专利名称：基于泽尼克相衬成像的相移干涉显微装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测量微小物体振幅和相位分布的显微装置。
背景技术：
一般的显微镜只能观测微小物体的强度分布，对于透明物体的相位分布却无能为力。然而，被测物体的相位分布直接关联着被测物体的三维形貌，准确测量微小物体的相位分布具有重要意义。目前用于测量微小物体相位分布的光学干涉测量技术主要包括以下几种一、光学干涉显微技术，它将光学干涉方法与显微镜相结合，为精确测量微小物体的相位分布提供了有力手段。现有的干涉显微镜将激光束在空间上分成两束，一束用来照射样品，经放大准直后作为物光；另一束作为参考光，最后再将两束光合并在一起，利用它们之间的干涉来测量微小物体的相位分布。瑞士 Limceetec公司开发出的数字全息显微镜DHM-1000就属于上述显微光路。该技术可以成功用于测量微小物体的相位分布，然而在测量的过程中物光和参考光在空间上历经了不同的路径，因而环境振动对测量结果影响较大，降低了装置的稳定性和可重复性。二、相衬显微镜技术，该技术通过改变物光(含有被测样品信息)的零频分量的相位，从而使物光的相位信息变成了强度信息。相衬显微中物光的零频和高频分量分别充当了一般干涉中的参考光和物光的角色，它们经过了完全相同的光路，因此装置对环境的振动不敏感。例如美国麻省理工学院的Popeseu教授所提出一种相衬显微光路采用平行光照明样品，通过延迟位于频谱中央的零频分量的相位，实现了对微小物体相位分布的定量测量。虽然该技术对环境振动不敏感，然而由于光路采用了完全相干的平行光照明，因此该技术具有相干噪声大、横向分辨率低等缺点。荷兰科学家泽尼克提出另外一种相衬显微的方法采用环状光来照明样品，同时采用环状相位掩模板来延迟零频分量的相位，从而使被测样品的相位信息变成强度信息。 在相衬显微方法中所用的部分相干的环状光束照明大大降低了成像中的相干噪声，且提高了显微镜的横向分辨率。然而，由于干涉图样的强度和被测物体的相位不是线性转换关系， 所以该方法的泽尼克相衬显微镜只能用于定性的观测。同时，环状相位板在延迟零频分量的同时也错误地延迟了分布在该环上的高频分量，因此产生的光晕效应严重影响了相衬成像的真实性。
发明内容
本发明将泽尼克相衬成像和相移技术相结合，提出了一种抗振动性好、横向分辨率高、相干噪声低的相移干涉显微装置，该装置可以用来对微小物体的相位进行测量，本发明解决了现有泽尼克相衬成像只能用于定性观察的局限性，同时克服了现有干涉显微方法对环境振动较敏感(稳定性差)、相干噪声高、横向分辨率低等技术问题。本发明的技术解决方案为
一种基于泽尼克相衬成像的相移干涉显微装置，其特征在于包括沿光的入射方向依次设置的照明单元、显微放大单元以及相衬成像单元；所述照明单元包括依次沿光路方向设置的扩束系统、多光束照明产生单元、缩束准直单元；所述扩束系统包括沿光路方向依次设置的激光器1、光强控制器2和扩束单元3 ；所述多光束照明产生单元包括沿光路依次设置的锥镜4、第一透镜5、旋转散射体 6、第二透镜7以及振幅掩模板8 ；所述旋转散射体6设置在第一透镜5的后焦平面上；所述振幅掩模板8放置在旋转散射体6被第二透镜7成像后的像面上；所述缩束准直单元沿光路依次包括第三透镜9和第一物镜10，所述振幅掩模板8 设置在由第三透镜9和第一物镜10组成的透镜组合的前焦平面上；所述显微放大单元沿光路依次包括第二物镜12和第四透镜13 ；所述相衬成像单元沿光路依次包括相位掩模板14和CCD相机15，所述相位掩模板 14设置在由第二物镜12和第四透镜13组成的透镜组合的后焦平面上；所述被测样品11放置在第一物镜10和第二物镜12之间的焦面上，所述被测样品 11和CXD相机15满足物像关系。