CZ305665B6

CZ305665B6 - Interferometrický systém s variabilní optikou pro nekoherentní zdroj záření a způsob naladění interferometrického systému

Info

Publication number: CZ305665B6
Application number: CZ2014-538A
Authority: CZ
Inventors: Radim ChmelĂk; Zbyněk Dostál; Pavel Kolman; Tomáš Slabý; Martin Lošťák
Original assignee: Vysoké Učení Technické V Brně; Tescan Orsay Holding, A.S.
Priority date: 2014-08-12
Filing date: 2014-08-12
Publication date: 2016-01-27
Also published as: WO2016051283A3; WO2016051283A2; CZ2014538A3

Abstract

Interferometrický systém pro vytvoření hologramu s prostorovou nosnou frekvencí zahrnuje zdroj (1) záření s nízkou koherencí, za nímž se nachází polní rovina (2) opticky konjugovaná s výstupní obrazovou rovinou (10), dělič (4) svazku pro rozdělení svazku záření do dvou oddělených větví interferometru, předmětovou větev s množinou optických prvků a referenční větev s množinou optických prvků, difrakční mřížku (7), prodlužovací prvek (12), přenosovou soustavu odražečů a detektor umístěný ve výstupní obrazové rovině (10). Množina optických prvků předmětové větve zahrnuje objektiv (5.12). V referenční větvi není využit shodný objektiv jako v předmětové větvi, což znamená významnou úsporu.

Description

(54) Název vynálezu:

Interferometrický systém s variabilní optikou pro nekoherentní zdroj záření a způsob naladění interferometrického systému (57) Anotace:

Interferometrický systém pro vytvoření hologramu s prostorovou nosnou frekvencí zahrnuje zdroj (l) záření s nízkou koherencí, za nímž se nachází polní rovina (2) opticky konjugovaná s výstupní obrazovou rovinou (10), dělič (4) svazku pro rozdělení svazku záření do dvou oddělených větví interferometru, předmětovou větev s množinou optických prvků a referenční větev s množinou optických prvků, difrakční mřížku (7), prodlužovací prvek (12), přenosovou soustavu odražečů a detektor umístěný ve výstupní obrazové rovině (10). Množina optických prvků předmětové větve zahrnuje objektiv (5.12). V referenční větvi není využit shodný objektiv jako v předmětové větvi, což znamená významnou úsporu.

Interferometrický systém s variabilní optikou pro nekoherentní zdroj záření a způsob naladění interferometrického systému

Oblast techniky

Předkládaný vynález se týká interferometrického systému s variabilní optikou pro nekoherentní zdroj záření k využití v digitální holografické mikroskopii k pozorování vzorků v odraženém i procházejícím záření.

Dosavadní stav techniky

Současné interferometrické systémy s oddělenou předmětovou a referenční větví mají jako společný znak dělič světelného svazku, který rozdělí svazek vlnění na dva vzájemně koherentní svazky, které vstupují do předmětové a referenční větve. Tyto současné systémy lze rozdělit do třech základních skupin.

Do první skupiny patří interferometrické systémy, které většinou využívají klasických interferometrů Machova-Zahnderova nebo Michelsonova typu, kde osy obou větví jsou na výstupu z interferometru sjednocené a vlny tedy interferují pod nulovým úhlem. Toto řešení umožňuje použít zcela nekoherentního zdroje vlnění jako je například běžná žárovka, což má tu výhodu, že odstraňuje koherenční zrnitost a umožňuje hloubkovou diskriminaci výsledného zobrazení, tj. optické řezy vzorkem. Nevýhodou pak je, že k získání úplné informace o předmětové vlně je nutno zaznamenat minimálně 3 snímky s různým fázovým posuvem, což má negativní důsledky. Jednak vlivem proudění v okolním prostředí a vlivem vibrací roste šum ve výsledném zobrazení a jednak není možné zobrazovat rychlé děje. Toto řešení využívají mikroskopy Krug&Lau, Hom a Mirauův objektiv.

