具有空间载频的能够以多色辐射进行成像的干涉仪系统 |
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| 申请号 | CN201110085860.6 | 申请日 | 2011-04-02 | 公开(公告)号 | CN102279555B | 公开(公告)日 | 2016-02-10 |
| 申请人 | 理工学院; | 发明人 | R·赫梅利克; P·科尔曼; T·斯拉比; M·安托什; Z·多斯塔尔; | ||||
| 摘要 | 一种具有空间载频的能够以多色 辐射 进行成像的干涉仪系统，借助于输出成像装置经由由 反射器 构成的透射系统将物体分支的成像装置的像平面成像至输出平面，并且同时在参考分支的成像装置的像平面中设置反射型衍射光栅，反射型衍射光栅由输出成像装置经由由反射器构成的透射系统也成像至干涉仪的输出平面，其中来自物体分支和参考分支的波的干涉形成消色差轴全息图，并且其中设置检测器。所述两个由反射器构成的透射系统调节为使得两个分支的轴在输出平面的入口重合，并且平行于输出平面的法线，并且由反射型衍射光栅以 角 α衍射的轴束以角β进入输出平面，β和α之间的关系是sin(β)＝sin(α)/m，其中m是输出成像装置的放大率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种具有空间载频并能够以多色辐射进行成像的干涉仪系统，所述多色辐射由扩展的时间上和空间上非相干的波源(1)构成，在所述波源(1)后插入波分束器(2)，所述波分束器(2)将入射波分束到干涉仪的两个分开的分支中，具体是分束到第一分支和第二分支中，其中，在所述第一分支的轴上设置任意设计的第一成像装置(3.1)并且在所述第二分支的轴上设置第二成像装置(3.2)，所述第二成像装置(3.2)就放大率和波的传播时间来说必需与所述第一成像装置(3.1)相同，并且所述第一分支的所述第一成像装置(3.1)的像平面(3.3)对于所述第一成像装置(3.1)而言是所述第一成像装置(3.1)的第一物平面(2.1)的图像，并且同时，所述第二分支的所述第二成像装置(3.2)的像平面(3.4)对于所述第二成像装置(3.2)而言是所述第二成像装置(3.2)的第二物平面(2.2)的图像，并且所述干涉仪系统还包含设置于所述干涉仪的输出平面(7)中的检测器，而所述第一分支和所述第二分支中的波的传播时间的差小于在从所述波分束器(2)的分束点直至所述干涉仪的所述输出平面(7)测得的使用的波的相干时间，所述干涉仪系统的特征在于，在所述第一分支的所述第一成像装置(3.1)的所述像平面(3.3)之后且在所述干涉仪的所述输出平面(7)之前，设置第一输出成像装置(4.1)，并且在所述第二分支的所述第二成像装置(3.2)的所述像平面(3.4)之后且在所述干涉仪的所述输出平面(7)之前，设置第二输出成像装置(4.2)，而且在所述第一成像装置(3.1)和所述干涉仪的所述输出平面(7)之间，在所述第一分支中设置由反射器构成的第一透射系统(6.1)，或在所述第二成像装置(3.2)和所述干涉仪的所述输出平面(7)之间，在所述第二分支中设置由反射器构成的第二透射系统(6.2)，由反射器构成的所述第一透射系统(6.1)和由反射器构成的所述第二透射系统(6.2)布置成使得所述第一分支的轴和所述第二分支的轴在至所述干涉仪的所述输出平面(7)的入口之前重合并且所述第一分支的轴和所述第二分支的轴平行于所述干涉仪的所述输出平面(7)的法线，并且还布置成使得所述干涉仪的所述输出平面(7)对于所述第一输出成像装置(4.1)而言是所述第一分支的所述第一成像装置(3.1)的所述像平面(3.3)的图像，并且对于所述第二输出成像装置(4.2)而言是所述第二分支的所述第二成像装置(3.2)的所述像平面(3.4)的图像，并且所述第一分支的所述第一成像装置(3.1)的所述第一物平面(2.1)和所述干涉仪的所述输出平面(7)之间的总放大率等于所述第二分支的所述第二成像装置(3.2)的所述第二物平面(