蛋白质芯片的传感方法及其检测系统
专利汇可以提供蛋白质芯片的传感方法及其检测系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且蛋白质 阵列芯片的传感方法及其检测系统，属于 生物 技术领域。本 发明 的目的在于克服 现有技术 通量低，提供一种时域 相位 调制干涉 表面 等离子体 共振阵列生物传感的方法及系统，可以无需标记检测高容量的蛋白质芯片，实时获取蛋白质分子相互作用信息。本发明所述方法概括如下：从蛋白质阵列芯片反射的光通过一维放大透镜组后射入时域 相位 调制器 ，改变施加在其上的 电压 ，让射出的s光和p光通过偏振棱镜产生干涉，经成像透镜后由CCD将干涉图像转换成电 信号 ，输入计算机；每改变一次p光的相位采集一幅图像，连采集5幅作为一个循环，处理后获得阵列芯片中各单元上发生反应引起的即时光的相位变化信息，提供给生物学家和医学家进行解析。，下面是蛋白质芯片的传感方法及其检测系统专利的具体信息内容。
1.一种蛋白质芯片的传感方法，其特征在于，该方法基于时域相位调制干涉表面等离子 体共振阵列生物传感原理，具体包括如下步骤：
1)稳频激光器发出的激光经衰减器后进行空间滤波和准直，接着让光束通过起偏器和矩 形光阑得到矩形平行线偏振光；
2)让所述矩形平行线偏振光束射入用来检测蛋白质芯片的生物传感单元，由其反射出的 光束进入一维放大透镜组，调整所述一维放大透镜组的放大倍数，使射出的光斑恢复到入射 所述生物传感单元时的形状和大小；
3)让所述一维放大透镜组射出的光射入时域相位调制器，入射光中的s光和p光的偏振 方向分别与所述时域相位调制器的x’轴和y’轴平行，然后依次改变施加在所述时域相位调制 器上的电压，保证射出的p光的相位变化依次为-π、-π/2、0、π/2和π；让所述时域相位 调制器射出的s光和p光通过偏振棱镜产生干涉，经成像透镜后成像在CCD靶面上，由CCD 将干涉图像转换成电信号，经处理后存入计算机；所述时域相位调制器每改变一次p光的相 位，计算机就采集一幅图像，连续采集5幅图像，完成一个循环操作；
4)按照步骤3)所述方法连续改变施加在所述时域相位调制器上的电压，随之连续采集 图像；并利用存储在计算机中的专用程序找正所采集图像的坐标，接着利用Hariharan算法对 图像进行解算，实时获得光通过所述生物传感单元时由生化反应所引起的相位变化，即实时 获得生物分子相互作用的信息。
2.根据权利要求1所述的蛋白质芯片的传感方法，其特征在于：在步骤4)中，先选择 所述蛋白质芯片中的一个传感单元的干涉图像所覆盖的CCD上的其中一个单元，再利用 Hariharan算法来解算该传感单元上所固定的探针与样本池样品中的其它生物分子发生反应所 引起的光的相位变化。
3.根据权利要求1所述的蛋白质芯片的传感方法，其特征在于：在步骤4)中，先选择 所述蛋白质芯片中的一个传感单元的干涉图像所覆盖的CCD上的一行或几行中紧挨着的几 个单元进行均值处理，再利用Hariharan算法解算该传感单元上所固定的探针与样本池样品中 的其它生物分子发生反应所引起的光的相位变化。
4.一种采用权利要求1所述传感方法的时域相位调制干涉表面等离子体共振阵列检测蛋 白质芯片系统，包括产生检测用的矩形平行线偏振光的入射臂、检测蛋白质芯片的生物传感 单元、产生干涉图像的反射臂，以及获取干涉图像信号并进行后续处理的信号处理单元，其 特征在于：所述反射臂位于生物传感单元反射光射出的一侧，包括依次置于反射光轴上的一 维放大透镜组、带有驱动电路的时域相位调制器、偏振棱镜和成像透镜；所述信号处理单元 中的计算机与所述时域相位调制器的驱动电路相连，以实现对时域相位调制器的控制。