Druhou skupinu tvoří holografické systémy. Ty využívají stejných interferometrů jako předešlá skupina s tím rozdílem, že osy obou větví se na výstupu z interferometru scházejí pod dostatečně velkým nenulovým úhlem takovým, aby vznikající interferenční struktura měla dostatečně vysokou prostorovou frekvenci takovou, aby bylo možné rekonstruovat předmětovou vlnu z jediného interferogramu, tedy hologramu, čehož je dosaženo prostým natočením odražeče nebo jiného členu s podobnou funkcí. Takovýto interferometr není achromatický, a tudíž nelze použít širokopásmového vlnění, jelikož vlnění různých vlnových délek vstupuje do výstupní roviny pod týmž úhlem a vznikající interferenční struktura má pro každou vlnovou délku jinou prostorovou frekvenci. Žádoucí interferenční struktura (proužky) pak v součtu ve velké části zorného pole vymizí. Výhodou tohoto řešení je, že zobrazení lze kompletně rekonstruovat z jediného záznamu, hologramu. Dalším pozitivem je, že frekvence snímkování závisí pouze na použitém detektoru, nikoli na sestavě holografického systému. Řešení je vhodné pro pozorování dynamických procesů. Nevýhodou pak je nutnost použít koherentní, nebo téměř koherentní vlnění, například laser, aby interference nastala v celém obrazovém poli, což má tyto negativní důsledky, a to přítomnost koherenčního šumu a silně omezenou možnost pozorovat vzorky vnořené v rozptylujícím prostředí. Zorné pole je 2x menší než v případě systémů první skupiny, což plyne z holografické podmínky.

Třetí skupinou jsou koherencí řízené, achromatické, holografické systémy. Tato skupina odstraňuje problém popsaný ve druhé skupině tím, že vlnění různých vlnových délek vstupuje do výstupní roviny interferometru pod různými úhly takovými, aby vznikající interferenční struktura měla pro každou vlnovou délku stejnou a dostatečně vysokou prostorovou frekvenci (hustotu proužků) takovou, aby bylo možné rekonstruovat předmětovou vlnu v celém zorném poli z jediného interferogramu, tedy hologramu. Uvedeného řešení je dosaženo děličem světelného svazku, kterým je zde difrakční mřížka. Do předmětové větve vstupuje +1. difrakční řád a do referenční větve vstupuje -1. difrakční řád. Vlivem úhlové disperze vlnění na difrakční mřížce

-1 CZ 305665 B6 z ní vstupuje vlnění různých vlnových délek pod různými úhly a takto vstupuje do kondenzorů. Difrakční mřížka je v každé větvi zobrazena příslušnou zobrazovací soustavou do výstupní roviny interferonu, čímž je zaručeno zachování úhlové disperze vlnění v každé z větví a je dán předpoklad pro možnost vzniku achromatických interferenčních proužků. Toto řešení zahrnuje všechny výhody uvedené pro výše popsanou první a druhou skupinu a zároveň odstraňuje u nich uvedené nevýhody. Nevýhodou však je skutečnost, že kondenzor a objektiv tvořící zobrazovací soustavu v každé z větví musí být dva shodné prvky, tj. například v uspořádání transmisního mikroskopu je nutno použít čtyři stejné objektivy pro každé zvětšení. Důsledkem pak je finanční náročnost a omezený prostor mezi objektivem a kondenzorem pro objektivy s větším zvětšením. Velikost zorného pole zůstává shodná se systémy z druhé skupiny. Toto řešení je popsáno v užitných vzorech CZ 8547 a CZ 19150 a je také známé z několika publikací, kde je popsáno využití těchto interferometrů pro holografickou mikroskopii, a to v uspořádání na odraz „Parallel mode confocal microscope“, zr. 1999 či v uspořádání pro procházející světlo „Polychromatic coherent transfer function for a LCIM with achromatic fringes“, z r. 2005.

V rámci patentu CZ 302491 bylo popsáno řešení, které uvedené nevýhody z části odstraňuje, a to interferometrický systém s prostorovou nosnou frekvencí zobrazující v širokopásmovém spektru, který umožňuje namísto osvětlovacích objektivů používat klasické kondenzory, které není nutné měnit při výměně pozorovacích objektivů.

Všechna dosud známá řešení pro achromatické holografické mikroskopy ovšem spojuje jedna dominantní nevýhoda, kterou je nutnost, aby obě větve holografického mikroskopu byly složeny z identických optických členů umístěných na odpovídajících si místech v optické cestě svazku. Tudíž především musíme pro každé zvětšení vyměnit objektiv nejenom v objektové větvi, kde pozorujeme vzorek, nýbrž i v referenční větvi. Důsledkem nutnosti použití dvou stejných objektivů jsou vysoké náklady na jejich pořízení.

Navíc je v systémech známých v současnosti nutné vkládat do referenční větve referenční vzorek, který má stejnou optickou tloušťku jako objekt v objektové větvi. Pro každý pozorovaný vzorek je tedy třeba vytvořit i kompenzační referenční vzorek.