2.2)和所述干涉仪的所述输出平面(7)之间的总放大率，并且在所述第一分支的所述第一成像装置(3.1)的轴上传播的波束进入所述第一输出成像装置(4.1)且在所述第一输出成像装置(4.1)轴上，并也在所述第一输出成像装置(4.1)的轴上从所述第一输出成像装置(4.1)离开，并以所述干涉仪的所述输出平面(7)的法线方向进入到所述输出平面(7)，并且在所述第二分支的所述第二成像装置(3.2)的所述像平面(3.4)的附近区域中设置衍射光栅(5)，并且在所述第二分支的所述第二成像装置(3.2)的轴上传播并由所述衍射光栅(5)以角(α)衍射的波束相对于所述第二输出成像装置(4.2)的轴也以角(α)进入到所述第二输出成像装置(4.2)并相对于所述第二输出成像装置(4.2)的轴以角(β)从所述第二输出成像装置(4.2)离开，并相对于所述干涉仪的所述输出平面(7)的法线也以角(β)进入到所述输出平面(7)，并且所述角(β)和(α)之间的关系是sin(β)＝sin(α)/m，其中m是所述第二输出成像装置(4.2)的放大率。 |
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| 说明书全文 | 具有空间载频的能够以多色辐射进行成像的干涉仪系统技术领域[0001] 描绘的方案描述了具有空间载频的干涉仪系统，其借助于低相干波产生全息图像，容许以由扩展的空间上非相干的源发射的宽带波实时地进行共焦成像。 背景技术[0002] 具有分开的物体和参考分支的当前干涉仪系统的共有特征是光分束器，该光分束器将波束分成两个相互相干的束，该两个相互相干的束进入物体和参考分支。当前系统可以分成三个基本组。 [0003] 第一组包括干涉仪系统，在大多数情况下，该干涉仪系统使用传统的Mach-Zehnder或Michelson干涉仪，其中两个分支的轴在干涉仪的输出端重合，因此波以零度角干涉。此系统容许使用完全不相干的波源，诸如常规灯泡；这里的优点是消除了得到的图像，即通过样品的光横截面，的相干噪声和较强的深度区别。缺点是，为了获得关于物波的完整信息，必需捕获最少3个具有不同相移的图像，这引入不期望的结果。首先，周边环境中的波动和振动增加了得到的图像中的噪声，并且其次，其不容许观察快速的变化现象。此系统用于显微镜Krug&Lau、Horn和Mirau物镜。 [0004] 第二组包括全息系统。这些系统使用与第一组相同的干涉仪；这里的差异是两个分支在干涉仪的输出端的轴以充分大的非零角相交，使得产生的干涉结构具有充分高的空间频率，这容许来自单个干涉图即全息图的物波的重建，该单个干涉图通过简单倾斜反射镜或具有类似功能的其它元件获得。该干涉仪不是消色差的并且因此不能使用宽带波，因为具有不同波长的波以相同角度进入输出平面并且干涉结构对各逐个波长具有不同的空间频率。总之，在视场的大部分中损失了期望的干涉结构(条纹)。此配置的优点是，能够根据单个记录，即全息图，完全重建图像。另一个积极的方面是采样率仅取决于检测器，而不取决于全息系统布置。此系统适合于监控动态过程。缺点是需要使用相干和部分空间不相干的波，诸如激光器，使得在整个视场中发生干涉，这引入以下消极结果：存在相干噪声以及对观察浸没于散射介质中的样品的相当有限的能力。与第一组中的系统相比，视场小两倍，这由全息状况暗示。 [0005] 第三组包括相干控制的消色差全息系统。此组通过如下事实去除了第二组中描述的不利条件：具有不同波长的波以不同的角度进入干涉仪的输出平面，使得产生的干涉结构对每个波长具有相等和足够高的空间频率(条纹密度)，这容许根据单个干涉图即全息图重建整个视场中的物波。通过光分束器实现了上述方案，这里分束器为衍射光栅的形式。第+1衍射级进入物体分支并且第-1衍射级进入参考分支。作为衍射光栅上波的角色散的结果，不同的波以不同角度从光栅出来，并且以此形式，它们进入聚光器。每个分支中的衍射光栅通过相关成像装置成像到干涉仪的输出平面上，从而确保保持两个分支中的波的较色散，并且此条件满足能够产生消色差干涉条纹的假设。