长。所 述光阑3的轴心孔直径虽然也可以小于1.22λ〇,但是这样会造成激光光能损失，因此在本实 施例中，所述光阑3的轴心孔直径优选为1.22λ〇。
[0031] 具体的，所述图像传感器5可以但不限于为CCD(Charge_coupled Device，电荷親 合元件）传感器或CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互补性氧化金属半 导体)传感器。作为优化的，本实施例中，所述图像传感器5采用CMOS传感器，在可得到高质 量的全息图像及全息成像信息的基础上，还可使所述装置具有功耗小和价格低等优点。 [0032]如图2所示，前述基于激光全息成像法分析颗粒形状的装置的工作机制，可以但不 限于包括如下步骤:S101.向透明观测件中的流体出入孔道导入待测流体;S102.启动激光 器，发射脉冲式激光;S103.使所述激光穿过显微镜头，并聚焦在光阑的轴心孔中，然后衍射 形成点源球面波;S104.所述点源球面波穿过透明观测件，并在穿过所述流体出入孔道时与 所述待测流体中的颗粒相互作用形成颗粒衍射波;S105.所述点源球面波和所述颗粒衍射 波相互干涉，并投射在图像传感器的感应面上，生成全息成像信息；S106.将所述全息成像 信息传送至计算机，进行数据反演处理，最终得到反映颗粒形状的空间成像信息。
[0033]在所述步骤S101中，所述待测流体可以但不限于为液体或气体，例如环境大气或 者自来水。在所述步骤S106中，所述数据反演处理(也称为图像再现处理）的方式为现有数 据处理技术，其可以但不限于为如下处理方式： Ir = iFFT(FFT(Ih) · FFT(Ipsf)) 式中，FFT()为傅立叶变换函数，iFFTO为反傅立叶变换函数，Ir为空间成像信息，Ih为 全息成像信息，IPSf为点源图像信息。在数据反演处理过程中，由于所述流体出入孔道401具 有一定的宽度(例如0.1mm)，而颗粒的尺寸相对而言要小得多(大约在um级），因此先需要进 行自动聚焦，反演锁定颗粒在所述流体出入孔道401中的横向位置，再反演得到反映颗粒形 状的空间成像信息。最后通过所述计算机对颗粒的实体空间图像进行展示和分析，例如灰 度分析或颗粒检测分析，就可以得到诸如颗粒的大小或形状等观测结果。
[0034]本实施例提供的所述基于激光全息成像法分析颗粒形状的装置及其工作机制，具 有如下技术效果：（1)可以利用激光全息成像法直接对待测流体中的颗粒进行经干涉作用 而产生的全息成像信息，然后对全息成像信息进行数据反演处理，即可得到反映颗粒形状 的空间成像信息，由此无需使用滤膜，可避免样品受到污染，进而可以减小测量误差和耗材 费用，简化设备的操作过程；（2)便于利用计算机系统对感应成像信息进行在线的数据反演 处理，方便即时得到测量结果，实时性强；（3)可以达到0.2微米甚至更高的分辨率，可以解 决现有基于显微镜方法且其分辨率受到光学极限限制的问题，对于大气颗粒物质测量具有 重要意义；（4)所述装置不但可以对气体中的颗粒进行成像检测，还可以对液体中的颗粒进 行成像检测，待测对象更广，便于实际应用和推广。
[0035]如上所述，可较好的实现本发明。对于本领域的技术人员而言，根据本发明的教 导，设计出不同形式的基于激光全息成像法分析颗粒形状的装置及其工作机制并不需要创 造性的劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、 整合和变型仍落入本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种基于激光全息成像法分析颗粒形状的装置，其特征在于，包括激光器（I)、显微 镜头(2)、光阔（3)、透明观测件(4)和图像传感器(5)，其中，所述透明观测件(4)中开有流体 出入孔道(401); 所述激光器(1)、所述显微镜头(2)、所述光阔（3)、所述透明观测件(4)和所述图像传感 器巧)依次同轴屯、线设置，且所述显微镜头(2)的光学焦点位于所述光阔（3)的轴屯、孔中，所 述光阔（3)的端面与所述透明观测件(4)的第一端面相抵，所述透明观测件(4)的第二端面 与所述图像传感器(5)的感应面相抵。