Použití nekoherentního světla navíc zvyšuje náročnost nastavení mikroskopu, neboť čím méně koherentní světlo je použito, tím obtížnější je kvůli vysoké citlivosti nastavení jak optické délky obou větví, tak i jejich přesné koincidence v laterálním směru, která nesmí převýšit koherenční délku respektive koherenční šířku při dané konfiguraci osvětlení.

Podstata vynálezu

Vynález se týká interferometrického systému pro vytvoření hologramu s prostorovou nosnou frekvencí zahrnujícího zdroj záření s nízkou koherencí, za nímž se nachází polní rovina opticky konjugovaná s výstupní obrazovou rovinou, dělič svazku pro rozdělení svazku záření do dvou oddělených větví interferometru, předmětovou větev s množinou optických prvků, referenční větev s množinou optických prvků, difrakční mřížku, prodlužovací prvek, přenosovou soustavu odražečů a detektor umístěný ve výstupní obrazové rovině, přičemž systém je uzpůsoben tak, že rozdíl mezi dobou šíření záření v předmětové a v referenční větvi je menší než koherenční doba použitého záření, a to od polní roviny až po výstupní obrazovou rovinu, zvětšení v předmětové a v referenční větvi od polní roviny až po výstupní obrazovou rovinu je přibližně stejné a že předmětový výstupní obraz vytvořený předmětovou větví ve výstupní obrazové rovině a referenční výstupní obraz vytvořený referenční větví ve výstupní obrazové rovině se v podstatě překrývají, čímž je zajištěna interference záření zobou těchto větví, přičemž množina optických prvků předmětové větve zahrnuje první objektiv, jehož optické vlastnosti zahrnují jmenovitou ohniskovou vzdálenost a jmenovitou numerickou aperturu spočívající vtom, že alespoň jedna z uvedených optických vlastností kteréhokoliv z množiny optických prvků referenční větve se liší od uvedených odpovídajících optických vlastností prvního objektivu.

-2CZ 305665 B6

Ve výhodném provedení množina optických prvků referenční větve zahrnuje druhý objektiv, přičemž alespoň jedna z uvedených optických vlastností druhého objektivu se liší od uvedených optických vlastností prvního objektivu.

V jiném výhodném provedení množina optických prvků referenční větve nezahrnuje objektiv.

Jak je zřejmé, tak v tomto uspořádání interferometrického systému podle vynálezu není v referenční větvi využit shodný objektiv jako v předmětové větvi, což znamená významnou úsporu.

Uvedené nedostatky známých řešení dále odstraňuje způsob naladění interferometrického systému spočívající v tom, že zahrnuje krok umístění záměrného obrazce do optické cesty svazku, poté v libovolném pořadí pro každou z větví samostatně krok zaznamenání obrazu záměrného obrazce vytvořeného pouze předmětovou větví a krok zaznamenání obrazu záměrného obrazce vytvořeného pouze referenční větví, poté krok porovnání velikosti obou těchto obrazů a poté krok změny zvětšení pomocí prvku s proměnlivou ohniskovou vzdáleností.

Ve výhodném provedení zahrnuje krok umístění záměrného obrazce do optické cesty svazku, poté v libovolném pořadí pro každou z větví samostatně krok zaznamenání obrazu záměrného obrazce vytvořeného pouze předmětovou větví a krok zaznamenání obrazu záměrného obrazce vytvořeného pouze referenční větví, poté krok určení posunutí těchto obrazů vůči sobě a poté krok zmenšení vzájemného posunu obrazu vytvořeného předmětovou větví a obrazu vytvořeného referenční větví ve výstupní obrazové rovině pomocí vychylovacího prvku.

S výhodou zahrnuje krok změření velikosti veličiny A v prvním výřezu zorného pole a ve druhém výřezu zorného pole, přičemž první výřez zorného poleje umístěn blíže průsečíku optické osy s výstupní obrazovou rovinou než druhý výřez zorného pole, poté krok porovnání velikosti těchto veličin A a poté krok změny zvětšení pomocí prvku s proměnlivou ohniskovou vzdáleností.

Veličina A je reprezentována střední hodnotou holografického signálu, hodnotou holografického signálu vůči šumu holografického signálu, hodnotou spektra v malé oblasti okolo nosné frekvence, nebo hodnotou spektra v malé oblasti okolo nosné frekvence vůči šumu hodnot spektra.

