CN109062018A - 一种三波长反射式数字全息显微镜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三波长反射式数字全息显微镜，中第一光源的线偏振方向平行于光路平面，第二光源和第三光源的线偏振方向垂直于光路平面；第一光源发出的光经第一偏振分光棱镜和第二偏振分光棱镜透射后被分光棱镜分为参考光和物光两束光；透射光经透镜、物镜后从样品表面回射被相机获取作为物光束；反射光作为参考光束射入相机，参考光束与物光束的干涉条纹将被相机获取；第二光源作为物光束，参考光束与物光束的干涉条纹将被相机获取。第三光源的光经第二偏振分光棱镜反射后与第二光源共用后续光路。本发明的有益效果是比现有多波长数字全息显微镜更加紧凑和便于集成，可用于样品的三维实时形貌测量。
Description
技术领域
本发明属于显微镜技术领域，涉及一种三波长反射式数字全息显微镜。
背景技术
在现有多波长数字全息显微镜中，普遍使用马赫曾德干涉仪结构以达到便于调整的目的，其干涉结构较迈克尔逊干涉仪而言较为复杂和体积较大，无法达到某些微小和高集成度的应用场景。本发明使用迈克尔逊干涉仪结构达到了三波长全息显微镜结构，使用偏振光棱镜和两路不同的延时系统达到调整将双波长分开调整的目的。由于三波长拍频波长较长，即可达到大景深的探测要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三波长反射式数字全息显微镜，本发明的有益效果是较于现有单波长数字全息显微镜可以显著提高垂直扫描范围和简化运算过程。比现有多波长数字全息显微镜更加紧凑和便于集成。本发明涉及数字全息显微镜领域，可用于样品的三维实时形貌测量。
本发明所采用的技术方案是包括第一光源、第二光源和第三光源，第一光源、第二光源和第三光源为三束波长有差别的线偏振光源，其中第一光源的线偏振方向平行于光路平面，第二光源和第三光源的线偏振方向垂直于光路平面；第一光源发出的光经第一偏振分光棱镜和第二偏振分光棱镜透射后被分光棱镜分为参考光和物光两束光；透射光经透镜和物镜后平行入射到样品表面；携带表面信息的回射光透过物镜和透镜后经分光棱镜反射后被相机获取作为物光束；反射光透过第三偏振分光棱镜后被第一延时系统进行180度反射，经第一二分之一波片偏转偏振方向后经第一反射镜和第二反射镜反射后透过分光棱镜作为参考光束射入相机，参考光束与物光束的干涉条纹将被相机获取；第二光源发出的光经第一偏振分光棱镜折射后透过第二偏振分光棱镜被分光棱镜分为参考光和物光两束光；透射光经透镜和物镜后平行入射到样品表面；携带表面信息的回射光透过物镜和透镜后经分光棱镜反射后被相机获取作为物光束；反射光经第三偏振分光棱镜折射后经第二二分之一波片偏转偏振方向，被第二延时系统进行180度反射，经第三反射镜反射后透过分光棱镜作为参考光束射入相机，参考光束与物光束的干涉条纹将被相机获取,第三光源的光经第二偏振分光棱镜反射后与第二光源共用后续光路。
进一步，第二光源与第三光源波长相近，两者拍频波长为可记录远远大于单个波长的范围，增大观测景深。
进一步，第一光源、第二光源和第三光源由光源出射光线经过针孔内的聚焦透镜组出射构成；光源为半导体激光器，气体激光器，LED，Super LED。
进一步，第一光源、第二光源和第三光源由光经过光纤出射至聚焦透镜上构成。
进一步，光源为线偏振光源。
进一步，第一二分之一波片和第二二分之一波片光轴与线偏振方向夹角为45度，从而达到对线偏振方向90度偏转而与物光产生干涉。
进一步，第一延时系统和第二延时系统均可调整位置达到产生高对比度干涉条纹目标。
进一步，第二反射镜、第三反射镜角度和位置可变。
进一步，相机包括面阵彩色相机、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。
附图说明
图1是本发明示意图；
图2是光源一方案；
图3是光源二方案。
图中，101.第一光源，102.第二光源，103.第三光源，201.第一偏振分光棱镜，202.第二偏振分光棱镜，3.分光棱镜，4.透镜，5.物镜，6.样品，7.第三偏振分光棱镜，8.第一延时系统，9.第一二分之一波片，10.第一反射镜，11.第二反射镜，12.第二二分之一波片，13.第二延时系统，14.第三反射镜，15.相机，16.计算机，17.光源，18.针孔，19.聚焦透镜组，20.光纤，21.聚焦透镜。
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。
