CN112379516A - 一种基于数字复用透镜的多物面同时成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于数字复用透镜的多物面同时成像方法。由液晶空间光调制器编程调制的数字复用透镜，结合固定焦距的无限筒长显微物镜前组构成的轴向多物面同时成像***，能够在样品的一定深度范围内，使任意截面成像清晰、或者多个截面同时成像清晰，在同一成像平面上形成沿轴向和横向同时偏移的具有衍射限像质的像面。***的成像面个数、轴向间隔及像面间的横向偏移距离通过编程可实时控制调节。本发明可以实现无需轴向扫描、同时具有时间和空间分辨、灵活的三维成像***，在生物医学成像、药理学、材料科学等领域具有重要的实际应用价值。

Description

一种基于数字复用透镜的多物面同时成像方法

技术领域

本发明属于光学成像领域，尤其涉及一种基于数字复用透镜的多物面同时成像方法。

背景技术

光学成像技术作为研究活细胞生命现象的直接可视化工具，实现灵活的时间和空间同时分辨成像一直以来是其面临的主要挑战。现有的成像技术，包括激光共聚焦扫描显微镜、双光子激光扫描显微镜、多焦点多光子显微成像技术，光学相干层析成像技术等，需要对样品实现横向和轴向扫描成像，限制了成像速度,丢失了时间分辨特性。

基于变形光栅的多焦面并行成像方法，虽然能够实现多截面同时成像，但其截面成像能力主要集中在较低的衍射级次0级和±1级，并且各个级的衍射能量也不均匀。基于扭曲达曼光栅及多物面同时成像***解决了截面成像能量分布不均匀性问题，并且实现了更多的截面成像，但涉及到复杂的加工工艺和检测技术手段，且灵活性、实时性不够，当改变截面个数和截面间隔时，需要重新加工扭曲达曼光栅。

发明内容

本发明将不同焦距的理想成像透镜和不同衍射角的闪耀光栅镶嵌在一起，由液晶空间光调制器(PLUTO)编程生成数字复用透镜。提出一种基于数字复用透镜的多物面同时成像方法。该成像方法，能够在样品的一定深度范围内，使任意截面成像清晰，或者多个截面同时成像清晰，具有相同衍射限成像质量，并且截面成像个数、截面成像间隔，截面横向偏移距离通过液晶空间光调制器(PLUTO)编程实时可控。本发明通过液晶空间光调制器实现数字复用透镜功能，从而分别实现所述多个理想成像透镜的焦距和多个闪耀光栅的衍射角。

本发明的技术方案为一种基于数字复用透镜的多物面同时成像方法，具体如下：

步骤1：构建数字复用透镜的多物面同时成像***模型。

步骤2：根据构建的多物面同时成像***模型，按照理想光学***的组合法则，通过组合成像***的焦距、放大率、像方主平面位置、物方主平面位置、以及组合成像***的物距变化量、组合成像***物方主平面改变的距离随理想成像透镜的焦距变化，实现截面成像数量、截面成像间距的控制。

步骤3：建立理想成像透镜在液晶空间光调制器中的相位模型，建立闪耀光栅在液晶空间光调制器中的相位模型；实现每一成像截面具有不同的衍射角。

步骤4：根据成像截面个数和成像间距的需要，设定理想成像透镜的数量、组合***物方主平面改变的距离，通过设定的理想成像透镜的数量、组合***物方主平面改变的距离结合步骤2计算理想成像透镜的焦距，通过步骤3计算闪耀光栅的衍射角，构建数字复用透镜在液晶空间光调制器的相位模型，通过液晶空间光调制器的编程调制实现数字复用透镜中理想成像透镜、闪耀光栅的设计功能。

作为优选，步骤1所述数字复用透镜的多物面同时成像***模型包括：

无限筒长显微物镜前组、数字复用透镜，所述数字复用透镜位于所述无限筒长显微物镜前组的后焦面；

所述数字复用透镜由多个理想成像透镜、多个闪耀光栅构成；所述多个理想成像透镜为不同焦距的理想成像透镜，所述多个闪耀光栅为不同衍射角的闪耀光栅；所述理想成像透镜与所述闪耀光栅的数量相等，均为n,n≥1且n为整数；