V dalším výhodném provedení zahrnuje krok změření velikosti veličiny A v první poloze vychylovacího prvku, krok posunu vychylovacího prvku, krok změření velikosti veličiny A ve druhé poloze vychylovacího prvku a krok porovnání těchto veličin A a krok zmenšení vzájemného posunu obrazu vytvořeného předmětovou větví a obrazu vytvořeného referenční větví ve výstupní obrazové rovině pomocí vychylovacího prvku.

V dalším výhodném provedení zahrnuje krok změření velikosti veličiny A při nastavení první délky prodlužovacího prvku, poté krok změny optické délky prodlužovacího prvku, poté krok změření velikosti veličiny A při nastavení druhé optické délky prodlužovacího prvku a poté krok porovnání těchto veličin A a poté zmenšení rozdílu doby šíření záření v předmětové a v referenční větvi, a to od polní roviny až po výstupní obrazovou rovinu pomocí prodlužovacího prvku.

Ve výhodném provedení jsou výše uvedené kroky prováděny opakovaně.

Další přednosti a výhody tohoto vynálezu budou zřejmé po důkladném přečtení příkladů uskutečnění vynálezu s odpovídajícími odkazy na průvodní obrázky.

-3CZ 305665 B6

Objasnění výkresů

Obr. 1 je schématické znázornění příkladu výhodného provedení interferometrického systému

Obr. 2 je první příklad provedení předmětové vstupní zobrazovací soustavy

Obr. 3 je druhý příklad provedení předmětové vstupní zobrazovací soustavy

Obr. 4 je schématické znázornění druhého příkladu interferometrického systému

Obr. 5 je schématické znázornění třetího příkladu interferometrického systému

Obr. 6 je schématické znázornění čtvrtého příkladu interferometrického systému

Obr. 7 je schématické znázornění pátého příkladu interferometrického systému

Obr. 8 je schématické znázornění šestého příkladu interferometrického systému

Obr. 9 znázorňuje proces rekonstrukce holografického signálu

Obr. 10 znázorňuje způsob ladění mikroskopu s nastavením zvětšení obrazů záměrného obrazce

Obr. 11 znázorňuje způsob ladění mikroskopu s nastavením posunu obrazů záměrného obrazce

Obr. 12 ukazuje příklady obrázků vzniklých při posouvání vychylovacího prvku

Obr. 13 ukazuje příklady obrázků vzniklých při změně optické délky prodlužovacího prvku.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad výhodného provedení interferometrického systému s variabilní optikou pro nekoherentní zdroj 1 záření je schematicky znázorněn na obr. 1. Jedná se o interferometrický systém pro vytvoření hologramu s prostorovou nosnou frekvencí zářením nízké koherence umožňující konfokální zobrazení plošným prostorově nekoherentním zdrojem 1 záření v reálném čase. Tento interferometrický systém je na svém vstupu tvořen plošným, časově a prostorově nekoherentním zdrojem 1 záření, kterým může být například zdroj bílého světla, za nímž je obvykle zařazena optická soustava označovaná jako kolektor 3 a dělič 4 svazku, kterým může být například dělicí kostka. Optický dělič v optické soustavě děliče 4 svazku rozděluje dopadající záření do předmětové větve a referenční větve. Předmětová větev je ta, která obsahuje vzorek, čili sledovaný objekt 5.14.

Předmětová a referenční větev obsahují množinu optických prvků, zahrnující například odražeč nebo čočku a také složitější optické prvky, jako je objektiv, tubusová čočka, prvek s proměnlivou ohniskovou vzdáleností, vychylovací prvek, výstupní zobrazovací soustava, přenosová soustava odražečů, prvky s pevnou či nastavitelnou optickou délkou nebo výstupní soustava odražečů.

V příkladu na obr. 1 se mezi zdrojem 1 záření a kolektorem 3 nachází polní rovina 2, která je opticky konjugovaná s výstupní obrazovou rovinou 10 a je kolektorem 3 a děličem 4 zobrazena do obrazových rovin 3.10 a 3.20 předmětové a referenční větve. Tyto obrazové roviny 3.10 i 3.20 se mohou zobrazovat před nebo i za vstupní zobrazovací soustavy 5.1 a 5.2, případně i uvnitř vstupních zobrazovacích soustav 5.1 a 5.2. V předmětové větvi je umístěna předmětová vstupní zobrazovací soustava 5.1. V referenční větvi je v daném příkladu provedení umístěna referenční vstupní zobrazovací soustava 5.2. Polní rovinou 2 je myšlena rovina, v níž je umístěna polní clona neboje to v případě absence polní clony jakákoli rovina nacházející se mezi zdrojem 1 záření a děličem 4, která je opticky konjugovaná s výstupní obrazovou rovinou W.

