示意图。

图中：1、安装架；1a、光学面板；1b、连接架；2、显微镜支架；3、载物台；4、非偏振分束镜；5、LED光源；6、第一光学4F系统；6a、第一物镜；6b、孔径光阑；6c、第一透镜；7、相机；8、第二光学4F系统；8a、第二物镜；8b、第二透镜；9、物镜转换器；10、移动导轨；11、支杆；12、二维位移平台；13、笼式结构；13a、支撑座；13b、导向杆。

具体实施方式

参阅图1所示，本实用新型的一种基于光强传输方程的非干涉相位测量系统，包括安装架1，为了方便组装，所述安装架1由相互垂直连接的两块光学面板1a及设置在两块光学面板1a连接处并分别与两块光学面板1a连接的连接架1b构成；在光学面板1a上均布有若干内螺孔。所述安装架1上设置有显微镜支架2，在显微镜支架2上通过升降机构活动连接有载物台3；在载物台3下方设置有与载物台3通光孔相对应的非偏振分束镜4。

在显微镜支架2侧边的安装架1上设有朝向非偏振分束镜4的LED光源5，在LED光源5与非偏振分束镜4之间设置有第一光学4F系统6；在本实施例中，所述第一光学4F系统6由沿光线前进方向依序设置的第一物镜6a、孔径光阑6b和第一透镜6c组成；所述孔径光阑6b位于第一物镜6a的后焦点位置，所述第一物镜6a的后焦点位置与第一透镜6c的前焦点位置重合。LED光源经过第一光学4F系统后变为平行光，照明待测物体。

在显微镜支架2上方的安装架1上设置有与载物台3通光孔相对应的相机7，相机连接数据处理单元。在相机7与载物台3通光孔之间设置有与第一光学4F系统6相互垂直的第二光学4F系统8。所述第二光学4F系统8由第二物镜8a和第二透镜8b组成；所述第二物镜8a后焦点位置和第二透镜8b前焦点位置重合；所述第二物镜8a为多倍率显微物镜组并通过物镜转换器9连接在显微镜支架2上；所述第二透镜8b设置在第二物镜8a与相机7之间。第二光学4F系统构成显微成像模块。LED光源准直的平行光经过非偏振分束镜，其中反射光照明待测物体，经过第二4f系统成像，相机采集图像强度。

优选地，所述显微镜支架2上方的安装架1上设置有移动导轨10在移动导轨10上固定有支杆11，所述第二透镜8b固定在支杆11自由端。由于不同倍率的第二物镜的工作焦距不一样，因此在切换不同倍率显微物镜时，需要移动第二透镜的位置。采用带刻度的移动导轨可以方便快捷地改变第二透镜的位置。对于常用倍率的第二物镜，提前标定好第二透镜的位置，使得不同倍率显微用的第二物镜与第二透镜均能构成第二光学4F成像系统，便于实现不同物体的测量需求。

同时，所述相机7通过二维位移平台12与安装架1连接。通过精密导轨配合载物台移动物体或者通过通过二维位移平台移动相机均可以采集不同离焦距离的图像。

进一步优选地，为了使系统结构更加紧凑，所述显微镜支架2侧边的安装架1上设置有笼式结构13，该笼式结构13由间隔设置的若干支撑座13a和穿设在各支撑座13a之间的四根呈矩形的导向杆13b组成，LED光源5和非偏振分束镜4分别固定在笼式结构两端，所述第一光学4F系统6活动穿设在导向杆13b上。

本实用新型系统的基本原理：

光强传输方程是一个二阶椭圆偏微分方程，表述了光波场中光强的变化量与相位之间的定量关系，即

其中，I(x,y)为聚焦图像强度， 为物体相位， 为梯度算子，k为波数k＝2π/λ，λ为波长。

若已知光强沿轴向的微分 可以通过傅里叶变换法求解光强传输方程得到相位 通常移动物体或者相机可以沿光轴方向采集两幅正负离焦的光强图像，光强沿轴向微分可用该两幅图像的数值差分来近似代替，如公式(2)所示。

其中,I(x,y,z+z0)和I(x,y,z-z0)分别为正离焦图像和负离焦图像强度，z0为离焦距离。

实验例

首先我们采用台式测微板(恒洋光学，GCG-YP903，DIV＝0.1mm)标定所提相位测量系统实际放大倍数。经过标定，使用不同倍率显微物镜(Olympus,4×、10×、20×)成像时，对应系统实际放大率分别为2.22、5.60、11.27。

为了验证所提相位测量系统的准确性，对微透镜阵列样品(SUSS，Micro-lensArray Art.Nr.18-00087)进行相位测量。第二物镜使用10倍显微物镜对微透镜阵列进行成像，图2为采集到的不同离焦图像强度，离焦距离为0.5。其中(a)为正离焦图；(b)为聚焦图；(c)为负离焦图。

通过光强传输方程相位恢复算法,可以得到微透镜阵列相位分布如图3所示。将相位分布转换为高度分布：

其中，λ为光源波长，λ＝532nm。n为空气介质折射率n＝1,nm为微透镜阵列折射率nm＝1.4584。 为待测物体相位分布。微透镜阵列的高度分布如图4所示。沿着图3中白色虚线位置得到高度轮廓分布如图5所示。通过计算微透镜阵列直径为246.32μm，高度为h＝21.78μm。

微透镜阵列曲率半径ROC为：

其中，h为微透镜高度值，D为微透镜直径。通过公式(4)计算得到单个微透镜曲率半径ROC为359.11μm，与厂商提供参考值350±5％比较，测量结果误差在允许范围之内。实验结果表明所搭建光强传输方程相位测量系统可以准确地恢复出物体相位信息。

以上所举实施例为本实用新型的较佳实施方式，仅用来方便说明本实用新型，并非对本实用新型作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本实用新型所提技术特征的范围内，利用本实用新型所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本实用新型的技术特征内容，均仍属于本实用新型技术特征的范围内。

一种基于光强传输方程的非干涉相位测量系统专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。