所述理想成像透镜和所述闪耀光栅镶嵌在一起，由液晶空间光调制器编程调制生成；

作为优选，步骤2所述组合成像***焦距为：

f′_zi＝f'_obj

其中，f'_obj为设无限筒长显微物镜前组的焦距，f′_zi为组合成像***的焦距，即在焦距为f'_obj的无限筒长显微物镜前组的像方焦面叠加焦距为f′_i i∈[1,n]的理想成像透镜，不管第i个理想成像透镜的焦距f′_i如何变化，组合成像***的焦距f′_zi保持不变，n为理想成像透镜的数量；

步骤2所述组合成像***放大率为：

β_zi＝β

其中，β为无限筒长显微物镜前组的放大倍率,β_zi为组合成像***的放大倍率,即，在焦距为f'_obj的无限筒长显微物镜前组的像方焦面叠加焦距为f′_i i∈[1,n]的理想成像透镜，不管第i个理想成像透镜的焦距f_i'如何变化，组合成像***的放大倍率不随f′_i的变化而发生变化,n为理想成像透镜的数量；

步骤2所述组合成像***的像方主平面位置为：

H'H′_zi＝0

其中，H'为无限筒长显微物镜前组的像方主平面，H′_zi为组合成像***的像方主平面，即，在焦距为f'_obj的无限筒长显微物镜前组的像方焦面叠加焦距为f′_i i∈[1,n]的理想成像透镜，不管第i个理想成像透镜的焦距f′_i如何变化，H′_zi始终与物镜前组的像方主平面H'重合，即组合成像***的像平面保持不变，不随f′_i的变化而发生变化，n为理想成像透镜的数量；

步骤2所述组合成像***的物方主平面位置为：

H为无限筒长显微物镜前组的物方主平面，H_zi为组合成像***的物方主平面，即，在焦距为f'_obj的无限筒长显微物镜前组的像方焦面叠加焦距为f′_i i∈[1,n]的理想成像透镜，组合成像***的物方主平面随f′_i的变化而发生变化，n为理想成像透镜的数量；

步骤2所述组合成像***的物距位置随f′_i变化为：

其中,l_zi为组合成像***的物距，l'为无限筒长显微物镜前组的像距，该公式表明组合成像***物方变化的距离等于组合***物方主平面改变的距离，n为理想成像透镜的数量；

步骤2所述组合***物方主平面改变的距离为：

其中，Δz_i为加载第i个成像透镜后组合***物方主平面改变的距离，n为理想成像透镜的数量；

通过步骤2所述组合***物方主平面改变的距离计算步骤2所述理想成像透镜的焦距；

通过改变理想成像透镜的数量即n和f_i'，可以用于控制截面成像数量及截面成像间距，i∈[1,n]

通过改变每一成像截面在x,y方向对应的衍射角θ_x-i，θ_y-i，可以控制截面的横向偏移距离，在x,y方向对应的衍射角θ_x-i，θ_y-i通过闪耀光栅实现；

作为优选，步骤3所述建立理想成像透镜在液晶空间光调制器中的相位模型为：

数字复用透镜是一种由液晶空间光调制器生成的相位图，根据傅里叶光学理论,第i个理想成像透镜对成像波前的相位调制量为:

式中,λ为入射波长，x,y为以透镜中心为原点的坐标，f_i'为第i个理想成像透镜的焦距，n为理想成像透镜的数量；

设液晶空间光调制器的像素分辨率为M*N,像素中心间距为a，M为液晶空间光调制器像素的行的数量，N为液晶空间光调制器像素的列的数量；

以液晶空间光调制器中心为坐标原点,则焦距为f_i'的理想成像透镜在液晶空间光调制器中的相位模型可表示为:

式中，mod_2π表示以2π取余操作，k为第一系数，l为第二系数，a为像素中心间距，f_i'为第i个理想成像透镜的焦距，M为液晶空间光调制器像素的行的数量，N为液晶空间光调制器像素的列的数量，n为理想成像透镜的数量；