5.根据权利要求4所述的时域相位调制干涉表面等离子体共振阵列检测蛋白质芯片系 统，其特征在于：所述的一维放大透镜组由共光轴的平-凸柱面镜和平-凹柱面镜组成，所述 平-凹柱面镜的凹面为光线入射面，所述平-凸柱面镜的凸面为光线射出面，所述一维放大透 镜组的放大倍数为2～4倍。
6.根据权利要求4所述的时域相位调制干涉表面等离子体共振阵列检测蛋白质芯片系 统，其特征在于：所述的时域相位调制器为电光晶体，材料为KDP、KD*P、ADP、LiTaO3 或LiNbO3。
7.根据权利要求4所述的时域相位调制干涉表面等离子体共振阵列检测蛋白质芯片系 统，其特征在于：所述的时域相位调制器所调制的光的波长为0.4μm～2μm；
8.根据权利要求4所述的时域相位调制干涉表面等离子体共振阵列检测蛋白质芯片系 统，其特征在于：所述的时域相位调制器的通光口径为4×4～20×20mm2，长度为10～120mm。
9.根据权利要求4所述的时域相位调制干涉表面等离子体共振阵列检测蛋白质芯片系统， 其特征在于：所述的生物传感单元为表面等离子体共振生物传感器，包括直角或梯形棱镜、 折射率油层、阵列传感芯片以及置于所述阵列传感芯片下的样本池；所述直角或梯形棱镜、 折射率油层和阵列传感芯片的光学玻璃基片的折射率相同；所述直角或梯形棱镜以及阵列传 感芯片的光学玻璃基片的材料为火石玻璃。
10.根据权利要求4所述的时域相位调制干涉表面等离子体共振阵列检测蛋白质芯片系 统，其特征在于：所述的入射臂即准直光源包括置于生物传感单元一侧的稳频He-Ne或半导 体激光器，以及设置在所述激光器光轴上的衰减器、空间滤波器、准直器、起偏器和矩形光 阑；所述衰减器镀有金属膜，衰减比是0～50％，所述空间滤波器的光阑孔径为5～50μm， 所述矩形光阑的通光口径为4×4～20×20mm2。
技术领域
本发明属于生物技术领域，特别涉及用来实现高精度、高通量、实时传感蛋白质-蛋白质、 蛋白质-DNA、蛋白质-效应物、抗原-抗体、配体-受体、药物-靶等生物分子相互作用的方法 及其蛋白质芯片检测系统。
背景技术
表面等离子体共振传感是基于检测传感表面的折射率变化的一种光学检测方法，样本无 需标记，灵敏度高，且可实时检测，因而在蛋白质芯片检测中具有独特的优势(见中国专利 ZL99107780.6，申请日为1999年5月28日)。表面等离子体共振传感有2种检测方法，一种 是光强检测法，另一种是相位检测法，后者的灵敏度高于前者。2005年初，瑞典BIAcore公 司基于表面等离子体共振传感原理，采用光强检测法，推出了BIAcore T100生物分子相互作 用阵列检测系统。该系统是基于BIAcore 1000等产品的四通道检测技术，即有四条样本通道， 传感芯片与之对应制备成四行，每行上固定96个探针，一次可检测384种样本，见图1。图 中，1为四条微射流通道，2为传感芯片。4行探针排列的几何尺寸与4条微通道一致，使用 时传感芯片与微射流通道一一对应，保证样本溶液流过微通道时能与所固定的探针反应。美 国应用生物系统公司(Applied Biosystem)公司基于光栅耦合表面等离子体共振传感方法， 设计了20×20面阵，一次可检测400个样本，见图2。平行准直光束3透过玻璃窗4入射到 镀金膜光栅5的表面，在样本溶液与光栅界面处激发表面等离子体波。当反射光水平波矢与 表面等离子波矢相等时发生共振，从而导致反射光强显著减弱，CCD(电荷耦合器件)6接 受到光强变化。前者的特点是检测用样本溶液用量少，但难以进一步提高通量；后者可进一 步提高通量，但需要保证检测样本必须是透明的，在实际应用中受到限制，并且灵敏度比前 者低。