此方案包括上述第一和第二组中列出的所有优点并且同时消除了它们每一组提到的缺点。然而，这里的缺点是形成每个分支中的成像装置的聚光镜和物镜必需是两个相同的元件的事实，即如果例如使用透射光显微镜，则必需对每个放大级使用四个相同的透镜。结果包括财务需求、物镜和聚光镜之间的用于具有较高放大率的透镜的受限空间。视场与第二组中的系统相同。此方案也用于实用设计CZ8547和CZ19150中。 发明内容 [0006] 通过根据本发明的具有空间载频的能够以宽带波进行成像的干涉仪系统消除了上述缺点。系统包括扩展的时间上和空间上非相干的波源，其后，插入波分束器并使用该波分束器将入射波分束到干涉仪的两个分开的分支中，具体是分束到第一分支中和第二分支中。在第一分支的轴上设置任意设计的第一成像装置，并且在第二分支的轴上设置第二成像装置，第二成像装置就放大率和波的传播时间来说必须与第一成像装置相同。其可以不同，例如归因于所述第一成像装置可以以透射波进行成像而第二成像装置可以以反射波进行成像。 [0007] 干涉仪系统还包含设置于输出平面中的检测器。条件是第一和第二分支中的波传播时间的差不应大于所使用的波的相干时间。第一或第二分支分别开始于入射波被分束的点，并且第一或第二分支的末端分别在干涉仪的输出平面处。 [0008] 第一分支的第一成像装置的像平面对于第一成像装置而言是此成像装置的物平面的图像，并且同时，第二分支的第二成像装置的像平面对于第二成像装置而言是此成像装置的物平面的图像。 [0009] 新方案的原理是，在第一分支的第一成像装置的像平面之后且在所述干涉仪的输出平面之前，在所述第一分支的轴上设置所述第一输出成像装置，并且同时，在第二分支的第二成像装置的像平面之后且在所述干涉仪的输出平面之前，在所述第二分支的轴上设置所述第二输出成像装置。 [0010] 所述干涉仪的输出平面对于所述第一输出成像装置而言是所述第一分支的所述第一成像装置的像平面的图像，并且同时，所述干涉仪的输出平面对于所述第二输出成像装置而言是所述第二分支的所述第二成像装置的像平面的图像。 [0011] 第一分支的第一成像装置的物平面和干涉仪的输出平面之间的总放大率等于第二分支的第二成像装置的物平面和干涉仪的输出平面之间的总放大率。 [0012] 至少在一个分支中，在给定分支的相关成像装置和干涉仪的输出平面之间，在第一分支中设置由反射器构成的第一透射(transmission)系统并且在第二分支中设置由反射器构成的第二透射系统，使得第一分支的轴和第二分支的轴在至所述干涉仪的输出平面的入口之前重合并且它们平行于干涉仪的输出平面的法线。 [0013] 在第一分支的轴中传播的波束进入第一输出成像装置并且在其轴上，并也在第一输出成像装置的轴上从第一输出成像装置离开并以所述干涉仪的输出平面的法线方向进入到所述干涉仪的输出平面。 [0014] 邻近所述第二分支的第二成像装置的像平面设置衍射光栅。在所述第二分支的轴上传播并由衍射光栅以角α衍射的束相对于第二输出成像装置的轴也以角α进入到所述第二输出成像装置并相对于此成像装置的轴以角β从此成像装置离开，并相对于所述干涉仪的所述输出平面的法线也以角β进入到所述输出平面。角β和α之间的关系是sin(β)＝sin(α)/m2，其中m2是所述第二输出成像装置的放大率。 [0015] 类似的方案基于如下事实：邻近所述第一分支的第一成像装置的像平面设置第一衍射光栅并且邻近所述第二分支的第二成像装置的像平面设置第二衍射光栅。 [0016] 在分别的第一和第二分支的轴上传播并由的第一和第二衍射光栅分别以角α1和α2衍射的束相对于第一和第二输出成像装置的轴也分别以角α1和α2进入第一和第二输出成像装置，并从它们各自的输出成像装置相对于输出成像装置的轴分别以角β1和β2离开。角β1、α1和β2、α2之间的关系分别是sin(β1)＝sin(α1)/m1和sin(β2)＝sin(α2)/m2，其中，m1是第一输出成像装置的放大率，m2是第二输出成像装置的放大率。 [0017] 当使用来自电磁辐射的可见范围的波时，所有成像装置，其意指第一和第二成像装置以及第一输出和第二输出成像装置，可以由透镜、反射镜和其它光学元件构成的任意装置形成，并且由反射器构成的所有透射系统(即由反射器构成的第一和第二透射系统)可以由例如反射镜和其它反射光学元件构成的任意其它装置形成，所有这些必需遵守(observe)用于逐个成像和透射系统的上述条件。当使用其它类型的波时，与对电磁辐射的可见范围中的波的范例中提到的元件具有类似功能的所有元件必需遵守所有上述条件也适用。 [0018] 在一个可能的实施例中，对于上述情况，在第一分支的第一成像装置之后并且在其轴上可以设置第一扫描单元，并且在第二分支的第二成像装置之后并且在其轴上可以设置第二扫描单元，这使得能够将图像转移到输出像平面中。 [0019] 在一个可能的实施例中，对于上述两种情况，第一输出成像装置和第二输出成像装置可以由公共输出成像装置形成，公共输出成像装置设置于成像装置的像平面和干涉仪的输出平面之间的第一和第二分支的公共轴上。 [0020] 在一个具体实施例中，所述第一分支是物体分支，所述第二分支是参考分支，所述第一输出成像装置和第二输出成像装置由公共输出成像装置形成，并且衍射光栅是邻近所述参考分支的所述第二成像装置的所述像平面设置的反射型衍射光栅。属于反射型衍射光栅的由反射器构成的第二透射系统在其输入端形成有可调节半透平面镜，所述可调节半透平面镜设置于由反射器构成的所述第二透射系统的轴上，并且也设置于所述第二成像装置的轴上以及来自所述衍射光栅的衍射波的路径中。此外，第二透射系统由可调节第五平面镜形成，所述可调节第五平面镜设置于由半透平面镜反射的波的路径中。所述半透平面镜的反射表面与所述第五平面镜的反射表面形成直角。由反射器构成的所述第一透射系统然后在其输入端形成有第一平面镜，所述第一平面镜设置于由反射器构成的所述第一透射系统的轴上，并且也设置于所述第一成像装置的轴上，并且所述第一透射系统形成有第二平面镜，所述第二平面镜设置于由所述第一平面镜反射的波的路径中以使得所述第二平面镜的反射表面垂直于所述第一平面镜的反射表面并平行于设置于所述第二平面镜之后的第三平面镜的反射表面，第三平面镜具有与设置于反射束的路径中的第四平面镜的反射表面垂直的反射表面。 [0021] 在另一具体实施例中，所述第一分支是物体分支，所述第二分支是参考分支。所述第一衍射光栅是邻近所述物体分支的所述第一成像装置的平面设置的透射型衍射光栅，并且所述第二衍射光栅是邻近所述参考分支的所述第二成像装置的所述物平面设置的透射型衍射光栅。属于此第二衍射光栅的由反射器构成的所述第二透射系统在其输入端形成有可调节第六平面镜，所述可调节第六平面镜设置于由反射器构成的所述第二透射系统的轴上，并且也设置于所述第二成像装置的轴上以及来自所述第二衍射光栅的衍射波的路径中。此外所述第二透射系统形成有可调节第五平面镜，所述可调节第五平面镜设置于由第六平面镜反射的波的路径中。所述第五平面镜的反射表面平行于所述第六平面镜的反射表面。属于所述第一衍射光栅的由反射器构成的所述第一透射系统然后在其输入端形成有第一平面镜，所述第一平面镜设置于由反射器构成的所述第一透射系统的轴上，并且也设置于所述第一成像装置的轴上以及来自所述第一衍射光栅的衍射波的路径中。此外，所述第一透射系统还形成有第二平面镜，所述第二平面镜设置于由所述第一平面镜反射的波的路径中以使得所述第二平面镜的反射表面垂直于所述第一平面镜的反射表面并平行于设置于所述第二平面镜之后的第三平面镜的反射表面，所述第三平面镜具有与设置于反射束的路径中的第四平面镜的反射表面垂直的反射表面。 [0022] 在一个实施例中，实施所述第一和第二衍射光栅，所有替代是可能的，其意指这两个衍射光栅由反射型衍射光栅或透射型衍射光栅形成，或一个是反射型衍射光栅而另一个是透射型衍射光栅。 [0023] 另一个可选是，所述衍射光栅设置于成像装置的它们的相关像平面中或由距它们的相关像平面±500mm的距离限定的周围环境中。 [0024] 此方案的优点是系统使得能够通过低相干波对物体进行全息成像，诸如扩展光源的白光。