上述多光束照明产生单元还包括第五透镜(16)，所述第五透镜(16)设置在第二透镜7之后；第二透镜7和第五透镜16构成第一望远镜系统；所述旋转散射体6设置在第一望远镜系统的前焦平面，所述振幅掩模板8设置在第一望远镜系统后焦平面上；上述缩束准直单元还包括第六透镜17，第五透镜16和第六透镜17构成第二望远镜系统，所述振幅掩模板8设置在第二望远镜系统中间焦平面上。上述显微放大单元还包括第七透镜18，所述第七透镜18设置在第四透镜13之后。上述相衬成像单元包括第八透镜19 ；所述第七透镜18和第八透镜19构成的第五望远镜系统，所述相位掩模板14设置在第五望远镜系统的中间焦平面上，所述CCD相机15 设置在第八透镜19后焦面上。上述振幅掩模板8为一块刻有一系列点状透明区域的不透明平板，所述点状透明区域周期性地分布在一圆环上，所述圆环与被第二透镜7成像后照明光频谱对应的圆环相对应；所述点状透明区域为圆型或矩形，所述圆型点状透明区域的直径为10μπι-50μπι;所述矩形点状透明区域的直径为10 μ m-50 μ m ；所述相位掩模板(14)为一块刻蚀着一系列点状相位槽的石英玻璃；所述相位槽的直径或边长处于10 μ m-50 μ m之间，其周期性地分布在一圆环上；所述圆环与被第四透镜(13)成像后的物光频谱对应的圆环相互重合；所述相位槽的周期性按照如下方式确定 对应于每一个物光的零频分量，不同深度的相位槽交替地分布在一个周期内。基于泽尼克相衬成像的相移干涉显微方法，其特征在于包括以下步骤1产生离散且周期性分布的点光源1. 1激光器1发出的激光经光强控制器2后，被扩束单元3扩束准直成平行光；1. 2平行光经过放置在扩束系统后焦面上的锥镜4后变成环状光束；1. 3环状光束穿过第一透镜5，在第一透镜5的后焦面上形成圆环；1.4在圆环处放置旋转散射体6，使该圆环上每一点成为互不相干的独立点光源；
1. 5由第二透镜7将该圆环成像到振幅掩模板8上；1.6振幅掩模板8从振幅掩模板上圆环的像中选出离散且周期性分布的一系列点光源；1. 7第三透镜9将这些点光源成像到第一物镜10的前焦平面上；1.8第一物镜10将前焦面上点光源的像准直成沿不同照明方向的多束平行光， 以不同角度照射样品11。2利用第二物镜12对样品进行显微放大；3将被测样品11的相位分布转化成强度分布3. 1穿过样品的照明光被第二物镜12放大后，照明光频谱呈现在第二物镜12的后焦平面上；3. 2照明光频谱被第四透镜13成像在相位掩模板14上；通过旋转相位掩模板14 使得不同深度的点状相位槽依次覆盖不同照明方向下物光的零频分量；3. 3频谱被相位掩模板14调制后的物光，其相位分布转化为可见的强度分布，并成像到(XD15上。还包括步骤4将强度分布计算成量化的相位分布4. 1旋转相位掩模板选择不同深度的相位槽覆盖物光零频分量，依次在CCD面上得到三幅不同相移量的干涉图样；4. 2利用三幅相移干涉图样计算出物光的相位分布，得到被测样品的相位分布。基于泽尼克相衬成像的相移干涉显微方法，其特征在于包括以下步骤1产生离散且周期性分布的点光源1. 1激光器1发出的激光经光强控制器2后，被扩束单元3扩束准直成平行光；1. 2平行光经过放置在扩束系统后焦面上的锥镜4后变成环状光束；1. 