步骤3所述建立闪耀光栅在液晶空间光调制器中的相位模型为：

为了实现不同的轴向截面成像在像平面的不同区域而互不重叠，不同焦距的理想成像透镜其出射光束应具有不同的衍射角；

利用液晶空间光调制器产生闪耀光栅来实现，针对焦距为f_i'的第i个理想成像透镜的出射光束，其加载的对应的第i个闪耀光栅的相位模型分布表示为：

式中，T_x-i为x方向以像素为单位第i个理想成像透镜对应的光栅周期，T_y-i为y方向以像素为单位第i个理想成像透镜对应的的光栅周期，k为第一系数，l为第二系数,M为液晶空间光调制器像素的行的数量，N为液晶空间光调制器像素的列的数量，n为理想成像透镜的数量；

步骤3所述每一成像截面具有不同的衍射角为：

加载第i个闪耀光栅后，对应f_i'的成像截面光束在x,y方向的衍射角分别为：

其中，a为像素中心间距，T_x-i为x方向以像素为单位第i个理想成像透镜对应的光栅周期，T_y-i为y方向以像素为单位第i个理想成像透镜对应的的光栅周期，n为理想成像透镜的数量；

其衍射角大小分别与T_x-i和T_y-i有关，衍射角的方向取决于k,l的符号；

作为优选，步骤4所述数字复用透镜在液晶空间光调制器的相位模型为：

其中，a为像素中心间距，f_i'为第i个理想成像透镜的焦距,M为液晶空间光调制器像素的行的数量，N为液晶空间光调制器像素的列的数量，T_x-i为x方向以像素为单位第i个理想成像透镜对应的光栅周期，T_y-i为y方向以像素为单位第i个理想成像透镜对应的的光栅周期，k为第一系数，l为第二系数。

本发明将不同焦距的理想成像透镜和不同衍射角的闪耀光栅镶嵌在一起，由液晶空间光调制器(PLUTO)编程生成数字复用透镜。提出一种基于数字复用透镜的多物面同时成像方法。该成像方法，能够在样品的一定深度范围内，使任意截面成像清晰，或者多个截面同时成像清晰，具有相同衍射限成像质量，并且截面成像个数、截面成像间隔，截面横向偏移距离通过液晶空间光调制器(PLUTO)编程实时可控。本发明通过液晶空间光调制器实现数字复用透镜功能，从而分别实现所述多个理想成像透镜的焦距和多个闪耀光栅的衍射角。

本发明可以实现无需轴向扫描、同时具有时间和空间分辨、灵活的三维成像***，在生物医学成像、药理学、材料科学等领域具有重要的实际应用价值。

附图说明

图1：数字复用透镜的多物面同时成像***。

图2：组合成像***焦距示意图。

图3：二维矩阵示意图。

图4：标定的相位灰度图。

图5：本发明方法流程图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施方式汇总，液晶空间光调制器采用德国HOLOEYE公司生产的PLUTO-VIS型液晶空间光调制器，像面尺寸15.36mm×8.64mm，分辨率M×N为1920×1080,像元尺寸为8μm,,像素之间的间隔为1μm,则单个像素的大小a为9μm

下面结合图1至图5描述本发明的具体实施方式为：

一种基于数字复用透镜的多物面同时成像方法，具体如下：

步骤1：构建数字复用透镜的多物面同时成像***模型，如图1所示。

步骤1所述数字复用透镜的多物面同时成像***模型包括：

无限筒长显微物镜前组、数字复用透镜，所述数字复用透镜位于所述无限筒长显微物镜前组的后焦面；

所述数字复用透镜的多物面同时成像***采用氦氖激光作照明光源，波长λ＝0.6328μ，选择无限筒长物镜前组焦距f′_obj＝25mm，数值孔径NA＝0.25，倍率β＝10^×；

所述数字复用透镜由多个理想成像透镜、多个闪耀光栅构成；所述多个理想成像透镜为不同焦距的理想成像透镜，所述多个闪耀光栅为不同衍射角的闪耀光栅；所述理想成像透镜与所述闪耀光栅的数量相等，均为n＝9,n≥1且n为整数；