本发明三波长数字全息显微镜如图1所示，包括第一光源101、第二光源102和第三光源103，第一光源101、第二光源102和第三光源103为三束波长有差别的线偏振光源，其中第一光源101的线偏振方向平行于光路平面，第二光源102和第三光源103的线偏振方向垂直于光路平面。第一光源101发出的光经第一偏振分光棱镜201和第二偏振分光棱镜202透射后被分光棱镜3分为参考光和物光两束光。透射光经透镜4和物镜5后平行入射到样品6表面。携带表面信息的回射光透过物镜5和透镜4后经分光棱镜3反射后被相机15获取作为物光束。反射光透过第三偏振分光棱镜7后被第一延时系统8进行180度反射，经第一二分之一波片9偏转偏振方向后经第一反射镜10和第二反射镜11反射后透过分光棱镜3作为参考光束射入相机15，参考光束与物光束的干涉条纹将被相机15获取后传输入计算机16进行处理。第二光源102发出的光经第一偏振分光棱镜201折射后透过第二偏振分光棱镜202被分光棱镜3分为参考光和物光两束光。透射光经透镜4和物镜5后平行入射到样品6表面。携带表面信息的回射光透过物镜5和透镜4后经分光棱镜3反射后被相机15获取作为物光束。反射光经第三偏振分光棱镜7折射后经第二二分之一波片12偏转偏振方向，被第二延时系统13进行180度反射，经第三反射镜14反射后透过分光棱镜3作为参考光束射入相机15，参考光束与物光束的干涉条纹将被相机15获取后传输入系统外部计算机16进行处理。第三光源103的光经第二偏振分光棱镜202反射后与第二光源102共用后续光路。第二光源102与第三光源103波长相近，两者拍频波长为可记录远远大于单个波长的范围，增大观测景深。
其中第一光源101、第二光源102和第三光源103可由激光器经空间滤波器滤波后由透镜准直组成，如图2所示，光源17出射光线经过针孔18内的聚焦透镜组19出射。光源17可为半导体激光器，气体激光器(氦氖激光器)，LED，Super LED等。第一光源101、第二光源102和第三光源103也可以由激光器光纤耦合输出后经透镜准直至合适光斑大小后输出，如图3所示，光经过光纤20出射至聚焦透镜21上。本发明中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。
其中，第一二分之一波片和第二二分之一波片光轴与线偏振方向夹角为45度，从而达到对线偏振方向90度偏转而与物光产生干涉。第一延时系统和第二延时系统均可根据图1中所示方向调整位置达到产生高对比度干涉条纹目标。
第二反射镜11、第三反射镜14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。相机15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。
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 (9)
1.一种三波长反射式数字全息显微镜，其特征在于：包括第一光源、第二光源和第三光源，第一光源、第二光源和第三光源为三束波长有差别的线偏振光源，其中第一光源的线偏振方向平行于光路平面，第二光源和第三光源的线偏振方向垂直于光路平面；第一光源发出的光经第一偏振分光棱镜和第二偏振分光棱镜透射后被分光棱镜分为参考光和物光两束光；透射光经透镜和物镜后平行入射到样品表面；携带表面信息的回射光透过物镜和透镜后经分光棱镜反射后被相机获取作为物光束；反射光透过第三偏振分光棱镜后被第一延时系统进行180度反射，经第一二分之一波片偏转偏振方向后经第一反射镜和第二反射镜反射后透过分光棱镜作为参考光束射入相机，参考光束与物光束的干涉条纹将被相机获取；第二光源发出的光经第一偏振分光棱镜折射后透过第二偏振分光棱镜被分光棱镜分为参考光和物光两束光；透射光经透镜和物镜后平行入射到样品表面；携带表面信息的回射光透过物镜和透镜后经分光棱镜反射后被相机获取作为物光束；反射光经第三偏振分光棱镜折射后经第二二分之一波片偏转偏振方向，被第二延时系统进行180度反射，经第三反射镜反射后透过分光棱镜作为参考光束射入相机，参考光束与物光束的干涉条纹将被相机获取；第三光源的光经第二偏振分光棱镜反射后与第二光源共用后续光路。
2.按照权利要求1所述一种三波长反射式数字全息显微镜，其特征在于：所述第二光源与第三光源波长相近，两者拍频波长为可记录远远大于单个波长的范围，增大观测景深。
3.按照权利要求1所述一种三波长反射式数字全息显微镜，其特征在于：所述第一光源、第二光源和第三光源由光源出射光线经过针孔内的聚焦透镜组出射构成；光源为半导体激光器，气体激光器，LED，Super LED。
4.按照权利要求1所述一种三波长反射式数字全息显微镜，其特征在于：所述第一光源、第二光源和第三光源由光经过光纤出射至聚焦透镜上构成。
5.按照权利要求1所述一种三波长反射式数字全息显微镜，其特征在于：所述光源为线偏振光源。
6.按照权利要求1所述一种三波长反射式数字全息显微镜，其特征在于：所述第一二分之一波片和第二二分之一波片光轴与线偏振方向夹角为45度，从而达到对线偏振方向90度偏转而与物光产生干涉。
7.按照权利要求1所述一种三波长反射式数字全息显微镜，其特征在于：所述第一延时系统和第二延时系统均可调整位置达到产生高对比度干涉条纹目标。
8.按照权利要求1所述一种三波长反射式数字全息显微镜，其特征在于：所述第二反射镜、第三反射镜角度和位置可变。
9.按照权利要求1所述一种三波长反射式数字全息显微镜，其特征在于：所述相机包括面阵彩色相机、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。
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