非相干波容许对浸没于散射介质中的物体进行成像。实时地执行成像。观察的样品的部分的单个数字地记录的全息图能够用于物波的数字重建，其意指强度和相位。强度图像是深度区别的，即其仅对设置于成像装置的物平面的附近区域中的样品的部分进行成像，实际上为通过观察的样品的横截面。横截面厚度依赖于使用的波的相干程度，并且如果使用光显微镜，则能够缩小共焦显微镜获得的光学横截面。相位图像对应于由观察的样品引起的通过物体和参考分支的传播时间的差，其是定量的并可以用于以千分之一波长量级的精度测量反射样品的深度，或例如在透射光显微成像的情况下，能够用于细胞加权或分析细胞内大量移动。 [0025] 因此，能够说至少一些属于一些上述组的系统公共的特征包括如下。扩展的时间上和空间上非相干的波源，其在例如光学显微术中包括常规灯泡、聚光器透镜、毛玻璃、大小可变的孔径光阑(可变光圈或一组各种直径的可移动光圈)、可替换的带通滤光器、用于调整光强的可替换中性密度滤光器(neutral density filter)以及IR截止滤光器，IR截止滤光器阻挡长波光。其它公共特征包括波分束器，波分束器将入射波分束到物体和参考分支中，并且其它公共特征还包括该分支中的成像装置、属于每个分支的输出成像装置或公共输出成像装置以及检测器。 [0027] 附图中示出了一些可能的实施例。 [0028] 图1示出了具有设置于参考分支中的反射型衍射光栅并具有单个公共输出成像装置的干涉仪系统的图示； [0029] 图2示出了具有两个不同透射型衍射光栅的干涉仪系统的图示，其中一个设置于物体分支中，而另一个设置于参考分支中，并且各分支具有其自己的输出成像装置； [0030] 图3示出了具有两个相互分开的输出成像装置的干涉仪系统。 具体实施方式[0031] 图1中示出了根据本发明的干涉仪系统的一个优选实施例。其是干涉仪系统，该干涉仪系统具有空间载频，借助于低相干光产生全息图像，容许以空间非相干扩展源的白光并实时地进行共焦成像。反射器构成的第二透射系统6.2和第一透射系统6.1在此情况下通过反射镜装置实现。此干涉仪系统在其输入端形成有扩展的时间上和空间上非相干的光源1，在该光源后面设置有光学分束器2，这里的光学分束器是标准元件，诸如分束立方体。光学分束器2将入射光分束到物体分支和参考分支中。在物体分支中设置有任意设计的第一成像装置3.1。在参考分支中设置与给出的范例中的第一成像装置3.1光学上相同的第二成像装置3.2。干涉仪系统还在其输出部分包含输出成像装置4。在干涉仪的输出平面7上设置检测器。这里的状况是从光束分束器2中的光束分束点直至干涉仪的输入平面7在两个分支中测得的光路差小于使用的光的相干长度。在给定的范例中，邻近干涉分支的第二成像装置3.2的像平面3.4设置衍射光栅5。在衍射光栅5的衍射平面和输出成像装置4之间插入反射器构成的第二透射系统6.2，第二透射系统6.2能够通过许多方式实现。重要的点是第二透射系统调节为，使得在参考分支的轴上传播并由衍射光栅5以角α衍射的光束也相对于输出成像装置4的光轴以角α进入此输出成像装置4，并相对于输出成像装置4的光轴以角β离开输出成像装置4，然后相对于干涉仪的输出平面7的法线也以角β进入干涉仪的输出平面7。角β和α之间的关系是sin(β)＝sin(α)/m，其中m是输出成像装置4的放大率。 [0032] 在给定的范例中，在第一成像装置3.1的输出端插入反射器构成的第一透射系统6.1，第一透射系统再次能够以许多方式产生，然而第一透射系统必需调节为，使得在第一成像装置3.1的轴上传播的光束经由反射器构成的第一透射系统6.1并经由输出成像装置 4以干涉仪的输出平面7的法线方向引导至输出平面7。物体分支的第一成像装置3.1的像平面3.3和干涉仪的输出平面7以及参考分支的第二成像装置3.2的像平面3.4和干涉仪的输出平面7必需相对于输出成像装置4光学共轭(conjugated)。 [0033] 根据给出的范例的干涉仪系统可以包含如图3中所示的两个相互分开的输出成像装置4.1和4.2代替一个输出成像装置4。