3环状光束穿过第一透镜5，在第一透镜5的后焦面上形成圆环；1.4在圆环处放置旋转散射体6使得该圆环上每一点成为互不相干的独立点光源；1. 5利用由第二透镜7和第五透镜16组成的望远系统将该圆环成像到振幅掩模板8上；1.6振幅掩模板8从成像到振幅掩模板上的圆环中选出离散且周期性分布的一系列点光源；1.7这些点光源发出的光经过第六透镜17的准直作用后，变成沿不同照明方向的平行光，这些照明光经过由第三透镜9和第一物镜10组成的第三望远镜系统的缩束后照射被测样品11 ；2在多光束的照射下将被测样品进行放大处理被测样品11放置在第二物镜12的前焦面上，经过由第二物镜12和第四透镜13 组成的第四望远系统的放大后输出物光；3将被测样品11的相位分布转化成强度分布3. 1放大后的物光通过第七透镜18经过傅立叶变换，在第七透镜18的后焦面上出现物光的频谱分布；3. 2将相位掩模板14放置在物光频谱中，相位掩模板上的相位槽切好能覆盖物光的零频分量并延迟零频分量的相位，将物光的相位分布转换为强度分布。还包括步骤4将强度分布计算成量化相位分布4. 1旋转相位掩模板，使不同深度的相位槽依次覆盖物光零频的分量，从而得到三幅不同相移量的相移干涉图样，并被位于第八透镜19后焦面上的CCD所接受；4. 2利用三幅相移相衬干涉图样计算出物光的相位分布。本发明具有以下优点1、物光和参考光即物光的高频和零频分量，在空间上经历完全相同的路径，这种物参共路的光学结构使得该装置对环境振动不敏感。2、采用彼此不相干的N个光束沿不同方向同时照明样品，使干涉测量中的相干噪声降为单光束照明时的。(N = 24)3、改进后的泽尼克相衬显微光路采用了 N个光束以不同方向同步照明，形成的 “合成数值孔径” SNA = NAillmi+NA ，提高了显微镜的数值孔径，从而提高了显微镜的横向分辨率。4、光路中采用由显微物镜12和长焦距透镜13组成的望远系统对样品进行放大显微，物光经该系统后仍然是平行光，因此消除了物镜引入的附加相位。5、改进后的泽尼克相衬显微光路与相移技术相结合，可以对微小物体的相位进行定量测量。改进后的相衬干涉显微光路克服了传统的泽尼克相衬成像中的“光晕”效应。传统泽尼克相衬成像采用环状光源照明，并且采用环状相位板来延迟物光零频分量的相位。 环状相位板在延迟零频分量相位的同时也延迟了分布在环上的高频分量相位，因此出现了 “光晕”效应。改进后的光路采用分离的点状光源照明，不同点照明光下的物光频谱在空间上彼此分离，点状相位台阶仅改变物光零频分量的相位，因此克服了 “光晕”效应。
图1为泽尼克相衬干涉显微结构示意2为泽尼克相衬干涉显微中多光束照明单元结构示意图。图3为泽尼克相衬干涉显微中相衬成像单元结构示意图。图4(a)为照明振幅掩模板示意图；(b)为相位掩模板示意图。图5为环上不同点的离轴照明示意图。图6为微透镜阵列的相移相衬干涉图样和再现结果。(a-c)是相移量分别为 0，- π /2，π /2的微透镜阵列的干涉图样；(d)是再现的微透镜阵列的三维相位分布。图7为本发明装置和一般干涉显微装置对同一相位物体测量结果的比较。(a)是采用本发明装置测得的相位分布；(b)是两种装置测量结果的比较。图8为单光束同轴照明和多光束离轴照明下横向分辨率测量结果的比较。(a)是单光束同轴照明结果；(b)是多光束离轴照明结果。其中附图标记如下1-激光器，2-光强控制器，3-扩束系统，4-锥镜，5-第一透镜，6-旋转散射体，7-第二透镜，8-振幅掩模板，9-第三透镜，10-第一物镜，11-被测样品， 12-第二物镜，13-第四透镜，14-相位掩模板，15-CXD相机，16-第五透镜，17-第六透镜， 18-第七透镜，19-第八透镜。
