[发明专利]基于白光照明的计算光学成像装置及方法

权利要求书

1.一种基于白光照明的计算光学成像装置，其特征在于，包括白光光源(1)、导模共振滤波片(2)、供导模共振滤波片(2)放置的旋转镜架(3)、供被测物体(4)放置的三维平移台(5)、图像探测器(6)和计算机(7)，所述的图像探测器(6)的输出端与所述的计算机(7)的输入端连接；

所述的白光光源(1)发出的光脉冲入射到所述的导模共振滤波片(2)，透过该模共振滤波片(2)的光束作为入射光束，通过旋转所述的旋转镜架(3)，得到不同波长的入射光束；

所述的入射光束经所述的被测物体(4)透过后，到达所述的图像探测器(6)，通过移动所述的三维平移台(5)，使所述的图像探测器(6)上出现所述的被测物体(4)的衍射强度图，并传输至所述的计算机(7)。

2.利用权利要求1所述的基于白光照明的计算光学成像装置进行成像的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

1)开启所述的白光光源(1)，该白光光源(1)发出的光脉冲入射到所述的导模共振滤波片(2)；

旋转所述的旋转镜架(3)，旋转角度分别为θ₁、θ₂、θ₃...θ_n，使所述的导模共振滤波片(2)出射得到波长分别为λ₁、λ₂、λ₃...λ_n的入射光束，并由所述的图像探测器(6)分别记录所述的被测物体(4)的衍射强度图I₁(x，y，λ₁)、I₂(x，y，λ₂)、I₃(x，y，λ₃)...In(x，y，λ_n)，其中，n为正整数，(x，y)为记录面的空间坐标分布；

2)所述的图像探测器(6)将探测的n幅衍射强度图I₁(x，y，λ₁)、I₂(x，y，λ₂)、I₃(x，y，λ₃)...I_n(x，y，λ_n)输送至所述的计算机(7)存储，该计算机(7)利用编写的程序进行迭代运算，一次完整的迭代过程包括以下步骤：

①当入射光束的波长为λ₁时，设记录面上所述的被测物体(4)的衍射光波复振幅为其中，相位分布为任意常数；

利用角谱衍射传播理论将U₁(x，y，λ₁)逆向传输d至物平面，得到该被测物体(4)的复振幅其中，d为所述的被测物体(4)和图像探测器(6)的间距，(x₀，y₀)为物平面的空间坐标分布；

②当入射光束的波长为λ₂时，所述的被测物体(4)的复振幅分布为

将U₁(x₀，y₀，λ₂)正向传输d至记录面，得到该被测物体(4)的衍射光波复振幅

利用记录的强度值I₂(x，y，λ₂)对复振幅U₁(x，y，λ₂)的振幅分布进行替换与更新，其相位分布保持不变，得到：

将U₁(x，y，λ₂)逆向传输d至物平面，得到该被测物体(4)的复振幅分布

③当入射光束的波长为λ₃...λ_n，依次重复步骤②的操作，得到所述的被测物体(4)的复振幅分布

④当入射光束的波长为λ₁时，所述的被测物体(4)的复振幅分布为

以上步骤①-④为一次完整的迭代过程；

3)经过m(m为整数，且m＞＝1)次迭代后，得到入射光束的波长为λ₁时，所述的被测物体(4)的复振幅分布为其中，U_m+1(x₀，y₀，λ₁)的振幅分布与U′_m(x₀，y₀，λ_n)的振幅分布相同，U_m+1(x₀，y₀，λ₁)的相位分布为U′_m(x₀，y₀，λ_n)的相位分布的λ_n/λ₁倍；

4)将U_m+1(x₀，y₀，λ₁)正向传输d至记录面，得到所述的被测物体(4)的衍射光波复振幅

计算复振幅分布U_m+1(x，y，λ₁)的归一化均方误差E：

其中，∑_k表示对矩阵的行列求和；

5)设定常数值ε；当E大于或等于ε时，重复①-④的迭代过程，往复迭代，以达到E小于ε的效果；当E小于ε时，结束迭代过程，得到该被测物体(4)的复振幅分布U_m+1(x₀，y₀，λ₁)，即成像，公式如下：