CN205384406U - 一种双波长透射式数字全息显微镜 - Google Patents

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钟金钢
李仕萍
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Abstract

本实用新型公开一种双波长透射式数字全息显微镜，包括第一激光器、第二激光器、立方分束棱镜、第一反射镜、色散棱镜、立方合束棱镜和摄像器件，还包括第二反射镜、消色差显微物镜、消色差透镜。本实用新型用于透明样品内部的3D显微成像，两束不同波长的激光束共用一个光路和光学元件，使得装置结构相对简单，制造成本更低，使用时更加简单，便于推广使用。

Description

一种双波长透射式数字全息显微镜
技术领域
本实用新型涉及数字全息成像技术领域，具体涉及一种双波长透射式数字全息显微镜。
背景技术
数字全息（DigitalHolography），是普通全息术、计算机技术、电子摄像技术相结合的产物。数字全息术和普通全息术的记录过程基本相同，不同的是用CCD、CMOS等电子摄像器件代替全息干版来记录全息图，并将记录的全息图存入计算机。数字全息术的再现过程和普通全息术也不同，其是用数值计算方法对存入计算机的全息图进行全息再现。和普通全息术比较，数字全息有以下优点：
（一）由于用电子摄像器件代替全息干版来记录全息图，所需的曝光时间可以很短，没有化学银盐干版的湿处理过程，可连续记录运动物体的各个瞬间过程，实现视频下的连续实时在线全息记录；
（二）通过数字再现，可以同时得到物光波的强度分布和位相分布的定量图像。
数字全息显微镜是数字全息技术和显微成像技术结合的产物，可以对微小物体进行显微成像，在生物医学等方面具有重要的应用前景。现有的数字全息显微镜的工作过程分为二个步骤，一是用CCD或CMOS记录经光波干涉形成的全息图，然后将全息图存入计算机；二是用计算机模拟光学衍射过程，通过数值计算来实现被记录物体的全息再现。通过全息再现，可以同时获得被记录物体的幅度图像和位相图像，而位相图像包含了被记录物体的三维信息，因此大多数应用是利用位相图像。
由于不论参与干涉的两光波的位相差是多少，全息再现算法获得的位相值都是介于之间的，因此存在称之为包裹位相或位相不确定的问题。为了获取被记录物体的真实位相图像，就必须进行位相解包裹处理。但是，由于不连续或突变的出现，在不连续或突变点，位相解包裹会出现错误。为了更有效地对不连续或突变点进行位相解包裹，有人提出了双波长数字全息技术，即采用具有两种波长的激光束来记录全息图，利用两种波长分别对应的包裹位相图像联合进行位相解包裹。
双波长数字全息技术，相对单波长数字全息技术，在全息记录装置上，要考虑以下两方面的问题：一是要保证两种波长分别对应的包裹位相图像的同一位置像素点对应样品的同一点；二是要保证两种波长分别对应的全息干涉条纹的方向有一较大角度，使得双波长复合全息图傅里叶谱中，与两个波长对应的一级分量尽量分离。为了满足上述条件，目前采用的双波长数字全息记录装置过于复杂（JonasKühn,TristanColomb,FrédéricMontfort,FlorianCharrière,YvesEmery,EtienneCuche,PierreMarquet,andChristianDepeursinge.Real-timedual-wavelengthdigitalholographicmicroscopywithasinglehologramacquisition[J].OpticsExpress,2007,15(12):7231-7242.），不利于推广应用。
实用新型内容
本实用新型的目的是解决现有技术的缺陷，提供一种双波长透射式数字全息显微镜，用于透明样品内部的3D显微成像，采用的技术方案如下：
一种双波长透射式数字全息显微镜，其特征在于，包括第一激光器、第二激光器、立方分束棱镜、色散棱镜、第一反射镜、立方合束棱镜和摄像器件，还包括第二反射镜、消色差显微物镜、消色差透镜，其中，色散棱镜、第一反射镜和立方合束棱镜的相对位置使得两种波长分别对应的全息干涉条纹的方向不一致，第一激光器和第二激光器输出两束波长不同的光束，两光束分别沿立方分束棱镜两个不同侧面的法线方向射入立方分束棱镜内，从立方分束棱镜的另两个侧面的法线方向分别各出射一束双波长混合的激光束，其中一束为参考光束，参考光束经色散棱镜将光束分离成传播方向稍有不同的两单波长激光束，射入第一反射镜，两单波长激光束经第一反射镜再一起射入一立方合束棱镜，再射入摄像器件内；另一束为物光束，物光束经第二反射镜照射样品，经过消色差显微物镜和消色差透镜射入立方合束棱镜内，将样品成像到摄像器件的像传感面上和参考光束进行干涉，形成双波长复合全息图；全息图被摄像器件拍摄后，存入计算机进行全息再现。
本实用新型中，可以沿光轴方向适当移动调整消色差显微物镜、消色差透镜及样品，从而使得消色差显微物镜和消色差透镜对样品的像面位于摄像器件的像传感面上。
作为优选，所述第一激光器和第二激光器间隔九十度设置。
作为优选，本实用新型还包括依次设置于第一激光器与立方分束棱镜之间的第一空间光滤波器和第一扩束准直透镜，依次设置于第二激光器与立方分束棱镜之间的第二空间光滤波器和第二扩束准直透镜。
空间光滤波器和扩束准直透镜分别对激光器发出的光束进行滤波和扩束准直。
作为优选，消色差显微物镜的后焦点和消色差透镜的前焦点重合，构成一组合光学系统。
作为优选，消色差透镜为正透镜。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
本实用新型用于透明样品内部的3D显微成像，两束不同波长的激光束共用一个光路和光学元件，使得装置结构相对简单，制造成本更低，使用时更加简单，便于推广使用。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细说明。
实施例：如图1所示，一种双波长透射式数字全息显微镜，包括第一激光器1、第二激光器2、立方分束棱镜7、色散棱镜9、第一反射镜10、立方合束棱镜8和摄像器件15，还包括第二反射镜11、消色差显微物镜13、消色差透镜14，其中，色散棱镜9、第一反射镜10和立方合束棱镜11的相对位置使得两种波长分别对应的全息干涉条纹的方向不一致，第一激光器1和第二激光器2输出两束波长不同的光束，两光束分别沿立方分束棱镜7两个不同侧面的法线方向射入立方分束棱镜7内，从立方分束棱镜7的另两个侧面的法线方向分别各出射一束双波长混合的激光束，其中一束为参考光束，参考光束经色散棱镜9将光束分离成传播方向稍有不同的两单波长激光束，射入第一反射镜10，两单波长激光束经第一反射镜10再一起射入一立方合束棱镜8，再射入摄像器件15内；另一束为物光束，物光束经第二反射镜11照射样品12，经过消色差显微物镜13和消色差透镜14射入立方合束棱镜8内，将样品12成像到摄像器件15的像传感面上和参考光束进行干涉，形成双波长复合全息图；全息图被摄像器件15拍摄后，存入计算机16进行全息再现。
本实施例中，可以沿光轴方向适当移动调整消色差显微物镜13、消色差透镜14及样品12，从而使得消色差显微物镜13和消色差透镜14对样品的像面位于摄像器件15的像传感面上。
所述第一激光器1和第二激光器2间隔九十度设置。
本实施例还包括依次设置于第一激光器1与立方分束棱镜7之间的第一空间光滤波器3和第一扩束准直透镜5，依次设置于第二激光器2与立方分束棱镜7之间的第二空间光滤波器4和第二扩束准直透镜6。
空间光滤波器和扩束准直透镜分别对激光器发出的光束进行滤波和扩束准直。
本实施例中，消色差显微物镜13的后焦点和消色差透镜14的前焦点重合，构成一组合光学系统。
本实施例中，消色差透镜14为正透镜。
本实施例中，第一激光器1为输出功率为3mW、波长为λ=632.8nm的红光氦氖激光器；第二激光器2为输出功率为3mW、波长为λ=594nm的黄光氦氖激光器；空间滤波器3和4由针孔和20倍显微物镜组成；扩束准直透镜5和6为焦距为60mm、直径30mm的K9玻璃平凸透镜；立方分束棱镜7和立方合束棱镜8采用棱长为25.4mm、分光比为1:1的K9玻璃立方分光棱镜；色散棱镜9为棱长为25.4mm、K9玻璃45度等边三棱镜；反射镜10和11为K9玻璃镀银、直径40mm的平面反射镜；消色差正透镜14用一个直径25.4mm、焦距60mm的双胶合消色差正透镜；消色差显微物镜13用复消色差物镜；摄像器件15采用CCD摄像机。