Na obr. 2 je uveden příklad provedení předmětové vstupní zobrazovací soustavy 5.1, obsahující první kondenzor 5.11 a první objektiv 5.12, který může být s výhodou opatřen tubusovou čočkou, přičemž mezi prvním kondenzorem 5.11 a prvním objektivem 5.12 se nachází předmětová rovina mikroskopu 5.13. Do této roviny se vkládá sledovaný objekt 5.14. Jde tedy o uspořádání, kdy je

-4CZ 305665 B6 výsledný obraz získáván ze záření procházejícího sledovaným objektem. Objektivem chápeme první zobrazovací prvek umístěný za sledovaným objektem 5.14, který vytváří jeho obraz buď v konečné nebo nekonečné vzdálenosti za tímto zobrazovacím prvkem, nebo komponent k tomuto účelu určený. V některých příkladech provedení lze použít objektiv i v referenční větvi, kde k zobrazení sledovaného objektu 5.14 neslouží.

V jiném provedení znázorněném na obr. 3 je systém nastaven na využití záření odraženého od sledovaného objektu. V tomto uspořádání je svazek záření na polopropustném odražeči nejprve přes první objektiv 5.12 směrován na sledovaný objekt 5.14, v jehož úrovni se nachází předmětová rovina mikroskopu 5.13. Odražené záření potom prochází zpět přes tento první objektiv 5.12 a přes polopropustný odražeč, za nímž je dál směrováno k výstupní obrazové rovině 10.

Referenční vstupní zobrazovací soustava 5.2 zahrnující druhý kondenzor 5.21 a druhý objektiv 5.22 je provedena obdobně, jako je uvedeno ve dvou předchozích příkladech znázorněných na obr. 2 a obr. 3 s tím rozdílem, že zde není umístěn sledovaný objekt 5.14. V referenční rovině odpovídající předmětové rovině mikroskopu 5.13 lze místo něj umístit referenční vzorek.

První objektiv 5.12 předmětové vstupní zobrazovací soustavy 5,1 a druhý objektiv 5.22 referenční vstupní zobrazovací soustavy 5.2 se od sebe liší, a to alespoň jedním z parametrů zahrnující jmenovitou ohniskovou vzdálenost a jmenovitou numerickou aperturu. Alternativně, jak je uvedeno v dalších příkladech provedení, nemusí být referenční vstupní zobrazovací soustava 5.2, tedy ani druhý objektiv 5.22 v systému vůbec obsaženi.

V provedení znázorněném na obr. 1 dále vstupní zobrazovací soustavy 5.1 a 5.2 vytvářejí sekundární obrazové roviny 5.10 a 5.20 obrazových rovin 3.10 a 3.20, přičemž sekundární obrazové roviny 5.10 a 5.20 mohou být vytvořeny kdekoli za vstupními zobrazovacími soustavami 5.1 a 52.

Interferometrický systém v tomto provedení dále ve výstupní části předmětové větve obsahuje předmětovou výstupní zobrazovací soustavu 8.1 a ve výstupní části referenční větve referenční výstupní zobrazovací soustavu 82.

Předmětová sekundární obrazová rovina 5.10 předmětové vstupní zobrazovací soustavy 5.1 a výstupní obrazová rovina 10 interferometru a rovněž tak referenční sekundární obrazová rovina 5.20 referenční vstupní zobrazovací soustava 52 a výstupní obrazová rovina 10 interferometru jsou výstupními zobrazovacími soustavami 8.1 a 82 opticky sdruženy, a vytváří tak ve výstupní obrazové rovině 10 interferometru výstupní obrazy 8.10 a 820 sekundárních obrazových rovin 5.10 a 520.

Předmětová přenosová soustava 6.1 odražečů a referenční přenosová soustava 62 odražečů jsou zde realizovány soustavami odražečů a jsou umístěny mezi předmětovou vstupní zobrazovací soustavou 5.1 a předmětovou výstupní zobrazovací soustavou 8.1 resp. mezi referenční vstupní zobrazovací soustavou 52 a referenční výstupní zobrazovací soustavou 82. Přičemž je možno umístit alespoň jeden z prvků předmětové přenosové soustavy 6.1 odražečů mezi prvky předmětové vstupní zobrazovací soustavy 5.1 nebo předmětové výstupní zobrazovací soustavy 8.1 a stejně tak je možno umístit alespoň jeden z prvků referenční přenosové soustavy 62 odražečů mezi prvky referenční vstupní zobrazovací soustavy 52 nebo referenční výstupní zobrazovací soustavy 82. Přenosové soustavy 6.1, 62 odražečů mohou obsahovat prodlužovací prvek 12, který je realizován například soustavou dvou odražečů 6.20 a 6.21. Pro prodlužovací prvek 12 platí, že svazek záření vstupující do referenční přenosové soustavy 62 odražečů z ní vychází ve směru rovnoběžném se směrem vstupujícího svazku záření. Dalším prodlužovacím prvkem 12 může být například tzv. optický klín umístěný za vstupní zobrazovací soustavou 52 resp. 5.1.

