[发明专利]一种位相物体位相分布的定量测量方法和装置及其应用

权利要求书

1.一种位相物体位相分布的定量测量方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）由光源发射一束单色光，经光束处理机构处理，得到一束平行光；

（2）步骤（1）得到的平行光投射到位相物体上，经过成像透镜，利用面阵光电探测器接收并拍摄位相物体，得到位相物体的明场像；沿着光束方向，在成像透镜后的频谱面上放置滤波器吸收物体的零级频谱，利用面阵光电探测器接收并拍摄位相物体，得到位相物体的暗场像；根据两幅图像所携带的信息及像光强的理论表达式，利用图像处理技术分析明场像和暗场像，得到位相物体的每一点位相值，重构位相物体的位相分布或图像。

2.根据权利要求1所述的位相物体位相分布的定量测量方法，其特征在于：步骤（1）中所述的光束处理机构包括沿着光束前进方向依次共轴排列的扩束透镜、针孔滤波器和准直透镜。

3.根据权利要求1所述的位相物体位相分布的定量测量方法，其特征在于：步骤（2）中所述的成像透镜为凸透镜；

步骤（2）中所述的滤波器为高通滤波器。

4.根据权利要求1所述的位相物体位相分布的定量测量方法，其特征在于：步骤（2）中所述的利用图像处理技术分析明场像和暗场像的具体步骤为：分析位相物体的明场像和暗场像上的光强分布，并与理论光强分布进行比较，求出暗场成像的调制度或反衬度，确定位相定量的求解公式，进而利用暗场成像的光强分布公式定量计算像面上每一点的位相，最后重构位相物体的位相分布或图像；

所述的位相物体的位相分布为其中，I(x,y)为暗场像面光强分布，I₀(x,y)为明场像面光强分布。

5.一种实现权利要求1～4任一项所述位相物体位相分布的定量测量方法的装置，其特征在于：包含光源、扩束透镜、针孔滤波器、准直透镜、成像透镜、用于吸收位相物体零级频谱的滤波器、面阵光电探测器和用于放置位相物体的装置；其中，光源、扩束透镜、针孔滤波器、准直透镜、成像透镜、用于吸收位相物体零级频谱的滤波器和面阵光电探测器沿着光束前进方向依次排列，用于放置位相物体的装置设置于准直透镜和成像透镜之间。

6.根据权利要求5所述的实现位相物体位相分布的定量测量方法的装置，其特征在于：所述的成像透镜的数量为两块时，该装置的结构为：光源、扩束透镜、针孔滤波器、准直透镜、成像透镜I、用于吸收位相物体零级频谱的滤波器、成像透镜II和面阵光电探测器沿着光束前进方向依次排列，用于放置位相物体的装置设置于准直透镜和成像透镜I之间。

7.根据权利要求5所述的实现位相物体位相分布的定量测量方法的装置，其特征在于：还包含计算机，计算机与面阵光电探测器连接。

8.根据权利要求5所述的实现位相物体位相分布的定量测量方法的装置，其特征在于：还包含屏蔽罩，屏蔽罩设置于所有部件的外部。

9.根据权利要求5所述的实现位相物体位相分布的定量测量方法的装置，其特征在于：所述的光源为单色光源或复色光源；所述的光源为复色光源时，所述的装置还包含滤色片，滤色片位于光源和扩束透镜之间；

所述的成像透镜为凸透镜；

所述的用于吸收位相物体零级频谱的滤波器为高通滤波器。

10.权利要求5所述的装置的应用，其特征在于包括以下步骤：

（1）打开光源，如果经过准直透镜的光不是光斑均匀的平行光，则需微调扩束透镜、针孔滤波器和准直透镜，最终得到一束光斑均匀的平行光；

（2）移开用于吸收位相物体零级频谱的滤波器，将位相物体置于用于放置位相物体的装置中，调节成像透镜与位相物体的距离，使位相物体成像于面阵光电探测器的受光面上，得到位相物体的明场像；

（3）将用于吸收位相物体零级频谱的滤波器调整位于成像透镜的频谱面或焦面上，通过面阵光电探测器，得到位相物体的暗场像；

（4）将步骤（2）得到的明场像和步骤（3）得到的暗场像输送到计算机，利用图像处理技术分析计算得到位相物体的位相分布及位相物体的重构像。