本发明人曾基于光强检测，发明了蛋白质微阵列表面等离子体共振成像检测系统及检测 方法，该发明能检测阵列传感芯片(见中国专利03147877.8，申请日为2003年12月10日)， 传感原理如图3所示。矩形平行线偏振光束300透过棱镜307和折射率油层308射到传感芯 片309的基片与金膜的界面上。当入射角合适时，产生等离子体共振，从传感芯片309的基 片与金膜的界面反射的光强显著变弱，通过成像透镜310后，被CCD 314转换为电信号，经 接口电路315输入计算机316处理。传感芯片309上固定的探针阵列分布，CCD 314接受到 的也是对应的阵列生物反应引起的光的变化。但是，光强检测法的灵敏度要比相位检测法低 1-2个数量级。为此，本发明人又发明了空间相位调制干涉阵列检测生物芯片的方法及系统(见 中国专利，公开号CN1588064A，申请日为2004年8月27日)，该方法基于相位检测，灵敏 度高，且检测通量可高于BIAcore T100和应用生物系统公司的产品，见图4。矩形平行线偏 振光束400透过棱镜407和折射率油层408射到传感芯片409的基片与金膜的界面上。当入 射角合适时，产生等离子体共振，从阵列传感芯片409的基片与金膜的界面反射的光的相位 发生剧烈变化。反射光经一维放大透镜组410、渥拉斯顿棱镜411、偏振棱镜412后产生空间 干涉，经成像透镜组413成像在CCD 414的靶面上。这样，生物反应时引起的光的相位变化 转化成干涉条纹的相位变化，CCD 414将干涉图像转换为电信号，经接口电路415后输入计 算机416处理。由于空间相位调制干涉阵列检测方法是基于测量干涉条纹的相位变化，为了 灵敏地测定相位变化，对阵列传感芯片上的每一个单元来说，至少要有它的相邻的3条干涉 条纹投射在同一行紧挨着的12个CCD像素点上，CCD的行与列的像素点是有限的，因而这 种方法的检测通量也是很有限的。
人体中有10万种以上蛋白质，一个细胞中就有成千上万种蛋白质，一个组织中就更多。 蛋白质组学研究是要一次获取一个细胞、一个组织乃至体内所有蛋白质的表达谱，从而揭示 生命活动的本质、疾病发生和发展以及药物作用的机理。与此同时，面对人类各种疑难疾病， 迫切需要从自然界中众多物质中筛选出特效药，即发现新药并进行开发。无疑，这两者都需 要高精度、高通量、实时检测生物分子相互作用的传感方法，显然上述的四种方法都不能满 足要求。
发明内容
本发明提供了一种蛋白质芯片的传感方法，其特征在于，该方法基于时域相位调制干涉 表面等离子体共振阵列生物传感原理，具体包括如下步骤：
1)稳频激光器发出的激光经衰减器后进行空间滤波和准直，接着让光束通过起偏器和矩 形光阑得到矩形平行线偏振光；
2)让所述矩形平行线偏振光束射入用来检测蛋白质芯片的生物传感单元，由其反射出的 光束进入一维放大透镜组，调整所述一维放大透镜组的放大倍数，使射出的光斑恢复到入射 所述生物传感单元时的形状和大小；
3)让所述一维放大透镜组射出的光射入时域相位调制器，入射光中的s光和p光的偏振 方向分别与所述时域相位调制器的x’轴和y’轴平行，然后依次改变施加在所述时域相位调制 器上的电压，保证射出的p光的相位变化依次为-π、-π/2、0、π/2和π；让所述时域相位 调制器射出的s光和p光通过偏振棱镜产生干涉，经成像透镜后成像在CCD靶面上，由CCD 将干涉图像转换成电信号，经处理后存入计算机；所述时域相位调制器每改变一次p光的相 位，计算机就采集一幅图像，连续采集5幅图像，完成一个循环操作；
4)按照步骤3)所述方法连续改变施加在所述时域相位调制器上的电压，随之连续采集 图像；并利用存储在计算机中的专用程序找正所采集图像的坐标，接着利用Hariharan算法对 图像进行解算，实时获得光通过所述生物传感单元时产生的相位变化，即实时获得生物分子 相互作用的信息。
在步骤4)中，先选择所述生物阵列传感芯片中的一个传感单元的干涉图像所覆盖的CCD 上的其中一个单元，再利用Hariharan算法来解算该传感单元上所固定的探针与样本池样品中 的其它生物分子发生反应所引起的光的相位变化。