具体实施例方式本发明所包含的部件结构及功能如下1、激光器1，波长在可见光范围，输出激光功率稳定，用于产生照明光。2、光强控制器2，可以为连续可调的衰减器，也可以为两个平行放置的偏振片(第二个偏振片用于固定照明光的偏振方向，旋转第一个偏振片来调节照明光的强度)。3、第一透镜5、第二透镜7、第三透镜9、第四透镜13、第五透镜16、第六透镜17、第七透镜18，第八透镜19，要求为消球差透镜。4、旋转散射体6，即转动的散射体，可以是一个由电机带动且中心固定在电机轴上的毛玻璃片，通过转动，使得照明圆环上每一点互不相干。要求旋转同轴性好，毛玻璃片的位置位于第一透镜的后焦平面上。4、锥镜4，可以为折射型锥镜，也可以为衍射型锥镜。要求产生的环状光束发散角度适中。6、振幅掩模板8，为一块上面刻有一系列点状透明区域的不透明平板。这些点状透明区域周期性地分布在一圆环上。该圆环与被第二透镜7成像后照明光频谱对应的圆环相对应。点状透明区域可以为圆型也可以为矩形，区域直径或边长在10 μ m-50 μ m为宜。振幅掩模板用来在照明光频谱(呈圆环状)上选取一系列离散的点作为新的照明光源。7、相位掩模板14，为一块刻蚀着一系列点状相位槽的石英玻璃。相位槽的直径或边长处于10 μ m-50 μ m之间，它们周期性地分布在这一圆环上。该圆环与被第四透镜13成像后的物光频谱对应的圆环相互重合。对应于每一个物光的零频分量，三个不同深度的相位槽(对应不同的相位差，如0、-π/2、π/2)交替地分布在相应的周期里。另外，不同深度的相位槽之间应保留相同的间距。相位掩模板用来延迟不同方向照明光的零频分量的相位，但不改变物光高频分量的相位。8、C⑶相机15，一般为黑白CXD (或CMOS)相机，具有合适灰度阶、像素尺寸和像素数量。本发明所提出的泽尼克相衬干涉显微光路可分为多光束照明单元(如图2所示) 和相衬成像单元(如图3所示)。在多光束照明单元中，激光器1发出的激光经过光强控制器2后，被扩束单元3扩束准直成平行光。该平行光经过放置在扩束系统后焦面上的锥镜4后变成环状光束。该环状光束的频谱出现在第一透镜5的后焦面上，该频谱是一个闪耀的圆环。一旋转的散射体6 被放置在该圆环位置，使得该圆环上每一点成为互不相干的独立点光源。这些点光源被第二透镜7将这一圆环成像到振幅掩模板8上。振幅掩模板的详细结构如图4(a)所示在不透明的平板上分布着一系列点状透明区域，并且这些点状区域周期性地分布在环状光束对应的圆环上。振幅掩模板在照明光的圆环上选出分离的且周期性分布的一系列点光源。这些点光源被第三透镜成像到第一物镜10的前焦平面上，再被第一物镜10准直成平行光沿不同方向照射样品11，如图5所示。在相衬成像单元中，样品放在第二物镜12的前焦面上，被由物镜12和第四透镜13 组成的透镜组合放大成像。物光的频谱出现在该透镜组合的后焦平面上。为了延迟物光零频分量的相位从而实现相衬成像，一相位掩模板14被放置在物光的频谱面上。该相位掩模板的结构如图4(b)所示不同深度的点状相位槽交替地分布在一个圆环上。对于每一个物光的零频分量，分别有三个不同深度的相位槽与之相对应。通过旋转相位掩模板选择不同深度的相位槽覆盖物光零频分量，从而可以给物光零频分量以不同相位的延迟，因此在物光零频分量和高频分量之间实现不同的相移。频谱被调制后的物光，其相位分布变成了强度分布并成像在CCD面上。综上所述，改进后的相衬干涉显微光路克服了传统的泽尼克相衬成像中的“光晕” 效应。