为了维持通畅的(clear)和简单的取向，其它元件的布置与前述范例中相同，然而也能够以其它方式布置。 [0034] 干涉仪的输出平面7对于第一输出成像装置4.1而言是物体分支的第一成像装置3.1的像平面3.3的图像，并且对于第二输出成像装置4.2而言是参考分支的第二成像装置 3.2的像平面3.4的图像。 [0035] 在物体分支的第一成像装置3.1的轴上传播的波束进入第一输出成像装置4.1的轴上并且也从其轴上从其离开，并以干涉仪的输出平面7的法线方向进入输出平面7。 [0036] 邻近参考分支的第二成像装置3.2的像平面3.4设置衍射光栅5并且在参考分支的第二成像装置3.2轴上传播并由衍射光栅5以角α衍射的波束相对于第二输出成像装置4.2的轴也以角α进入此第二输出成像装置4.2，并相对于此第二输出成像装置4.2的光轴以角β离开此第二输出成像装置4.2，然后相对于干涉仪的输出平面7的法线也以角β进入干涉仪的输出平面7，且角β和α之间的关系是sin(β)＝sin(α)/m，其中m是输出成像装置4.2的放大率。 [0037] 对给出的优选实施例的模拟是图2中所示的情况，其中衍射光栅插于两个分支中，意指插于参考分支和物体分支中。这里的布置因此为，使得邻近物体分支的第一成像装置3.1的像平面3.3设置第一衍射光栅5.1，并且邻近参考分支的第二成像装置3.2的像平面3.4设置第二衍射光栅5.2。在第一衍射光栅5.1的衍射平面和输出成像装置4之间再次插入反射器构成的第一透射系统6.1，并且类似地在第二衍射光栅5.2的衍射平面和输出成像装置4之间插入反射器构成的第二透射系统6.2，其中，对角α1、β1和α2、β2的类推条件与前述范例中相同。并且在此情况下，物体分支的第一成像装置3.1的像平面3.3和干涉仪的输出平面7以及参考分支的第二成像装置3.2的像平面3.4和干涉仪的输出平面7必需相对于输出成像装置4光学共轭。 [0038] 在两个描述的优选实施例中，在物体分支的第一成像装置3.1后面在其轴上设置第一扫描单元8.1，并且在参考分支的第二成像装置3.2后面在其轴上设置第二扫描单元8.2，然而它们的实施不是绝对必需的。 [0039] 衍射光栅5能够是反射型或透射型。一个可能的实施例示于图1中，其中衍射光栅5为反射型衍射光栅。这里，此反射型衍射光栅设置于参考分支中，并且因此反射器构成的第二透射系统6.2属于它。反射器构成的第二透射系统6.2在其输入端由可调节半透平面镜Z6形成，可调节半透平面镜Z6设置于反射器构成的第二透射系统6.2的轴上，并且也设置在第二成像装置3.2的轴上，并且设置在来自衍射光栅5的衍射波的路径中。此外，其由设置于由半透平面镜Z6反射的波的路径中的可调节第五平面镜Z5形成。半透平面镜Z6的反射表面与第五平面镜Z5的反射表面形成直角。反射器构成的第一透射系统6.1于是在其输入端由第一平面镜Z1形成，第一平面镜Z1设置于反射器构成的第一透射系统6.1的轴上，也设置于第一成像装置3.1的轴上，并且反射器构成的第一透射系统6.1还由第二平面镜Z2形成，第二平面镜Z2设置于由第一平面镜Z1反射的波的路径中，并使得第二平面镜Z2的反射表面垂直于第一平面镜Z1的反射表面且平行设置于第二平面镜Z2后的第三平面镜Z3的反射表面，第三平面镜Z3具有与设置于反射束的路径中的第四平面镜Z4的反射表面垂直的反射表面。反射器构成的第一透射系统6.1的镜Z1和Z2构成的装置在物体分支的第一成像装置3.1的轴的方向上可调节，这容许调节干涉仪分支的相同光学长度。 [0040] 图2中示出了另一可能的实施例，其中衍射光栅插于两个分支中，这意指插于参考分支和物体分支中。在此情况下，衍射光栅5.1和5.2均是透射型衍射光栅。反射器构成的第一和第二透射系统6.1和6.2分别属于设置在物体分支和参考分支中的第一和第二衍射光栅5.1和5.2。反射器构成的第一透射系统6.1在其输入端由第一平面镜Z1形成，第一平面镜Z1设置于反射器构成的第一透射系统6.1的轴上，并且也设置在第一成像装置3.1的路径上，并且设置在来自第一衍射光栅5.1的衍射波的路径中。