在步骤4)中，先选择所述生物阵列传感芯片中的一个传感单元的干涉图像所覆盖的CCD 上的一行或几行中紧挨着的几个单元进行均值处理，再利用Hariharan算法解算该传感单元上 所固定的探针与样本池样品中的其它生物分子发生反应所引起的光的相位变化。
本发明还提供了一种上述传感方法的时域相位调制干涉表面等离子体共振阵列检测蛋白 质芯片系统，包括产生检测用的矩形平行线偏振光的入射臂、检测蛋白质芯片的生物传感单 元、产生干涉图像的反射臂，以及获取干涉图像信号并进行后续处理的信号处理单元，其特 征在于：所述反射臂位于生物传感单元反射光射出的一侧，包括依次置于反射光轴上的一维 放大透镜组、带有驱动电路的时域相位调制器、偏振棱镜和成像透镜；所述信号处理单元中 的计算机与所述时域相位调制器的驱动电路相连，以实现对时域相位调制器的控制。
在本发明中，所述的一维放大透镜组可以由共光轴的平-凸柱面镜和平-凹柱面镜组成， 所述平-凹柱面镜的凹面为光线入射面，所述平-凸柱面镜的凸面为光线射出面，所述一维放 大透镜组的放大倍数为2～4倍。
在本发明中，所述的时域相位调制器为电光晶体，材料为KDP、KD*P、ADP、LiTaO3 或LiNbO3。
在本发明中，所述的时域相位调制器所调制的光的波长为0.4μm～2μm；
在本发明中，所述的时域相位调制器的通光口径为4×4～20×20mm2，长度为10～120mm。
在本发明中，所述的生物传感单元为表面等离子体共振生物传感器，包括直角或梯形棱 镜、折射率油层、阵列传感芯片以及置于所述阵列传感芯片下的样本池；所述直角或梯形棱 镜、折射率油层和阵列传感芯片的光学玻璃基片的折射率相同；所述直角或梯形棱镜以及阵 列传感芯片的光学玻璃基片的材料为火石玻璃。
在本发明中，所述的入射臂即准直光源包括置于生物传感单元一侧的稳频He-Ne或半导 体激光器，以及设置在所述激光器光轴上的衰减器、空间滤波器、准直器、起偏器和矩形光 阑；所述衰减器镀有金属膜，衰减比是0～50％，所述空间滤波器的光阑孔径为5～50μm， 所述矩形光阑的通光口径为4×4～20×20mm2。
本发明提供的这种时域相位调制干涉表面等离子体共振阵列生物传感方法以及利用该方 法的时域相位调制干涉表面等离子体共振阵列检测蛋白质芯片系统，能并行(即同时)检测 发生在阵列传感芯片上每个传感单元上生物分子相互作用时引起的反射光的相位变化，提供 给生物学家和医学家解析。本发明可以实现高精度、高通量、无须标记和实时检测，一次可 检测几万个蛋白质-蛋白质、蛋白质-DNA、DNA-DNA、抗体-抗原、配体-受体、药物-靶等生 物分子的相互作用，获得动力学特性、特异性、空间位置、空间效应以及结构与功能等信息。
附图说明
图1为已有的一种BIAcore T100的阵列检测传感芯片与微射流通道示意图。
图2为已有的一种Applied Biosystem公司的基于光栅耦合SPR检测原理与传感芯片示意 图。
图3为现有的蛋白质微阵列表面等离子体共振成像检测系统及检测方法的原理示意图。
图4为现有的空间相位调制干涉表面等离子体共振阵列检测生物芯片系统的原理示意图。
图5为本发明所述的时域相位调制干涉表面等离子体共振阵列检测蛋白质芯片系统的结 构示意图。
图6为本发明所述的时域相位调制干涉与现有的空间相位调制干涉原理的比较示意图。
图7为本发明所述的阵列传感芯片的结构示意图。
图8为本发明所述的一维放大透镜组的光学原理图。
图9为本发明所述的时域相位调制器的工作原理示意图。
图10为本发明所述的时域相位调制器的驱动电路框图。
图11为本发明所述信号处理单元的方框图。
图12为本发明所述的阵列传感芯片图像找正程序流程图.