传统泽尼克相衬成像采用环状光源照明，并且采用环状相位板来延迟物光零频分量的相位。环状相位板在延迟零频分量相位的同时也延迟了分布在环上的高频分量相位，因此出现了“光晕”效应。改进后的光路采用分离的点状光源照明，不同点照明光下的物光频谱在空间上彼此分离，点状相位台阶仅改变物光零频分量的相位，因此克服了“光晕”效应。本发明的原理改进后的泽尼克相衬干涉显微光路采用照明圆环上N个点光源以不同方向照明样品。如图5所示，在第一物镜10前焦平面上，N个点光源周期性地分布在一个圆周上。这些点光源发出的光经物镜10准直成平行光以不同方向照明样品11。这些照明光可以用相同的离轴角度aillUffl和不同的方位角Qi来表征Eaium φτ ,Χ, γ) = — sin ^illum (cos θτ χ + sin θτγ).(1)其中，χ和y表示样品平面上的空间坐标。被测样品的复透过率可记为 0(x,y)=A(x,y) exp[z+iz<x,少)]。不同方向的照明光经过样品后形成不同的物光。这些物光的频谱位于物镜的后焦平面上，他们在空间上彼此分开并且周期性分布在一个圆周上。每一个物光的频谱均呈圆盘状，其中零频分量位于圆盘中心，高频分量围绕在零频分量的周围。 具有点状相位槽的相位掩模板被放置在该频谱面上，用来调制物光的频谱分布。在相位掩模板上，三种不同深度的相位槽以不同方位角θi周期地分布一个圆周上(和物光的零频分量一一对应)，可以恰好覆盖物光的零频分量。方位角为Qi的相位槽的透过率可以用 Γ(θρ δ)来表示，其中δ表示相位延迟量。方向角为Qi的物光零频分量被相位台阶 Γ ( θ ρ δ)调制，在CXD面上(样品像面上)物光复振幅分布可以表示为0Γ(Θ”Χ' , y' , δ) = Fr1{FT
. Γ ( θ δ )}. (2)
这里FT和FT—1分别表示傅立叶变换和逆傅立叶变换，χ'和y ‘表示CXD平面的空间坐标。由于不同照明方向的物光彼此之间互不相干，因此CCD平面上的光强分布是每个物光光强之和。
NΙ(χ\γ\δ) = ^\0Γ (θ,, χ ) I2.(3)
i=l事实上，若忽略掉不同方向照明所附带的相位畸变，不同照明方向下的物光的零频分量被相应的点状相位槽所调制，调制后的物光将具有相同的强度分布。公式(2)可以改写成 0r(x'，y' ) =00(x'，y' )exp(i 5)+0d(x'，y')，这里 0Q(x'，y')和 0d(x'， Y')分别表示物光的零频和高频分量。通过旋转相位掩模板，选取不同深度的相位台阶 (对应不同的相位延迟δ)来覆盖物光的零频分量，从而可以得到不同相移量的干涉图样。 若三个相位台阶对应的相移量S分别为ο，-π/2和JI/2时，则CCD上强度分布分别表示为
权利要求
1.一种基于泽尼克相衬成像的相移干涉显微装置，其特征在于包括沿光的入射方向依次设置的照明单元、显微放大单元以及相衬成像单元；所述照明单元包括依次沿光路方向设置的扩束系统、多光束照明产生单元、缩束准直单元；所述扩束系统包括沿光路方向依次设置的激光器(1)、光强控制器(2)和扩束单元⑶；所述多光束照明产生单元包括沿光路依次设置的锥镜(4)、第一透镜(5)、旋转散射体(6)、第二透镜(7)以及振幅掩模板(8)；所述旋转散射体(6)设置在第一透镜(5)的后焦平面上；所述振幅掩模板(8)放置在旋转散射体(6)被第二透镜(7)成像后的像面上；所述缩束准直单元沿光路依次包括第三透镜(9)和第一物镜(10)，所述振幅掩模板 (8)设置在由第三透镜(9)和第一物镜(10)组成的透镜组合的前焦平面上； 所述显微放大单元沿光路依次包括第二物镜(12)和第四透镜(13)； 所述相衬成像单元沿光路依次包括相位掩模板(14)和CCD相机(15)，所述相位掩模板 (14)设置在由第二物镜(12)和第四透镜(13)组成的透镜组合的后焦平面上；所述被测样品(11)放置在第一物镜(10)和第二物镜(12)之间的焦面上，所述被测样品(11)和CCD相机(15)满足物像关系。
