CN108415230A - 一种新型可变焦数字全息显微镜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型可变焦数字全息显微镜。光源发出的线偏振光经二分之一波片和偏振分光棱镜后分为物光束和参考光束,物光束经过反射镜反射后依次经过非偏振分光棱镜、透镜和物镜后平行出射于样品表面,样品的反射光经过物镜和透镜后仍为平面波,经非偏振分光棱镜反射后与参考光束在相机表面干涉;参考光束依次经四分之一波片透射、第一平面镜反射、四分之一波片再次透射、偏振分光棱镜透射、第二平面镜反射和非偏振分光棱镜透射后与物光束在相机表面干涉成全息图像。本发明利用移动物镜前透镜而不需移动物镜位置的方式获取全息图像,使系统得到简化。属于数字全息成像技术领域,可用于三维实时形貌测量。
Description
技术领域
本发明属于显微镜技术领域,涉及一种新型可变焦数字全息显微镜。
背景技术
在数字全息显微技术中,使用物光与参考光均为平行光产生干涉的方案可以简化算法。现有数字全息显微镜在切换不同倍率物镜时,需要调整物镜和样品位置达到平行光照射样品和样品成像的目的。在移动两者的同时需要移动参考光光路的反射镜达到匹配光程差的作用,导致获取全息图像较为复杂和显微镜需移动部件(物镜、样品、延时系统)过多而增加成本。对移动部件的精度要求也导致整个系统实现起来较为困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型可变焦数字全息显微镜。
反射式数字全息显微镜的光源发出的线偏振光经二分之一波片和偏振分光棱镜后分为两束偏振态垂直的光波,其中一束透射光束作为物光束,另一束经偏振分光棱镜反射为参考光束;物光束经过反射镜反射后依次经过非偏振分光棱镜、透镜和物镜后平行出射于样品表面,样品的反射光经过物镜和透镜后仍为平面波,经非偏振分光棱镜反射后与参考光束在相机表面干涉;参考光束依次经四分之一波片透射、第一平面镜反射、四分之一波片再次透射、偏振分光棱镜透射、第二平面镜反射和非偏振分光棱镜透射后与物光束在相机表面干涉成全息图像。物镜切换时其位置固定不变,精确移动物镜前透镜位置可以达到物镜的平面波出射。样品和第二反射镜位置只需稍微调整即可产生平行光干涉和在相机表面成像。
透射式数字全息显微镜的光源发出的线偏振光经二分之一波片和偏振分光棱镜后分为两束偏振态垂直的光波,其中一束透射光束作为物光束,另一束经偏振分光棱镜反射为参考光束;物光束经过反射镜反射后照射于样品表面,由物镜收集后,依次经过透镜准直、非偏振分光棱镜反射后入射相机;另一束参考光束穿过四分之一波片经第一平面镜反射后,再次透过四分之一波片和偏振分光棱镜,依次经过第二平面镜反射、非偏振分光棱镜透射后入射相机,与物光束干涉后产生含有样品表面信息的干涉条纹。物镜切换时只需精确调整透镜位置即可达到物镜平面波出射的目标,样品和第二反射镜位置只需稍微调整即可产生平行光干涉和在相机表面成像。
进一步,四分之一波片的光轴与光路平面呈45度。
进一步,光源包括发光源,发光源为半导体激光器、气体激光器、LED、Super LED,发光源发出的光经过针孔内的第一聚焦透镜和第二聚焦透镜。
进一步,光源由激光器发出光通过光纤耦合输出后经第三聚焦透镜准直至合适光斑大小后输出。
进一步,光源为线偏振光源。
进一步,选用扩束镜将棱镜的入射光斑和出射光斑进行扩束。
本发明有益效果是提高了系统的集成度并简化了物镜切换时光路调节的复杂程度。不同于传统的调节物镜和样品位置以达到获取全息图像的目的,本发明利用移动物镜前透镜而不需移动物镜位置的方式获取全息图像,使系统得到简化。属于数字全息成像技术领域,可用于三维实时形貌测量。
附图说明
图1是反射式数字全息显微镜系统示意图;
图2是透射式数字全息显微镜系统示意图;
图3是激光器经空间滤波器滤波后由透镜准直组成光源;
图4是激光器发出光通过光纤耦合输出后经第三聚焦透镜准直输出示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明可变焦数字全息显微镜包括反射式数字全息显微镜和透射式数字全息显微镜,反射式数字全息显微镜如图1所示,光源1发出的线偏振光经二分之一波片2和偏振分光棱镜3后分为两束偏振态垂直的光波,其中一束透射光束作为物光束,另一束经偏振分光棱镜3反射为参考光束;物光束经过反射镜4反射后依次经过非偏振分光棱镜5、透镜6和物镜7后平行出射于样品8表面,样品8的反射光经过物镜7和透镜6后仍为平面波,经非偏振分光棱镜5反射后与参考光束在相机12表面干涉;参考光束依次经四分之一波片9透射、第一平面镜10反射、四分之一波片9再次透射、偏振分光棱镜3透射、第二平面镜11反射和非偏振分光棱镜5透射后与物光束在相机12表面干涉成全息图像。全息图像经过相机12数字转化后传入计算机13,进行数字重建。
当物镜7切换后,精确移动透镜6位置可以达到物镜7的平面波出射。由于物镜7和样品8位置基本未动而使光程差变化不大,此时只需稍微调整第一平面镜10的位置即可使物光和参考光干涉。尽管透镜6移动后样品不能成实像在相机12表面,但通过对相机12取得的数字全息图的处理仍可以重建物体的三维信息。