图13为本发明所述的利用Hariharan算法进行相位解算的程序流程图。
具体实施方式
本发明由基于阵列检测的生物传感单元、入射臂、反射臂和信号处理单元四大部分组成， 如图5所示。其中，生物传感单元为表面等离子体共振生物传感器，包括直角或梯形棱镜507、 置于直角或梯形棱镜507底面的折射率油层508和阵列传感芯片509、以及置于阵列传感芯 片509下面的样本池510；所述的入射臂位于生物传感单元的一侧，由稳频He-Ne或半导体 激光器501、衰减器502、小孔光阑503、准直器504、起偏器505和矩形光阑506等构成； 所述的反射臂位于与入射臂相对应的生物传感单元的另一侧，依次包括一维放大透镜组511、 带有驱动电路518的时域相位调制器512、偏振棱镜513和成像透镜514，时域相位调制器驱 动电路518由常规信号发生器、信号高压放大器、高压信号输出电路、信号类型选择电路、 放大控制电路、输出控制电路、计算机接口等部分组成；所述的信号处理单元采用现有技术， 包括依次连接的CCD(电荷耦合器件)515、信号处理电路板516和计算机517，所述信号处 理电路板516插在计算机517的主板上，可对CCD 515输出的电信号进行处理，转化为数字 信号，输入计算机517。信号处理电路板516包括常规的计算机接口、驱动时序电路、存储 体、A/D转换电路以及相关双采样电路等。所述信号处理单元中的计算机517与所述时域相 位调制器的驱动电路518相连，以实现对时域相位调制器的控制。
本发明所述的时域相位调制干涉表面等离子体共振阵列生物传感方法，采用本发明所述 的时域相位调制干涉表面等离子体共振阵列检测蛋白质芯片系统，具体步骤如下：
稳频He-Ne或半导体激光器501发出的激光经衰减器502后衰减为光强合适(即保证后 面所产生的干涉图像灰度合适)的光束，再让衰减器502射出的光束通过小孔光阑503、和 准直器504进行空间滤波和准直，接着准直后的光经起偏器505和矩形光阑506后成为矩形 平行线偏振光束。
调整矩形平行线偏振光射入棱镜507的入射角，保证光束通过棱镜507和折射率油层508， 射到所述阵列传感芯片509的玻璃基片与金膜的界面上，使光波全反射而产生隐失波，激发 所述阵列传感芯片509上的金膜表面的等离子体波，即产生表面等离子体共振，这时的入射 角称为共振角。
让所述矩形平行线偏振光束从所述的阵列传感芯片509的玻璃基片与金膜的界面上反 射，透过阵列传感芯片509的玻璃基片、折射率油层508和棱镜507，射入一维放大透镜组 511；调整所述一维放大透镜组的放大倍数，使出自所述准直的矩形光阑506的矩形平行偏振 光入射到所述的棱镜508和阵列传感芯片509上并反射后而造成压缩的光斑，在其反射光束 通过一维放大透镜组511后被恢复到入射所述生物传感单元时的形状和大小。
从一维放大透镜组射出的复原后的矩形平行线偏振光又射入时域相位调制器512，通过 调节时域相位调制器驱动电路518的输出信号幅值就可改变施加在时域相位调制器512上的 电压，从而调节s光和p光之间的相位差，使其依次按照-π、-π/2、0、π/2和π等相位循 环变化。从时域相位调制器射出的s光和p光经偏振棱镜513后发生干涉，由成像透镜514 成像在CCD 515的靶面上，调整成像透镜514，可保证图像完全对应成像在CCD 515的靶面 上，既不超出靶面，又不小于靶面。所述的信号处理单元先由CCD 515将干涉图像转换成电 信号，再经信号处理电路板516处理转换成数字信号，而后存入计算机517；所述时域相位 调制器每改变一次p光的相位，计算机就采集一幅图像，连采集5幅图像，完成一个循环操 作。