所述理想成像透镜和所述闪耀光栅镶嵌在一起，由液晶空间光调制器编程调制生成；

步骤2：根据构建的多物面同时成像***模型，按照理想光学***的组合法则，通过组合成像***的焦距、放大率、像方主平面位置、物方主平面位置、以及组合成像***的物距变化量、组合成像***物方主平面改变的距离随理想成像透镜的焦距变化，实现截面成像数量、截面成像间距的控制。

如图2示意所示；

步骤2所述组合成像***焦距为：

f′_zi＝f'_obj

其中，f'_obj为设无限筒长显微物镜前组的焦距，f′_zi为组合成像***的焦距，即在焦距为f'_obj的无限筒长显微物镜前组的像方焦面叠加焦距为f′_i i∈[1,n]的理想成像透镜，不管第i个理想成像透镜的焦距f′_i如何变化，组合成像***的焦距f′_zi保持不变，n为理想成像透镜的数量；

所述第i个理想成像透镜的焦距f′_i根据截面成像间距的要求和发明内容中步骤2所述组合***物方主平面改变的距离确定；

其中，对P₀截面，Δz₀＝0,f₀'＝0，而P₁至P₈截面，设定要求Δz₁＝Δz₂＝…＝Δz₈＝0.1mm，如图1所示；

f′₁＝6250mm，f′₂＝3125mm，f′₃＝2083.33mm，f′₄＝1562.5mm

f′₅＝1250mm，f′₆＝1041.67mm，f′₇＝892.85mm，f′₈＝781.25mm

步骤2所述组合成像***放大率为：

β_zi＝β

其中，β为无限筒长显微物镜前组的放大倍率,β_zi为组合成像***的放大倍率,即，在焦距为f'_obj的无限筒长显微物镜前组的像方焦面叠加焦距为f′_i i∈[1,n]的理想成像透镜，不管第i个理想成像透镜的焦距f′_i如何变化，组合成像***的放大倍率不随f′_i的变化而发生变化,n为理想成像透镜的数量；

步骤2所述组合成像***的像方主平面位置为：

H'H′_zi＝0

其中，H'为无限筒长显微物镜前组的像方主平面，H′_zi为组合成像***的像方主平面，即，在焦距为f'_obj的无限筒长显微物镜前组的像方焦面叠加焦距为f′_i i∈[1,n]的理想成像透镜，不管第i个理想成像透镜的焦距f′_i如何变化，H′_zi始终与物镜前组的像方主平面H'重合，即组合成像***的像平面保持不变，不随f′_i的变化而发生变化，n为理想成像透镜的数量；

步骤2所述组合成像***的物方主平面位置为：

H为无限筒长显微物镜前组的物方主平面，H_zi为组合成像***的物方主平面，即，在焦距为f'_obj的无限筒长显微物镜前组的像方焦面叠加焦距为f′_i i∈[1,n]的理想成像透镜，组合成像***的物方主平面随f′_i的变化而发生变化，n为理想成像透镜的数量；

步骤2所述组合成像***的物距位置随f′_i变化为：

其中,为l_zi个组合成像***的物距，l'为无限筒长显微物镜前组的像距，该公式表明组合成像***物方变化的距离等于组合***物方主平面改变的距离，n为理想成像透镜的数量；

步骤2所述组合***物方主平面改变的距离为：

其中，Δz_i为加载第i个成像透镜后组合***物方主平面改变的距离，n为理想成像透镜的数量；

通过步骤2所述组合***物方主平面改变的距离计算步骤2所述理想成像透镜的焦距；

通过改变理想成像透镜的数量即n和f_i'，可以用于控制截面成像数量及截面成像间距，i∈[1,n]