此外，其由设置于来自第一衍射光栅5.1并由第一平面镜Z1反射的波的路径中的第二平面镜Z2形成，使得第二平面镜Z2的反射表面垂直于第一平面镜Z1的反射表面，并平行于设置于第二平面镜Z2后面的第三平面镜Z3的反射表面，第三平面镜Z3具有与设置于反射束的路径中的第四平面镜Z4的反射表面垂直的反射表面。反射器构成的第二透射系统6.2在其输入端由可调节第六平面镜Z7形成，第六平面镜Z7设置于反射器构成的第二透射系统6.2的轴的路径中，并且也设置于第二成像装置3.2的路径中，并且也设置于来自第二衍射光栅5.2的衍射波的路径中。此外，反射器构成的第二透射系统6.2由设置于由第六平面镜Z7反射的波的路径中的可调节第五平面镜Z5形成。第六平面镜Z7的反射表面平行于第五平面镜Z5的反射表面。 [0041] 在两个描述的实施例中，反射器构成的第一透射系统6.1中的第一平面镜Z1和第二平面镜Z2构成的装置在物体分支的第一成像装置3.1的轴的方向上可调节，这容许调节干涉仪分支的相同光学长度。 [0042] 另一可能的实施例是使得在插入两个衍射光栅的情况下，两个衍射光栅均为反射型，或均为透射型，或一个为反射型衍射光栅，而另一个为透射型衍射光栅。 [0043] 技术上能够以许多方式实现反射器构成的透射系统，而不限于以上描述的那些。 [0044] 衍射光栅可以直接设置于它们的相关像平面中或距它们的相关像平面±500mm的距离限定的附近区域中。 [0045] 干涉仪系统利用非相干图像全息术的原理。装置由具有分开的物体和参考分支的两束光栅干涉仪形成，物体和参考分支的轴在干涉仪的输出平面7中重合，它们平行于输出平面7的法线并且因此以零度角会聚，并且实际上作为实施衍射光栅5或第一衍射光栅5.1和第二衍射光栅5.2的结果，它们在输出平面7中产生具有足够高空间频率的消色差干涉结构，其意指使得能够根据在单个时刻记录的单个干涉图或全息图重建整个视场中的物波的条纹密度。这显著地限制由周围环境的波动或振动生成的噪声的存在。 [0046] 全息图是数字地记录的，并且使用快速傅立叶变换算法数字地重建物波，即其幅度和相位。关于幅度和相位的信息意指关于整个空间中的物波的信息。因此，单个全息图足够用于在不同于像平面的平面中观察的图像的事后重建，这意指其容许数字重聚焦并从而在一定程度上重建扫描的三维物体的空间分布。该数字重聚焦可能的范围由使用的波的相干度给出。较高的相干度容许轴向上较大范围的重聚焦。较低的相干度缩小了此范围，但是容许观察浸入强的散射介质中的物体，这归因于多个散射波对样品图像的显著减小作用，这对于图像强度和图像相位是有效的，并且此事实已经得到实验验证。 [0047] 通过对全息图的重建获得的复幅度模的平方，即强度图像，是深度可区别的，因此其描绘通过观察的样品的横截面。横截面厚度取决于使用的波的相干度，并且如果考虑光学显微术，则其能够比通过共焦显微镜获得的光学横截面窄。相位图像对应于由观察的样品引起的通过物体和参考分支传播的时间差，其是定量的并且可以用于以千分之一波长量级的精度测量反射样品的深度，或者例如，在透射光显微成像的情况下，其能够用于细胞加权(weight)或评估细胞内的大量(mass)移动。 [0049] 对于在单个时刻以许多颜色同时全息地记录图像，在一些情况下克服样品中某一波长的光的相消干涉并从而维持来自该观察点的相位信息是可能的。 [0050] 如图1中的范例描绘的实施例如下操作。 [0051] 扩展的时间上和空间上非相干的波源1具有可调节程度的时间和空间相干性，其在例如光学显微术中能够包括常规灯泡、集光器透镜、毛玻璃、大小可变的孔径光阑(可变光圈或一组各种直径的可移动光圈)、可替换带通滤光器、用于调整光强的可替换中性滤光器以及IR截止滤光器，IR截止滤光器阻挡长波光，发射传播到波分束器2的波，波分束器2将入射波分成进入干涉仪的两个分支的两个相互相干的束，两个分支最一般地为物体分支和参考分支。为了维持使用完全非相干波的可能性，干涉仪的两个分支设计为等同的。