Referenční výstupní zobrazovací soustava 82 je v tomto provedení jednotný optický celek, za který je zařazena výstupní soustava 52 resp. 5.1.

-5CZ 305665 B6

Referenční výstupní zobrazovací soustava 8.2 je v tomto provedení jednotný optický celek, za který je zařazena výstupní soustava 9 odražečů, jak je zřejmé z obr. 1.

Ve výstupní obrazové rovině 10 interferometru je pak umístěný detektor. Ten většinou bývá proveden jako CCD čip kamery.

Referenční větev v tomto provedení obsahuje difrakční mřížku 7 v blízkosti referenční sekundární obrazové roviny 5.20 referenční vstupní zobrazovací soustavy 5.2. V tomto provedení je využita transmisní difrakční mřížka 7.

Polní rovina 2 se zobrazuje optikou referenční i předmětové větve do výstupní obrazové roviny 10, jak vyplývá z předchozího popisu, přičemž zvětšení mezi polní rovinou 2 a výstupní obrazovou rovinou 10 je při dokonale naladěném systému totožné pro obě větve. V praxi tak interferometrický systém musí být uzpůsoben k dosažení alespoň přibližně stejného zvětšení, což lze definovat jako rozdíl těchto zvětšení, který ještě umožňuje alespoň minimální interferenci záření. Z uvedeného vyplývá požadavek, aby zvětšení výstupních zobrazovacích soustav 8.1 a 8.2 kompenzovalo rozdílnost zvětšení vstupních zobrazovacích soustav 5.1 a 52, v dalších provedeních případně také absenci referenční vstupní zobrazovací soustavy 52.

Doba šíření záření mezi polní rovinou 2 a výstupní obrazovou rovinou 10 se neliší v jednotkových větvích o více, než je koherenční délka použitého záření, měřeno od polní roviny 2 až po výstupní obrazovou rovinu 10. Rozdíl délek optických drah jednotlivých větví je dorovnáván pomocí prodlužovacích prvků.

Prodlužovacím prvkem 12 může být posuvný systém odražečů, využívající například prodlužovací odražeče 620 a 6.21 znázorněné na obr. 1, nebo to může být objekt s nastavitelnou optickou délkou z materiálu s odlišným indexem lomu než je okolní prostředí (sklo, imerzní kapalina, atd.) nebo kombinace kterékoliv z vyjmenovaných možností. Příklad prodlužovacího prvku 12 (angl. extender) je uveden na obr. 1. Některé prodlužovací prvky mohou být v systému umístěny libovolně a mohou je také obsahovat vstupní zobrazovací soustavy 5.1 a 5.2, přenosové soustavy 6.1 a 62 odražečů, či výstupní zobrazovací soustavy 8.1 a 8.2.

Interferometrický systém je nastavitelný tak, že předmětový výstupní obraz (8.10) vytvořený předmětovou větví ve výstupní obrazové rovině (10) a referenční výstupní obraz (8.20) vytvořený referenční větví ve výstupní obrazové rovině (10) se v podstatě překrývají. To znamená, že překrytí, neboli sesazení obrazů je alespoň takové, že ještě umožňuje alespoň minimální interferenci záření. Nastavení se provádí vychylovacím prvkem, který jeden z obrazů posune. Vychylovacím prvkem může být samostatný prvek, jako je třeba vychylovací odražeč, libovolná část libovolné zobrazovací soustavy nebo i libovolná zobrazovací soustava jako celek, tedy například referenční vstupní zobrazovací soustava 5.2.