通过改变每一成像截面在x,y方向对应的衍射角θ_x-i，θ_y-i，可以控制截面的横向偏移距离，在x,y方向对应的衍射角θ_x-i，θ_y-i通过闪耀光栅实现；

步骤3：建立理想成像透镜在液晶空间光调制器中的相位模型，建立闪耀光栅在液晶空间光调制器中的相位模型；实现每一成像截面具有不同的衍射角。

步骤3所述建立理想成像透镜在液晶空间光调制器中的相位模型为：

数字复用透镜是一种由液晶空间光调制器生成的相位图，根据傅里叶光学理论,第i个理想成像透镜对成像波前的相位调制量为:

式中,λ为入射波长，x,y为以透镜中心为原点的坐标，f_i'为第i个理想成像透镜的焦距，n为理想成像透镜的数量；

设液晶空间光调制器的像素分辨率为M*N,像素中心间距为a，M为液晶空间光调制器像素的行的数量，N为液晶空间光调制器像素的列的数量；

以液晶空间光调制器中心为坐标原点,则焦距为f_i'的理想成像透镜在液晶空间光调制器中的相位模型可表示为:

式中，mod_2π表示以2π取余操作，k为第一系数，l为第二系数，a为像素中心间距，f_i'为第i个理想成像透镜的焦距，M为液晶空间光调制器像素的行的数量，N为液晶空间光调制器像素的列的数量，n为理想成像透镜的数量；

步骤3所述建立闪耀光栅在液晶空间光调制器中的相位模型为：

为了实现不同的轴向截面成像在像平面的不同区域而互不重叠，不同焦距的理想成像透镜其出射光束应具有不同的衍射角；

利用液晶空间光调制器产生闪耀光栅来实现，针对焦距为f_i'的第i个理想成像透镜的出射光束，其加载的对应的第i个闪耀光栅的相位模型分布表示为：

式中，T_x-i为x方向以像素为单位第i个理想成像透镜对应的光栅周期，T_y-i为y方向以像素为单位第i个理想成像透镜对应的的光栅周期，k为第一系数，l为第二系数,M为液晶空间光调制器像素的行的数量，N为液晶空间光调制器像素的列的数量，n为理想成像透镜的数量；

步骤3所述每一成像截面具有不同的衍射角为：

加载第i个闪耀光栅后，对应f_i'的成像截面光束在x,y方向的衍射角分别为：

其中，a为像素中心间距，T_x-i为x方向以像素为单位第i个理想成像透镜对应的光栅周期，T_y-i为y方向以像素为单位第i个理想成像透镜对应的的光栅周期，n为理想成像透镜的数量；

其衍射角大小分别与T_x-i和T_y-i有关，衍射角的方向取决于k,l的符号；

步骤4：根据成像截面个数和成像间距的需要，设定理想成像透镜的数量、组合***物方主平面改变的距离，通过设定的理想成像透镜的数量、组合***物方主平面改变的距离结合步骤2计算理想成像透镜的焦距，通过步骤3计算闪耀光栅的衍射角，构建数字复用透镜在液晶空间光调制器的相位模型，通过液晶空间光调制器的编程调制实现数字复用透镜中理想成像透镜、闪耀光栅的设计功能。

步骤4所述数字复用透镜在液晶空间光调制器的相位模型为：

其中，a为像素中心间距，f_i为第i个理想成像透镜的焦距,M为液晶空间光调制器像素的行的数量，N为液晶空间光调制器像素的列的数量，T_x-i为x方向以像素为单位第i个理想成像透镜对应的光栅周期，T_y-i为y方向以像素为单位第i个理想成像透镜对应的的光栅周期，k为第一系数，l为第二系数。

所述数字复用透镜的相位分布如表1所示：

表1数字复用透镜相位分布

步骤5：调用Matlab生成二维矩阵，将9个相位分布随机给二维矩阵赋初值，如图3所示。

步骤6：如图4所示为标定的相位灰度图，根据表1的相位表达式计算矩阵中每一像素点对应的相位调制量，生成灰度矩阵。

PLUTO的工作过程是通过改变寻址电压控制每个像素的相位调制量，PLUTO在出厂时制造商已经将驱动电压映射为计算机显示的灰度值，厂家给出了(灰度-相位)客户查寻表，但具体到每一个器件需要对器件进行重新标定，得到如图4所示的灰度-相位标定曲线，将该曲线对应的灰度加载在PLUTO的驱动软件上，实现要求的相位调制。