2.根据权利要求1所述的基于泽尼克相衬成像的相移干涉显微装置，其特征在于 所述多光束照明产生单元还包括第五透镜(16)，所述第五透镜(16)设置在第二透镜(7)之后；第二透镜(7)和第五透镜(16)构成第一望远镜系统；所述旋转散射体(6)设置在第一望远镜系统的前焦平面，所述振幅掩模板(8)设置在第一望远镜系统后焦平面上；
3.根据权利要求1或2所述的基于泽尼克相衬成像的相移干涉显微装置，其特征在于 所述缩束准直单元还包括第六透镜(17)，第五透镜(16)和第六透镜(17)构成第二望远镜系统，所述振幅掩模板(8)设置在第二望远镜系统中间焦平面上。
4.根据权利要求3所述的基于泽尼克相衬成像的相移干涉显微装置，其特征在于所述显微放大单元还包括第七透镜(18)，所述第七透镜(18)设置在第四透镜(13)之后。
5.根据权利要求4所述的基于泽尼克相衬成像的相移干涉显微装置，其特征在于所述相衬成像单元包括第八透镜(19)；所述第七透镜(18)和第八透镜(19)构成的第五望远镜系统，所述相位掩模板(14)设置在第五望远镜系统的中间焦平面上，所述CCD相机(15) 设置在第八透镜(19)后焦面上。
6.根据权利要求4所述的基于泽尼克相衬成像的相移干涉显微装置，其特征在于所述振幅掩模板(8)为一块刻有一系列点状透明区域的不透明平板，所述点状透明区域周期性地分布在一圆环上，所述圆环与被第二透镜(7)成像后照明光频谱对应的圆环相对应； 所述点状透明区域为圆型或矩形，所述圆型点状透明区域的直径为10μπι-50μπι;所述矩形点状透明区域的直径为10 μ m-50 μ m ；所述相位掩模板(14)为一块刻蚀着一系列点状相位槽的石英玻璃；所述相位槽的直径或边长处于10 μ m-50 μ m之间，其周期性地分布在一圆环上；所述圆环与被第四透镜 (13)成像后的物光频谱对应的圆环相互重合；所述相位槽的周期性按照如下方式确定对应于每一个物光的零频分量，不同深度的相位槽交替地分布在一个周期内。
7.基于泽尼克相衬成像的相移干涉显微方法，其特征在于包括以下步骤1产生离散且周期性分布的点光源·1. 1激光器(1)发出的激光经光强控制器(2)后，被扩束单元(3)扩束准直成平行光； 1. 2平行光经过放置在扩束系统后焦面上的锥镜(4)后变成环状光束； ·1.3环状光束穿过第一透镜(5)，在第一透镜(5)的后焦面上形成圆环； 1.4在圆环处放置旋转散射体(6)，使该圆环上每一点成为互不相干的独立点光源； 1. 5由第二透镜(7)将该圆环成像到振幅掩模板(8)上；·1.6振幅掩模板(8)从振幅掩模板上圆环的像中选出离散且周期性分布的一系列点光源；·1.7第三透镜(9)将这些点光源成像到第一物镜(10)的前焦平面上； 1.8第一物镜(10)将前焦面上点光源的像准直成沿不同照明方向的多束平行光，以不同角度照射样品(11)。2利用第二物镜(12)对样品进行显微放大； 3将被测样品(11)的相位分布转化成强度分布·3. 1穿过样品的照明光被第二物镜(12)放大后，照明光频谱呈现在第二物镜(12)的后焦平面上；·3. 2照明光频谱被第四透镜(13)成像在相位掩模板(14)上；通过旋转相位掩模板 (14)使得不同深度的点状相位槽依次覆盖不同照明方向下物光的零频分量；·3.3频谱被相位掩模板(14)调制后的物光，其相位分布转化为可见的强度分布，并成像到CCD (15)上。
