[发明专利]一种同步采集双离焦衍射图样的快速收敛叠层成像装置

说明书

本发明公开一种同步采集双离焦衍射图样的快速收敛叠层成像装置，包括依次布设的光源、聚焦透镜、样品和分光棱镜，光源发出的光经聚焦透镜后形成聚焦光束，与样品作用后，经分光棱镜分成透射、反射两部分，在透射、反射光路距离聚焦光束焦点不同的位置上分别放置有第一CCD和第二CCD，其中，第一CCD放置于聚焦点前方，第二CCD放置于聚焦点后方。本发明利用聚焦透镜、分光棱镜以及两个CCD即可实现同步采集多幅多个离焦量的图像，将采集到的图像信息代入到光强传输方程获得CCD面的复振幅信息，利用该信息构建合理的待测物初始猜测值，将其代入到叠层成像算法中，可极大缩短迭代时间。

技术领域

本发明涉及一种快速收敛叠层成像装置，尤其涉及一种同步采集双离焦衍射图样的快速收敛叠层成像装置。

背景技术

为获取物体的相位信息，同时扩展相干衍射成像技术的应用，2004年谢菲尔德大学 Rodenburg团队提出了叠层成像方法(PIE)，该方法使用二维移动的照明探针对样品进行重叠扫描，利用相邻扫描的冗余量和交替投影迭代实现了样品大视场成像。相比于传统的相干衍射成像技术，该方法具有更快的收敛速度、更大的成像视场、更强的鲁棒性。

为了进一步提高叠层成像收敛速度、缩短其迭代计算时间，国内外学者提出了三类方法。一类是增加约束条件，如2018年Sun A等人在其发表的Multi-probeptychographic iterative engine method文章中，采用针孔阵列实现了多探针照明，进一步加快了样本重建速度；一类是优化更新函数和选择合理的权重因子，如2016年Chao Zuo等人在其发表的Adaptive step-size strategy for noise-robust Fourierptychographic microscopy文章中，发现相位重建质量与步长的选择紧密相关，通过引入自适应步长方法显著提高了重建过程对噪声的稳定性和鲁棒性，具有较快的收敛速度。还有一类是构建合理的初始猜测物和探针，如2019年Jiantai Dou等人在其发表的Single-shot ptychographic iterative engine based on chromatic aberrations文章中，利用光谱合成方法构建合理的初始猜测物，实现了算法的快速收敛，但该方法只适用于RGB和多波长照明。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种同步采集双离焦衍射图样的快速收敛叠层成像装置，达到加快算法收敛的目的。

技术方案：本发明包括依次布设的光源、聚焦透镜、样品和分光棱镜，光源发出的光经聚焦透镜后形成聚焦光束，与样品作用后，经分光棱镜分成透射、反射两部分，在透射、反射光路距离聚焦光束焦点不同的位置上分别放置有第一CCD和第二CCD，其中，第一CCD放置于聚焦点前方，第二CCD放置于聚焦点后方。

所述的第一CCD到聚焦点的距离小于等于1mm。

所述的第二CCD到聚焦点的距离小于等于100mm。

所述的第一CCD及第二CCD与分光棱镜的距离差在(0,100mm)之间。

所述的第一CCD和第二CCD采用两个型号相 同、离焦量不同的CCD。

所述的样品和分光棱镜均位于聚焦点前方，聚焦透镜的焦距应保证聚焦点之前的距离能充分放置样品和分光棱镜。

所述的样品放置在位移台上。

所述的位移台每次移动时，第一CCD和第二CCD能够同时获得含有不同离焦量的图像，将记录的图像信息代入到光强传输方程获得记录平面的复振幅信息，利用该信息构建待测物的初始猜测值：其中，P₀(r)为未放待测样品获得的初始探针复振幅，Φ_obj(r,s_j)为物平面复振幅，r为物平面坐标，s_j为第j个衍射光斑的位置。