透射式数字全息显微镜如图2所示,光源1发出的线偏振光经二分之一波片2和偏振分光棱镜3后分为两束偏振态垂直的光波,其中一束透射光束作为物光束,另一束经偏振分光棱镜3反射为参考光束;物光束经过反射镜4反射后照射于样品8表面,由物镜7收集后,依次经过透镜6准直、非偏振分光棱镜5反射后入射相机12;
另一束参考光束穿过四分之一波片9经第一平面镜10反射后,再次透过四分之一波片9和偏振分光棱镜3,依次经过第二平面镜11反射、非偏振分光棱镜5透射后入射相机12,与物光束干涉后产生含有样品表面信息的干涉条纹经相机12数字转化后,传输入计算机13,进行数字重建。
当切换物镜7时,精确移动透镜6位置可以达到物镜7的平面波出射。样品8和第二反射镜11位置同样只需稍微调整即可产生平行光干涉和在相机12表面成像。相机12可以获取物体的干涉全息图像。
由于物光束和参考光束需要振动方向相同才能产生干涉,偏振方向也需要严格控制,四分之一波片9的光轴要与光路平面呈45度才可以达到将第一平面镜10反射出的光线完全透过偏振分光棱镜的目的。
除用四分之一波片9和第一平面镜10作为延时系统之外,此发明同样适用于用棱镜或两反射镜组成的延时模块作为延时系统的光路。其中光源1可由激光器经空间滤波器滤波后由透镜准直组成(如图3所示),发光源14为半导体激光器,气体激光器(氦氖激光器),LED,Super LED等,发光源14发出的光经过针孔16内的第一聚焦透镜15和第二聚焦透镜17后作为光源1使用。也可以由激光器发出光通过光纤18耦合输出后经第三聚焦透镜19准直至合适光斑大小后输出(如图4所示)。本发明所提光源皆为线偏振光源,若光源为随机偏振态,则可让激光先经过偏振片,变为线偏振态。
由于物光光束和参考光光束需要扩束到合适尺寸进行干涉,可以选用扩束镜将棱镜3的入射光斑和出射光斑进行扩束。第一平面镜11角度和位置可变,可使参考光束与物光束形成夹角可变从而控制干涉条纹密度。所用相机12包括面阵彩色相机、线阵彩色相机、面阵黑白相机和线阵黑白相机,相机传感器类型包括CCD和CMOS。
本发明通过移动物镜前发透镜的方式可以精准调整物镜与透镜间距离从而达到平行光输出的目的。此方案简化了机械结构和调整器件数量,只需移动透镜便可以达到获取全息图像的目的。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已,并非对本发明作任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改,等同变化与修饰,均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种新型可变焦数字全息显微镜,其特征在于:反射式数字全息显微镜的光源发出的线偏振光经二分之一波片和偏振分光棱镜后分为两束偏振态垂直的光波,其中一束透射光束作为物光束,另一束经偏振分光棱镜反射为参考光束;物光束经过反射镜反射后依次经过非偏振分光棱镜、透镜和物镜后平行出射于样品表面,样品的反射光经过物镜和透镜后仍为平面波,经非偏振分光棱镜反射后与参考光束在相机表面干涉;参考光束依次经四分之一波片透射、第一平面镜反射、四分之一波片再次透射、偏振分光棱镜透射、第二平面镜反射和非偏振分光棱镜透射后与物光束在相机表面干涉成全息图像。
2.一种新型可变焦数字全息显微镜,其特征在于:透射式数字全息显微镜的光源发出的线偏振光经二分之一波片和偏振分光棱镜后分为两束偏振态垂直的光波,其中一束透射光束作为物光束,另一束经偏振分光棱镜反射为参考光束;物光束经过反射镜反射后照射于样品表面,由物镜收集后,依次经过透镜准直、非偏振分光棱镜反射后入射相机;另一束参考光束穿过四分之一波片经第一平面镜反射后,再次透过四分之一波片和偏振分光棱镜,依次经过第二平面镜反射、非偏振分光棱镜透射后入射相机,与物光束干涉后产生含有样品表面信息的干涉条纹。
3.按照权利要求1或2所述一种新型可变焦数字全息显微镜,其特征在于:所述四分之一波片的光轴与光路平面呈45度。
4.按照权利要求1或2所述一种新型可变焦数字全息显微镜,其特征在于:所述光源包括发光源,发光源为半导体激光器、气体激光器、LED、Super LED,发光源发出的光经过针孔内的第一聚焦透镜和第二聚焦透镜。
5.按照权利要求1或2所述一种新型可变焦数字全息显微镜,其特征在于:所述光源由激光器发出光通过光纤耦合输出后经第三聚焦透镜准直至合适光斑大小后输出。
6.按照权利要求1或2所述一种新型可变焦数字全息显微镜,其特征在于:所述光源为线偏振光源。
7.按照权利要求1或2所述一种新型可变焦数字全息显微镜,其特征在于:选用扩束镜将棱镜的入射光斑和出射光斑进行扩束。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180817 |
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