Referenční přenosová soustava 6.2 odražečů může být realizována mnoha způsoby. Podstatné je, že je nastavena tak, že svazek záření šířící se v ose referenční větve a difraktovaný difrakční mřížkou 7 pod úhlem a vstupuje do výstupní zobrazovací soustavy 82 rovněž pod úhlem a vzhledem k optické ose této výstupní zobrazovací soustavy 82 a vystupuje z výstupní zobrazovací soustavy 8.2 vzhledem k její optické ose pod úhlem β a poté vstupuje do výstupní obrazové roviny 10 interferometru vzhledem k její normále rovněž pod úhlem β. Mezi úhly a a β platí vztah sin^ = sin((í)lm. kde m je zvětšení výstupní zobrazovací soustavy 82. Osa 11 nultého řádu difrakční mřížky je totožná s osou předmětové optické větve.

Předmětová přenosová soustava 6.1 odražečů, která opět může být řešena mnoha způsoby, musí být nastavená tak, že svazek záření jdoucí v ose předmětové vstupní zobrazovací soustavy 5.1 je veden přes předmětovou přenosovou soustavu 6.1 odražečů a přes výstupní zobrazovací soustavu 8.1 do výstupní obrazové roviny 10 interferometru ve směru její normály.

-6CZ 305665 B6

Ve druhém příkladu provedení interferometrického systému podle vynálezu znázorněného na obr. 4. se jedná o analogii výše popsaného systému znázorněného na obr. 1 s tím rozdílem, že výstupní zobrazovací soustavy 8.1 a 8.2 jsou rozděleny do více optických celků, mezi nimiž je výstupní soustava 9 odražečů. Výstupní zobrazovací soustavy 8.1 a 8.2 mohou mít část soustavy společnou.

Třetí příklad provedení interferometrického systému podle vynálezu je uveden na obr. 5. Jedná se o analogii výše popsaného systému znázorněného na obr. 1 s tím rozdílem, že předmětová výstupní zobrazovací soustava 8.1 je vypuštěna, ale zvětšení mezi polní rovinou 2 a výstupní obrazovou rovinou 10 interferometru zůstává stejné pro obě větve a polní rovina 2 je zobrazena do předmětové sekundární obrazové roviny 5.10 tedy do výstupní obrazové roviny 10 přes soustavy 6.1 a 9 odražečů.

Obdobně jako v druhém příkladu může být i v tomto příkladu mezi části referenční výstupní zobrazovací soustavy 8.2 vložena výstupní soustava 9 odražečů.

Čtvrtý příklad provedení interferometrického systému podle vynálezu je uveden na obr. 6. Jedná se o analogii výše popsaného systému znázorněného na obr. 1 stím rozdílem, že referenční vstupní zobrazovací soustava 5.2 je vypuštěna, ale zvětšení mezi rovinou 2 a 10 zůstává stejné pro obě větve.

Obdobně jako v druhém příkladu může být i v tomto příkladu mezi části výstupních zobrazovacích soustav 8.1 a 8.2 vložena výstupní soustava 9 odražečů.

Pátý příklad provedení interferometrického systému podle vynálezu je uveden na obr. 7. Jedná se o analogii výše popsaného systému znázorněného na obr. 1 s tím rozdílem, že v obou větvích, tedy v referenční i předmětové, je zařazena difrakční mřížka 7. Jedná se tedy o uspořádání, kdy je v blízkosti předmětové sekundární obrazové roviny 5.10 předmětové vstupní zobrazovací soustavy 5,1 předmětové větve umístěna první difrakční mřížka 7.1 a v blízkosti referenční sekundární obrazové roviny 5.20 referenční vstupní zobrazovací soustavy 5.2 referenční větve je umístěna druhá difrakční mřížka 7.2. Přenosové soustavy 6.1 a 6.2 odražečů můžou být realizovány mnoha způsoby.

Podstatné je, že jsou nastaveny tak, že svazek záření šířící se v ose referenční větve a difraktovaný difrakční mřížkou 7.1(7.2) pod úhlem al(a2) vstupuje do výstupní zobrazovací soustavy 8.1(8.2) rovněž pod úhlem al(a2) vzhledem k optické ose této výstupní zobrazovací soustavy 8.1(8.2) a vystupuje z výstupní zobrazovací soustavy 8.1(8.2) vzhledem k její optické ose pod úhlem β1(β2) a poté vstupuje do výstupní obrazové roviny 10 interferometru vzhledem k její normále rovněž pod úhlem β1(β2). Mezi úhly al(a2) a β1(β2) platí vztah 5/λβΙ = sin(aA)/ml (sin^>2 = sin(a2)/m2), kde ml (m2) je zvětšení výstupní zobrazovací soustavy 8.1(8.2).

