具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明叠层衍射成像装置的结构示意图，图2为本发明叠层衍射成像装置的第一侧视图，图3为本发明叠层衍射成像装置的第二侧视图。如图1-图3所示，本发明叠层衍射成像装置包括：CCD相机1、旋转台2、探针3和分辨率板4。

所述旋转台2的中心开设有第一通孔，所述探针3的中心开设有第二通孔，所述探针3偏心固定于所述旋转台2的平面上，即所述探针3的中心与所述旋转台2的中心不重叠。具体的，若选用第二通孔半径为1.5mm的圆孔探针3，则探针3与旋转台2的偏心距离为1.2mm，偏心距离要小于圆孔半径，以确保多张旋转衍射图拼接后无遗漏区域。具体的将探针3固定于旋转台2上的过程为：先在旋转台2背侧固定网格，在网格偏心1.2mm处插入标杆，将探针3圆孔中心穿入标杆中，然后通过螺丝或其他暗访时将探针3固定在旋转台2上，撤去网格，完成探针3在旋转台2上的固定。在具体应用时，探针3的外径小于旋转台2的外径，以便于旋转台2旋转时可以看清旋转刻度。

所述分辨率板4、所述旋转台2和所述CCD相机1依次间隔固定，光路依次经过所述分辨率板4、所述探针3和所述旋转台2后到达所述CCD相机1，所述分辨率板4待测区域的中心、所述旋转台2的中心和所述CCD中心均与所述光路同轴，如图2和图3所示。所述旋转台2在与所述光路垂直的方向可旋转；所述分辨率板4、所述探针3和所述CCD之间满足菲涅尔衍射条件。

具体的，光路准直为一束标准平面波后，先将采集衍射图所用的CCD相机1与光路同轴固定，选取标准的分辨率板4上有特征的区域作为待测区域，将分辨率板4放置在CCD前方8cm处(距离可任取，满足菲涅尔衍射条件即可)调整分辨率板4，使待测区域中心、CCD中心及光路中心同轴。当对衍射图进行采集时，将将偏心固定了探针3的旋转台2放置于分辨率板4后方3cm处(距离可任取，满足菲涅尔衍射条件即可)，旋转台2中心与光路中心同轴(探针3中心与光路中心偏离约1.2mm)，将CCD连接计算机，记录当前衍射图，而后将旋转台2按顺时针方向，没旋转一次，记录一张衍射图。例如，若旋转单位为90度，则每旋转90度记录一张衍射图，旋转一周共得到4张衍射图。

基于上述装置采集的衍射图，本发明还提供一种叠层衍射成像方法，图4为本发明叠层衍射成像方法的流程示意图。如图4所示，本发明叠层衍射成像方法包括以下步骤：

首先，获取待测样品5的多张衍射图像。具体的，按照旋转台的旋转单位旋转旋转台，每旋转一个旋转单位记录一张衍射图像，当旋转台旋转一周后，得到N张衍射图像。然后，基于N张衍射图像采用基于ePIE算法进行恢复，得到待测样品5的参数。具体过程如下：

定义j表示当前迭代次数，第j次迭代对应第j张衍射图像；R_s(j)表示第j张衍射图像对应的探针相对于待测样品5的旋转向量；r表示空域坐标；u表示菲涅尔域坐标。照明探针(圆孔)入射到复振幅分布函数为Object(r)的待测样品5上，透射光传播一定距离后在菲涅尔域上的光强分布I_s(j)(u)。旋转照明探针，以实现对物体相对位移的扫描，同时保证相邻扫描位置之间有一定的重叠，记录透射光传播一定距离后在菲涅尔域上的光强分布I_j(u)。

首先，对待测样品5的复振幅分布和探针的纯振幅分布赋初值。

对于当前回合的第j次迭代，根据当前迭代的待测样品5的复振幅分Object_j(r)和探针的纯振幅分布Probe_j(r)，计算得到初始出射场为

ψ_j(r)＝Object_j(r)*Probe_j(r-R_s(j))

式中，ψ_j(r)为初始出射场；Probe_j(r-R_s(j))为探针复振幅函数。

初始出射场经过一定距离的菲涅尔衍射，得到相应的光场分布为

式中，ψ_j(u)为光场分布；Fresnel{·}为菲涅尔变换函数；A_j(u)为振幅项；i为虚数单位；为衍射图相位。

应用当前第j张衍射图已知的强度信息I_j(u)替换光场分布中的振幅，得到更新后的光场分布

式中，ψ′_j(u)为更新后的光场分布。

对更新后的光场分布进行菲涅尔逆变换得到新的物面出射场为

ψ′_j(r)＝iFresnel{ψ′_j(u)}

式中，ψ′_j(r)为物面出射场；iFresnel{·}为菲涅尔逆变换函数。

更新物体和探针的复振幅分布函数

其中，为探针复振幅函数模的平方，max是为了防止matlab中出现分母为零，算法报错。

重复上述，直到所有记录的衍射图样都被使用完，视为完成了一个回合。经过多个回合的迭代后，当当前迭代的光场分布与当前迭代对应的衍射图像一致时，即相应恢复的衍射图样与所记录的衍射图样的自相关系数超过所设阈值时，迭代终止，将当前迭代对应的待测样品5的复振幅分布确定为待测样品5的参数。

例如，已知不同旋转位置的六张真实采集衍射图强度(振幅)，对样品5振幅及相位进行随意的一个置值，进行菲涅尔衍射，得到衍射图，用真实衍射图进行振幅替换，将替换过的衍射图进行逆菲涅尔衍射，之后对六个位置均进行此操作，视为一次迭代，而后反复进行，直到猜测的样品5衍射后得到的衍射图与真实衍射图一致(或误差小于阈值)，迭代终止。

下面提供一个仿真实例，进一步说明本发明的方案。

本实例中，探针初始位置如图5所示，照明过程如图6所示，待测物体如图7所示，左侧部分为振幅示意，右侧部分为相位示意。本实例中旋转单位为60°，每旋转60°记录一张衍射图，共记录六张衍射图。基于六张衍射图，采用本发明的方案对待测物体进行恢复，得到的振幅和相位如图8所示，图8中左侧部分为恢复得到的振幅示意，右侧部分为恢复得到的相位示意。

探针的衍射图如图9所示，图中4部分为依次记录的4张探针衍射图。图9为本发明仿真实例中探针的衍射图。采用本发明的方案对待探针进行恢复，得到的振幅和相位如图10所示，图10中左侧部分为恢复得到的振幅示意，右侧部分为恢复得到的相位示意。

本发明将传统的蛇形x-y扫描方式改进为旋转扫描，仅需要一个旋转台，沿一个方向按固定的角度旋转探针，控制好交叠率，可将二维的平移误差缩小为一维的旋转误差。同时，这种方法在完成一次扫描后，便自动复位到初始位置，省去了传统的复位过程，成像质量好，并且易于操作。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。