步骤7：利用Imwrite函数生成灰度图，加载在空间光调制器上。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种基于数字复用透镜的多物面同时成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：构建数字复用透镜的多物面同时成像***模型；

步骤2：根据构建的多物面同时成像***模型，按照理想光学***的组合法则，通过组合成像***的焦距、放大率、像方主平面位置、物方主平面位置、以及组合成像***的物距变化量、组合成像***物方主平面改变的距离随理想成像透镜的焦距变化，实现截面成像数量、截面成像间距的控制；

步骤3：建立理想成像透镜在液晶空间光调制器中的相位模型，建立闪耀光栅在液晶空间光调制器中的相位模型；实现每一成像截面具有不同的衍射角；

步骤4：根据成像截面个数和成像间距的需要，设定理想成像透镜的数量、组合***物方主平面改变的距离，通过设定的理想成像透镜的数量、组合***物方主平面改变的距离结合步骤2计算理想成像透镜的焦距，通过步骤3计算闪耀光栅的衍射角，构建数字复用透镜在液晶空间光调制器的相位模型，通过液晶空间光调制器的编程调制实现数字复用透镜中理想成像透镜、闪耀光栅的设计功能。

2.根据权利要求1所述的基于数字复用透镜的多物面同时成像方法，其特征在于：

步骤1所述数字复用透镜的多物面同时成像***模型包括：

无限筒长显微物镜前组、数字复用透镜，所述数字复用透镜位于所述无限筒长显微物镜前组的后焦面；

所述数字复用透镜由多个理想成像透镜、多个闪耀光栅构成；所述多个理想成像透镜为不同焦距的理想成像透镜，所述多个闪耀光栅为不同衍射角的闪耀光栅；所述理想成像透镜与所述闪耀光栅的数量相等，均为n,n≥1且n为整数；

所述理想成像透镜和所述闪耀光栅镶嵌在一起，由液晶空间光调制器编程调制生成。

3.根据权利要求1所述的基于数字复用透镜的多物面同时成像方法，其特征在于：

步骤2所述组合成像***焦距为：

f′_zi＝f′_obj

其中，f′_obj为设无限筒长显微物镜前组的焦距，f′_zi为组合成像***的焦距，即在焦距为f′_obj的无限筒长显微物镜前组的像方焦面叠加焦距为f′_i i∈[1,n]的理想成像透镜，不管第i个理想成像透镜的焦距f′_i如何变化，组合成像***的焦距f′_zi保持不变，n为理想成像透镜的数量；

步骤2所述组合成像***放大率为：

β_zi＝β

其中，β为无限筒长显微物镜前组的放大倍率,β_zi为组合成像***的放大倍率,即，在焦距为f′_obj的无限筒长显微物镜前组的像方焦面叠加焦距为f′_i i∈[1,n]的理想成像透镜，不管第i个理想成像透镜的焦距f′_i如何变化，组合成像***的放大倍率不随f′_i的变化而发生变化,n为理想成像透镜的数量；

步骤2所述组合成像***的像方主平面位置为：

H'H′_zi＝0

其中，H'为无限筒长显微物镜前组的像方主平面，H′_zi为组合成像***的像方主平面，即，在焦距为f′_obj的无限筒长显微物镜前组的像方焦面叠加焦距为f′_i i∈[1,n]的理想成像透镜，不管第i个理想成像透镜的焦距f′_i如何变化，H′_zi始终与物镜前组的像方主平面H'重合，即组合成像***的像平面保持不变，不随f′_i的变化而发生变化，n为理想成像透镜的数量；

步骤2所述组合成像***的物方主平面位置为：

i∈[1,n]

H为无限筒长显微物镜前组的物方主平面，H_zi为组合成像***的物方主平面，即，在焦距为f′_obj的无限筒长显微物镜前组的像方焦面叠加焦距为f′_i i∈[1,n]的理想成像透镜，组合成像***的物方主平面随f′_i的变化而发生变化，n为理想成像透镜的数量；