计算机先利用软件程序找正阵列传感芯片509上阵列传感单元干涉图像的坐标后，再利 用Hariharan算法对CCD 515获得的每组5幅图像进行处理，具体可采用以下两种方式：第 一，先选择所述生物阵列传感芯片中的一个传感单元的干涉图像所覆盖的CCD上的其中一个 单元，再利用Hariharan算法来解算该传感单元上所固定的探针与其它生物分子发生反应所引 起的光的相位变化；第二，先选择所述生物阵列传感芯片中的一个传感单元的干涉图像所覆 盖的CCD上的一行或几行中紧挨着的几个单元进行均值处理，再利用Hariharan算法解算该 传感单元上所固定的探针与其它生物分子发生反应所引起的光的相位变化，以获得更高精度。 连续改变施加在时域相位调制器上的电压，连续采集图像，连续进行解算，就可实时获取光 通过生物传感单元时由生化反应引起的相位变化，即实时获得生物分子相互作用的信息，提 供给生物学家或医学家进行解析，得到相关的生物学或医学信息。
将样本溶液输入所述的样本池510，当固定在阵列传感芯片509的各单元上的“受体” 与样本溶液中的“配体”结合时，矩形平行线偏振光中的p光分量就发生相位变化，经过时 域相位调制器512和偏振棱镜513后产生干涉，由于这是时域相位调制，产生的干涉条纹的 相位变化只呈现在时域里，而不同于空间相位调制产生的干涉条纹相位变化呈现平面上条纹 移动即位置变化。这种干涉条纹只表现为CCD 515的同一单元上跟随调制的光强变化，CCD 515实时记录下来，经信号处理电路板516处理后存入计算机517；计算机517实时处理存入 的数据，同时得到阵列传感芯片509上各传感单元上发生反应的信息。阵列传感芯片509上 各单元的反应不断进行，计算机517即实时给出相应的信息。
图6为本发明所述的时域相位调制干涉与现有的空间相位调制干涉原理的比较示意图。 如前所述，时域相位调制产生的干涉条纹的相位变化只呈现在时域里，而不同于空间相位调 制产生的干涉条纹相位变化呈现平面上条纹移动即位置变化，只表现为CCD 515的同一单元 上的跟随调制的光强变化。以CCD靶面为参照物，空间相位调制干涉波形是平行于靶面，而 时域相位调制干涉的波形是垂直于靶面，因而时域相位调制干涉检测通量可大大高于空间相 位调制干涉检测通量。
如图7所示，本发明所述的阵列传感芯片可采用如下结构：它由玻璃基片19，金膜20、 耦联层21和传感阵列单元22组成。传感阵列单元22是生物分子探针(亦可称“受体”)，可 与所分析的生物分子结合(亦可称与“配体”耦联)，用点样机点在耦联层21上，构成阵列； 传感阵列单元22中的各单元可以固定不同的分子探针，从而一次可以分析多种生物分子。
如图8所示，本发明的一维放大透镜组可采用如下结构：它由共光轴的平-凸柱面镜和 平-凹柱面镜组成。平-凹柱面透镜23的凹面对着由棱镜507反射出来的光，为光线入射面， 平-凸柱面镜24的平面对着平-凹柱面透镜23的平面，平-凸柱面镜24的凸面为光线射出面。
如图9所示，本发明所述的时域相位调制器工作原理是利用电光晶体的电光效应对从阵 列传感芯片509反射的光(即发生表面等离子体共振的光)进行时域相位调制。所述的时域 相位调制器可为铌酸锂(LiNbO3，LN)晶体，使用横向调制，外加电场沿x(或沿y)方向， 入射的线偏振光传输方向平行于主轴z。加入电场后，新的折射率椭球的主轴x’和y’仍在x-y 平面内，但绕z轴旋转了45°。对于长度为L、沿电场方向厚度为d的晶体，电光延迟即x’、 y’分量之间的相位差为 调整调制器的放置角度，使反射的s 光、p光的偏振方向分别与电光晶体的x’、y’轴平行。由电光晶体射出的光经过偏振棱镜后， 由CCD接收，其光强为 其中，Is、Ip分别为s光 和p光的光强，Γ为电光相位延迟，δ是由于发生SPR而引起的相位变化。由上式可以看出， CCD接收到的光强为干涉条纹，与空间坐标x、y无关，只受到SPR和电光晶体的影响。也 就是说，对于CCD靶面上特定一点(x、y唯一确定)，CCD接收到的光强只随时间变化。