轻离轴数字全息检测装置.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115930773A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202210661940.X(22)申请日2022.06.13(71)申请人中国计量大学地址310018浙江省杭州市学源街258号中国计量大学(72)发明人吴旭辉张沐安(51)Int.Cl.G01B9/04(2006.01)G01B9/02(2022.01)G01B9/02015(2022.01)权利要求书1页说明书4页附图4页(54)发明名称轻离轴数字全息检测装置(57)摘要本申请提供了一种基于轻离轴两步相减法的数字全息显微检测装置，检测装置元件包括620nm的LED光源、显微镜和小孔光阑构成的准直扩束系统、偏振元件、第一会聚透镜、分光棱镜、平面反射镜、显微物镜1、第二透镜、显微物镜2、光强衰减片、载物台、机械式微位移台。该方法用分光棱镜将入射光分成参考光和物光；参考光照射平面反射镜上被反射，物光照射焦点放置的被测物上并被反射。经过会聚透镜后CCD采集数据传输到计算机中计算获得物体相位分布。计算时分别拍摄物体全息图与背景全息图以减去外界噪声和显微物镜带来的相位畸变。该装置兼顾CCD视场利用率、测量实时性、系统稳定性。CN115930773ACN115930773A权利要求书1/1页1.根据权利要求1所述，原始光在经过非偏振分光棱镜后会聚于一点之后再发散以预留足够空间尺寸放置光强衰减元件，且该光路为远心结构，透镜6的焦面与显微物镜7的前焦面位置相同，用以使得出射显微物镜7的光线为平行光线，大幅的减小重构后的相位畸变。所述第一透镜和所述第二透镜焦距相等，且对称放置，并为短工作距离物镜。2.根据权利要求1所述在分光棱镜后分离的两束光束各自会聚又散开后，在光路上对称放置显微物镜以预留足够的光路空间尺寸，同时方便光路的调节。并在参考光路上放置光强衰减片以方便调节参考光路的光强，使物光和参考光的光强近乎1：1，以提高全息图质量。3.所述平面反射镜可进行轴向的移动，改变法向方向即改变了物光和参考光的角度，或者通过轻微的调节分光棱镜的角度以满足轻离轴条件，使物光和参考光分离。通过调节3所述的光强衰减片，再移动物体，完成对焦。并使得物光和参考光的光强近似相等。使得反射后的光的在CCD表面形成干涉条纹，并通过两步相减法完成高质量全息图的记录和三维图的重建。2CN115930773A说明书1/4页轻离轴数字全息检测装置技术领域本发明属于数字全息显微领域。涉及一种高分辨率的三维微观界面的检测，可用于测量细胞的三维形态，集成电路的线宽，微流控芯片等。背景技术[0002]传统的光学观测如光学显微镜等只能观测到物体的平面结构而无法观测到立体结构，激光共焦聚三维成像技术虽能观测到三维效果但因物体z轴的变化容易导致物体成像不清晰。且数字共焦聚系统价格高昂。但而数字全息显微测量方法因其具有非接触、分辨率高、无需对样品做特殊处理等独特优点；数字全息一般使用激光作为光源、因激光的相干性好、干涉容易实现、但激光的价格相对LED光源价格呈十倍至百倍差距。且激光光源的相干噪声大，散斑噪声引起的成像效果相较于部分相干光源差。故本文选取LED光源作为改装置的光源。数字全息技术在微纳结构观测、细胞观测、微流控领域意义重大。数字全息显微观测技术基于光的干涉原理，根据干涉光路的不同可以分成两种，一种是物光和参考光的路径相同称为共路结构；另一种顾名思义，参考光和物光路径不同，为分离光路结构。又可按物光和参考光的角度分为同轴，离轴和轻离轴，本文选用的市轻离轴共路结构，即分离角介于离轴和同轴之间。分离光路因其物光和参考光的光路不同，外界的温度，振动，声波等都会对其观测结果产生影响；而在共路数字全息方法中，因光路采用共路结构时外界的温度、声波、光强、振幅等扰动较小具有抗干扰能力强等优点。因此在众多共路数字全息方法中，共路点衍射数字全息方法是较为典型，且是目前应用广泛的一种方法。但早前的点衍射法存在着小孔配置困难、相移操作复杂等不足。为了弥补以上不足而进行的有益尝试，近年来受到广泛关注。[0004]西安光机所的郭荣礼等提出了LED照明的离轴数字全息相衬显微方案并展示了它在反射式相位测量中的应用。实现测量的精度高。但该装置需要运用了多次偏振元件，价格上价位高昂，不利于成本的控制，且该光路结构较为复杂，对于不完全反射物体不利于光路的调节，结构上过于紧凑不利于实际的操作，且因离轴光路发生干涉距离小，仅在发生干涉中间区域能记录下对比度良好的干涉条纹，视场相对较小。(郭荣礼.LED照明的数字全息显微研究[D].中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所),2014.)[0005]长春理工大学的赵跇坤通过搭建同轴数字全息的光路同时实时的将图片实时的传输到电脑中，并对同