为此原因，在物体分支和参考分支中插入相同的成像装置，特别是第一成像装置3.1和第二成像装置3.2，然而它们能够是任意的，例如容许以透射光或反射光进行成像并用于微观或宏观成像。 [0052] 从波分束器2进入物体分支的波撞击到设置于物体分支的第一成像装置3.1的第一物平面2.1中的被观察物体上，然后通过第一成像装置3.1、第一扫描单元8.1和反射器构成的第一透射系统6.1，使得它们由第一平面镜Z1反射到物体分支的第一成像装置3.1的像平面3.3上，在像平面3.3上产生插入到第一物平面2.1中的物体的图像。波然后撞击到第二平面镜Z2上，在此它们再次被反射并撞击到第三平面镜Z3上，在此它们进一步被反射并撞击到第四平面镜Z4上，在此它们被反射并进入到输出成像装置4，经由输出成像装置4，它们传递至干涉仪的输出平面7，在此产生插入到第一物平面2.1中的物体的第二图像。 [0053] 从波分束器2进入到参考分支中的波撞击到设置于参考分支的第二成像装置3.2的第二物平面2.2中的参考物体上，然后通过第二成像装置3.2、第二扫描单元8.2和反射器构成的第二透射系统6.2，使得它们通过半透平面镜Z6并撞击到设置于第二成像装置3.2的像平面3.4中的反射型衍射光栅5的衍射平面上，在此产生插入到第二物平面2.2中的参考物体的图像。在参考分支的轴上传播并由衍射光栅5以角α衍射的波束再次撞击到半透平面镜Z6上，在此该波束被反射并撞击到第五平面镜Z5上，在此该波束被反射并且相对于输出成像装置4的轴也以角α进入到此输出成像装置4，波通过输出成像装置4并相对于输出成像装置4的轴以角β出来，并相对于干涉仪的输出平面7的法线也以角β进入到输出平面7上，在此产生插入到第二物平面2.2中的参考物体的第二图像。角β和α之间的关系是sin(β)＝sin(α)/m，其中m是输出成像装置4放大率。 [0054] 来自物体分支和参考分支的波在干涉仪的输出平面7中干涉并产生干涉条纹结构，该干涉条纹结构的空间频率等于衍射光栅5的空间频率除以输出成像装置4的放大率。 [0055] 当使用波的宽带源时，归因于衍射光栅5的存在，将出现衍射角对波长的依赖关系，所谓的角色散。角α以及随后的角β对不同的波长不同。使用合适的空间频率和衍射光栅5的恰当位置以及合适地倾斜反射器构成的第一透射系统6.1和第二透射系统6.2中的反射镜，容许使得具有不同波长的波以不同的角进入到输出平面7上，使得产生的干涉结构对每个波长具有相等并足够高的空间频率，空间频率意指条纹密度，使得容许根据单个干涉图即全息图重建整个视场中的物波。 [0056] 在干涉仪的输出平面7中设置检测器，检测器通常是连接至计算机的数字像机。输出成像装置4的放大率m是使得连接的检测器能够针对存在于干涉仪的输出平面7处的全息图中的最大空间频率执行对存在于干涉仪的输出平面7中的干涉结构的充分采样。 [0057] 反射器构成的第一透射系统6.1中的第一平面镜Z1和第二平面镜Z2构成的装置在物体分支的第一成像装置3.1的轴向上可调节，这容许调节通过干涉仪的两个分支的波的传播的相同时间。 [0058] 第一扫描单元8.1和第二扫描单元8.2确保物体分支和参考分支的轴在干涉仪的输出平面7上重合。它们还用于确定相互干涉作用，特别是在通过散射介质观察时，当通过倾斜从物体分支进入到干涉仪的输出平面7的射线束，获得观察的物体的非移位图像是可能的情况下，由在观察点以大于物镜的孔径角的角散射的非弹道光的作用产生该图像。 [0059] 观察的物体和参考物体也能够插入到通过相关成像装置或其部分而与相关物平面2.1和2.2共轭的相关分支中的任何合适的平面中。 [0060] 干涉仪系统也以其它描述的优选实施例中的类似方式操作。 [0061] 工业适用性 [0062] 提出的干涉仪系统能够用于例如与普通显微镜成像装置组合，其以反射和透射光成像，其也能够用于宏观全息记录。其适用于活细胞以及它们对外部刺激的反应的体外观察，或用于测量由散射介质覆盖的反射样品的表面，活细胞可能浸于悬浮液中。 |
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