步骤2所述组合成像***的物距位置随f′_i变化为：

i∈[1,n]

其中,l_zi为组合成像***的物距，l'为无限筒长显微物镜前组的像距，该公式表明组合成像***物方变化的距离等于组合***物方主平面改变的距离，n为理想成像透镜的数量；

步骤2所述组合***物方主平面改变的距离为：

i∈[1,n]

其中，Δz_i为加载第i个成像透镜后组合***物方主平面改变的距离，n为理想成像透镜的数量；

通过步骤2所述组合***物方主平面改变的距离计算步骤2所述理想成像透镜的焦距；

通过改变理想成像透镜的数量即n和f_i'，可以用于控制截面成像数量及截面成像间距，i∈[1,n]

通过改变每一成像截面在x,y方向对应的衍射角θ_x-i，θ_y-i，可以控制截面的横向偏移距离，在x,y方向对应的衍射角θ_x-i，θ_y-i通过闪耀光栅实现。

4.根据权利要求1所述的基于数字复用透镜的多物面同时成像方法，其特征在于：

步骤3所述建立理想成像透镜在液晶空间光调制器中的相位模型为：

数字复用透镜是一种由液晶空间光调制器生成的相位图，根据傅里叶光学理论,第i个理想成像透镜对成像波前的相位调制量为:

i∈[1,n]

式中,λ为入射波长，x,y为以透镜中心为原点的坐标，f_i'为第i个理想成像透镜的焦距，n为理想成像透镜的数量；

设液晶空间光调制器的像素分辨率为M*N,像素中心间距为a，M为液晶空间光调制器像素的行的数量，N为液晶空间光调制器像素的列的数量；

以液晶空间光调制器中心为坐标原点,则焦距为f_i'的理想成像透镜在液晶空间光调制器中的相位模型可表示为:

i∈[1,n]

式中，mod_2π表示以2π取余操作，k为第一系数，l为第二系数，a为像素中心间距，f_i'为第i个理想成像透镜的焦距，M为液晶空间光调制器像素的行的数量，N为液晶空间光调制器像素的列的数量，n为理想成像透镜的数量；

步骤3所述建立闪耀光栅在液晶空间光调制器中的相位模型为：

为了实现不同的轴向截面成像在像平面的不同区域而互不重叠，不同焦距的理想成像透镜其出射光束应具有不同的衍射角；

利用液晶空间光调制器产生闪耀光栅来实现，针对焦距为f_i'的第i个理想成像透镜的出射光束，其加载的对应的第i个闪耀光栅的相位模型分布表示为：

i∈[1,n]

式中，T_x-i为x方向以像素为单位第i个理想成像透镜对应的光栅周期，T_y-i为y方向以像素为单位第i个理想成像透镜对应的的光栅周期，k为第一系数，l为第二系数,M为液晶空间光调制器像素的行的数量，N为液晶空间光调制器像素的列的数量，n为理想成像透镜的数量；

步骤3所述每一成像截面具有不同的衍射角为：

加载第i个闪耀光栅后，对应f_i'的成像截面光束在x,y方向的衍射角分别为：

i∈[1,n]

其中，a为像素中心间距，T_x-i为x方向以像素为单位第i个理想成像透镜对应的光栅周期，T_y-i为y方向以像素为单位第i个理想成像透镜对应的的光栅周期，n为理想成像透镜的数量；

其衍射角大小分别与T_x-i和T_y-i有关，衍射角的方向取决于k,l的符号。

5.根据权利要求1所述的基于数字复用透镜的多物面同时成像方法，其特征在于：

步骤4所述数字复用透镜在液晶空间光调制器的相位模型为：

i∈[1,n]

其中，a为像素中心间距，f_i'为第i个理想成像透镜的焦距,M为液晶空间光调制器像素的行的数量，N为液晶空间光调制器像素的列的数量，T_x-i为x方向以像素为单位第i个理想成像透镜对应的光栅周期，T_y-i为y方向以像素为单位第i个理想成像透镜对应的的光栅周期，k为第一系数，l为第二系数。

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