2. 如权利要求1所述的基于激光全息成像法分析颗粒形状的装置，其特征在于，所述激 光器(1)为激光波长介于355~635纳米之间的脉冲激光器； 或者，所述激光器(1)为激光波长介于355~635纳米之间的可调制连续激光器。3. 如权利要求1所述的基于激光全息成像法分析颗粒形状的装置，其特征在于，所述光 阔（3)的端面与所述透明观测件(4)的第一端面之间嵌有抗反射涂层(7); 和/或，所述透明观测件(4)的第二端面与所述图像传感器(5)的感应面之间嵌有抗反 射涂层(7)。4. 如权利要求3所述的基于激光全息成像法分析颗粒形状的装置，其特征在于，所述抗 反射涂层(7)为光学胶层或浸油层。5. 如权利要求1所述的基于激光全息成像法分析颗粒形状的装置，其特征在于，所述光 阔（3)至所述流体出入孔道(401)的距离设为^，所述流体出入孔道(401)至所述图像传感 器(5)的距离设为L2，则所述两段距离^和12满足如下关系：式中，Ao为激光波长，n为所述透明观测件(4)的折射率，d为所述图像传感器(5)的像素 尺寸大小，D为所述图像传感器(5)的有效感应区尺寸大小。6. 如权利要求1所述的基于激光全息成像法分析颗粒形状的装置，其特征在于，所述透 明观测件(4)由折射率大于1.5的透明材质制成。7. 如权利要求1所述的基于激光全息成像法分析颗粒形状的装置，其特征在于，所述光 阔（3)的轴屯、孔直径为1.22A〇，式中，Ao为激光波长。8. 如权利要求1所述的基于激光全息成像法分析颗粒形状的装置，其特征在于，所述图 像传感器(5)为CCD传感器或CMOS传感器。9. 如权利要求1至8所述的任意一种基于激光全息成像法分析颗粒形状的装置的工作 机制，其特征在于，包括如下步骤： 5101. 向透明观测件中的流体出入孔道导入待测流体； 5102. 启动激光器，发射脉冲式激光； 5103. 使所述激光穿过显微镜头，并聚焦在光阔的轴屯、孔中，然后衍射形成点源球面 波； 5104. 所述点源球面波穿过透明观测件，并在穿过所述流体出入孔道时与所述待测流 体中的颗粒相互作用形成颗粒衍射波； 5105. 所述点源球面波和所述颗粒衍射波相互干设，并投射在图像传感器的感应面上， 生成全息成像信息； 5106. 将所述全息成像信息传送至计算机，进行数据反演处理，最终得到反映颗粒形状 的空间成像信息。10.如权利要求9所述的基于激光全息成像法分析颗粒形状的装置的工作机制，其特征 在于，所述待测流体为液体或气体。
【专利摘要】本发明涉及颗粒分析技术领域，公开了一种基于激光全息成像法分析颗粒形状的装置及其工作机制。所述装置包括激光器、显微镜头、光阑、透明观测件和图像传感器，其中，所述透明观测件中开有流体出入孔道。利用激光全息成像法直接对待测流体中的颗粒进行经干涉作用而产生的全息成像信息，然后对全息成像信息进行数据反演处理，即可得到反映颗粒形状的空间成像信息，由此无需使用滤膜，可避免样品受到污染，进而可以减小测量误差和耗材费用，简化设备的操作过程。此外，所述装置还具有实时性强、颗粒分辨率高和检测对象广的优点，便于实际应用和推广。
【IPC分类】G01N15/02
【公开号】CN105651656
【申请号】
【发明人】蒋勇刚, 黄恺
【申请人】黄恺
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年4月1日