若 Γ已知，由该光强计算得到的δ也只与光强和时间有关，而与周围的像素点状态无关，这就 根本区别于CCD对空间干涉条纹的采样及相位计算。例如，在空间干涉条纹的相位解算中， 采样频率(即每周期空间干涉条纹占有的像素点数)对最后的相位解析精度有着至关重要的 影响，而在上述的干涉条纹的相位计算中，采样频率对δ基本上没什么影响。因此，理论上 CCD的每一个像素点就可对应阵列传感芯片上的一个样本点，整个系统的检测通量由CCD 的像素点总数和电子信号系统的处理能力所决定，这就大大提高了整个传感系统的检测通量。 所要测量的是s光和p光之间的相位差δ，利用电光调制器按一定时间间隔依次在s光和p 光之间引入附加的相位差 分别得到光强信号小I1、I2、I3、I4、I5。这五个点 可确定一列随时间变化的正弦信号，所要测量的相位差δ就转化为此正弦信号的初相位。使 用Hariharan算法，求 只要令计算机发出指令，每改变一次电光晶体 的驱动电压值随之即采一幅图像，连续改变5次为一个循环，一个循环共采5幅图像；利用 利用Hariharan算法，对这5幅图像进行处理就可以得到一个结果。
如图10所示，本发明所述的时域相位调制器的驱动电路518为现有技术，主要由信号发 生器、信号高压放大器、高压信号输出电路、信号类型选择电路、放大控制电路、输出控制 电路、计算机接口等组成。计算机通过接口电路发出选择信号类型和放大倍率指令，信号类 型选择电路接收到计算机发出的指令后，控制信号发生器产生所需要的信号，信号发生器可 产生正弦波、三角波或阶跃信号供选择。同时，放大控制电路接收到计算机发出的放大倍率 指令后，控制信号高压放大器的放大倍率，保证达到所需要的电压。接着，计算机通过计算 机接口发出信号输出指令，输出控制电路接收到指令后，通过高压信号输出电路将高压信号 施加到时域相位调制器512上，使其动作，将通过的光信号调制。
如图11所示，本发明所述的信号处理单元包括CCD 515、信号处理电路板516和计算机 517，所述信号处理电路板516可采用如下结构：它由计算机接口、驱动时序电路、存储体、 A/D转换电路和相关双采样电路等部分组成。计算机发出采样指令后，经计算机接口启动驱 动时序，产生各种时序脉冲。首先，启动CCD，将图像信号转换成电信号。接着，启动相关 双采样工作，依次采集并保持CCD各单元中的电信号，为模数转换创造条件。相关双采样是 在同一像素周期内的暗电平参考区间和信号电平区间进行两次采样，并将两次采样值模拟相 减后得到相关干涉条纹的电信号的真实成分，达到高保真采样。A/D转换电路的输入与相关 双采样电路的输出相连，依次将CCD各单元的模拟电信号转换为数字信号。在驱动时序的控 制下，依次将A/D转换电路输出的数字信号存入存储体，存储体可以存一行CCD上各单元 的数据，亦可存1帧至5帧甚至更多帧CCD接收的图像数据。计算机可通过接口一次读入存 储体中的全部图像数据。
如图12所示，在计算机中进行找正操作的软件流程如下：首先，读取采集的第一幅图像， 找到与芯片上固定点相对应的基本定位点；接着，由该基本定位点开始，找到各个样本点的 起始坐标；然后，根据样本点的大小确定各个样本点的区域范围，便完成了阵列传感芯片找 正工作，就可利用Hariharan算法在确定的区域中对各个样本点进行相位的解算。
如图13所示，本发明所述的利用Hariharan算法进行相位解算的过程如下：启动计算机， 发出指令给信号处理单元；信号处理单元开始工作，进行图像的接收、采集和模数转换，A/D 转换电路输出的图像数据存入存储体。数据采集完成后，计算机从信号处理单元的存储体中 读取图像数据，进行前五幅图像的相位解析。接着，读取下五幅图像，求其相位分布值，并 与第一幅图像对应点比较，求出对应点的相位差并绘制出相位变化曲线。
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