8.根据权利要求7所述的基于泽尼克相衬成像的相移干涉显微方法，其特征在于还包括步骤4将强度分布计算成量化的相位分布·4.1旋转相位掩模板选择不同深度的相位槽覆盖物光零频分量，依次在CCD面上得到三幅不同相移量的干涉图样；·4. 2利用三幅相移干涉图样计算出物光的相位分布，得到被测样品的相位分布。
9.基于泽尼克相衬成像的相移干涉显微方法，其特征在于包括以下步骤 1产生离散且周期性分布的点光源·1. 1激光器(1)发出的激光经光强控制器(2)后，被扩束单元(3)扩束准直成平行光； 1. 2平行光经过放置在扩束系统后焦面上的锥镜(4)后变成环状光束； ·1.3环状光束穿过第一透镜(5)，在第一透镜(5)的后焦面上形成圆环； 1.4在圆环处放置旋转散射体(6)使得该圆环上每一点成为互不相干的独立点光源； 1.5利用由第二透镜(7)和第五透镜(16)组成的望远系统将该圆环成像到振幅掩模板⑶上；·1.6振幅掩模板(8)从成像到振幅掩模板上的圆环中选出离散且周期性分布的一系列点光源；·1.7这些点光源发出的光经过第六透镜(17)的准直作用后，变成沿不同照明方向的平行光，这些照明光经过由第三透镜(9)和第一物镜(10)组成的第三望远镜系统的缩束后照射被测样品(11)；·2在多光束的照射下将被测样品进行放大处理被测样品(11)放置在第二物镜(12)的前焦面上，经过由第二物镜(12)和第四透镜(13)组成的第四望远系统的放大后输出物光；`3将被测样品(11)的相位分布转化成强度分布`3. 1放大后的物光通过第七透镜(18)经过傅立叶变换，在第七透镜(18)的后焦面上出现物光的频谱分布；`3.2将相位掩模板(14)放置在物光频谱中，相位掩模板上的相位槽切好能覆盖物光的零频分量并延迟零频分量的相位，将物光的相位分布转换为强度分布。
10.根据权利要求8所述的基于泽尼克相衬成像的相移干涉显微方法，其特征在于还包括步骤4将强度分布计算成量化相位分布`4.1旋转相位掩模板，使不同深度的相位槽依次覆盖物光零频的分量，从而得到三幅不同相移量的相移干涉图样，并被位于第八透镜(19)后焦面上的CCD所接受；`4. 2利用三幅相移相衬干涉图样计算出物光的相位分布。
全文摘要
本发明涉及基于泽尼克相衬成像的相移干涉显微装置及方法，包括沿光的入射方向依次设置的照明单元、显微放大单元以及相衬成像单元；照明单元包括依次沿光路方向设置的扩束系统、多光束照明产生单元、缩束准直单元；扩束系统包括沿光路方向依次设置的激光器、光强控制器和扩束单元；多光束照明产生单元包括沿光路依次设置的锥镜、第一透镜、旋转散射体、第二透镜以及振幅掩模板；被测样品放置在第一物镜和第二物镜之间的焦面上，被测样品和CCD相机满足物像关系。本发明解决了传统泽尼克相衬成像的光晕效应，同时实现了对相位物体的定量测量，光路具有相干噪声小，抗振动性好，横向分辨率高等优点。
文档编号G02B21/14GK102221327SQ201110110119
公开日2011年10月19日 申请日期2011年4月29日 优先权日2011年4月29日
发明者严绍辉, 但旦, 叶彤, 姚保利, 郜鹏, 雷铭 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所