Claims (5)

1.一种双波长透射式数字全息显微镜，其特征在于，包括第一激光器、第二激光器、立方分束棱镜、色散棱镜、第一反射镜、立方合束棱镜和摄像器件，还包括第二反射镜、消色差显微物镜、消色差透镜，其中，色散棱镜、第一反射镜和立方合束棱镜的相对位置使得两种波长分别对应的全息干涉条纹的方向不一致，第一激光器和第二激光器输出两束波长不同的光束，两光束分别沿立方分束棱镜两个不同侧面的法线方向射入立方分束棱镜内，从立方分束棱镜的另两个侧面的法线方向分别各出射一束双波长混合的激光束，其中一束为参考光束，参考光束经色散棱镜将光束分离成传播方向稍有不同的两单波长激光束，射入第一反射镜，两单波长激光束经第一反射镜再一起射入一立方合束棱镜，再射入摄像器件内；另一束为物光束，物光束经第二反射镜照射样品，经过消色差显微物镜和消色差透镜射入立方合束棱镜内，将样品成像到摄像器件的像传感面上和参考光束进行干涉，形成双波长复合全息图；全息图被摄像器件拍摄后，存入计算机进行全息再现。
2.根据权利要求1所述的一种双波长透射式数字全息显微镜，其特征在于，所述第一激光器和第二激光器间隔九十度设置。
3.根据权利要求1所述的一种双波长透射式数字全息显微镜，其特征在于，还包括依次设置于第一激光器与立方分束棱镜之间的第一空间光滤波器和第一扩束准直透镜，依次设置于第二激光器与立方分束棱镜之间的第二空间光滤波器和第二扩束准直透镜。
4.根据权利要求1所述的一种双波长透射式数字全息显微镜，其特征在于，消色差显微物镜的后焦点和消色差透镜的前焦点重合，构成一组合光学系统。
5.根据权利要求1所述的一种双波长透射式数字全息显微镜，其特征在于，消色差透镜为正透镜。
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