Rovněž tak i zde platí, že předmětová sekundární obrazová rovina 5.10 předmětové vstupní zobrazovací soustavy 5.1 předmětové větve a výstupní obrazová rovina 10 interferometru a rovněž tak referenční sekundární obrazová rovina 5.20 referenční vstupní zobrazovací soustavy 5.2 referenční větve a výstupní obrazová rovina 10 interferometru jsou výstupními zobrazovacími soustavami 8.1 a 8.2 opticky sdruženy.

Obdobně jako v druhém příkladu může být i v tomto příkladu mezi části zobrazovacích soustav 8.1 a 8.2 vložena výstupní soustava 9 odražečů.

Obdobně jako ve čtvrtém příkladu může být i v tomto příkladu vypuštěna referenční vstupní zobrazovací soustava 5.2 při zachování stejného zvětšení obou větví interferometru mezi polní rovinou 2 a výstupní obrazovou rovinou 10 interferometru.

-7CZ 305665 B6

Šestý příklad provedení interferometrického systému podle vynálezu je uveden na obr. 8. Jedná se o analogii výše popsaného systému znázorněného na obr. 1 s tím rozdílem, že transmisní difrakční mřížka 7 je nahrazena difrakční mřížkou reflexní. Reflexní difrakční mřížku lze využít i u všech dříve uvedených příkladů provedení.

Kombinací výše uvedených provedení lze dosáhnout množství dalších uspořádání vhodných pro různá využití interferometrického systému s variabilní optikou.

U všech výše zmíněných řešení je díky nízké koherencí použitého zdroje každé zařízení velmi náchylné na přesné naladění mikroskopu, které spočívá v nastavení shodné optické délky obou větví, v nastavení vzájemné polohy optických svazků obou větví ve výstupní obrazové rovině 10 interferometru (déle v textu popisováno také jako sesazování obrazů větví v laterálním směru) a v nastavení shodného zvětšení obrazů polní roviny 2 tvořených větvemi interferometru. Pro toto naladění mikroskopu slouží automatická procedura, která spočívá v hledání maximální hodnoty holografického signálu, a to za pomocí řízené změny délky větví pomocí prodlužovacích prvků a řízeného sesazování obrazů větví na sebe v laterálním směru pomocí vychylovacích prvků, jež mohou být součástí libovolné ze zobrazovacích soustav 5.1, 5.2, 8.1 a 8.2 a změnou zvětšení libovolné ze zobrazovacích soustav 5.1, 5.2, 8.1 a 8.2.

Holografický signál lze odvodit z teorie interference záření. Interferenční strukturu, která vzniká v libovolném bodě P (daným vektorem q_t s počátkem v průsečíku výstupní obrazové roviny 10 s osou 11 nultého řádu difrakční mřížky) výstupní obrazové roviny 10 pro ozáření jedním bodem polní roviny 2 a zářením o frekvenci v lze popsat pomocí vztahu [1,2] í(Qt.v) = IuíC^v) + u₂(q_t,v)exp(2nif_ox)\² = = |U1 Oh'^v) I² + \u2(qt,v)exp(2mfox)\² + u^q^u^qt, v)exp(-2mfox) + (1) +ui(q_tl v)u₂(q_t, v)exp(2mf_ox), kde u_}(q_h v) je komplexní amplituda vlny prvé větve a Ui(q_h v)exp(2nif_ox) je komplexní amplituda vlny druhé větve. Fázor expflitifoX) udává fázový posuv vzniklý sklonem interferující vlny oproti normále výstupní obrazové roviny 10, přičemž/) je nosná frekvence interferogramu ve výstupní obrazové rovině 10 ax je souřadnice ve výstupní obrazové rovině W. Předpokládáme-li, že záření v polní rovině je prostorově zcela nekoherentní, lze pro vyjádření interferenční struktury vytvářené všemi frekvencemi záření v a všemi body polní roviny 2 využít Hopkinsova vztahu [3] /(<h) = ff_s f₀°°^i(qt> v)|² dvdS + /fsf0°^(qhv)exp(2m^x)|² dvdS + + exp^nifox) JJS J” Ui (q_t, v^u₂(q_t, v)dvdS + (2) + exp(2mf_ox) JJ_S J“ uj (q_t, v)u₂ (q_t· v)dvdS.

Třetí člen (případně i čtvrtý člen, který je vůči třetímu komplexně sdružený) je při numerickém zpracování obrazu oddělen z celkové intenzity fourierovskými metodami s využitím nosné prostorové frekvence /₀, o níž předpokládáme, že nezávisí na poloze bodu polní roviny 2, ani na frekvenci záření. Takto získaný člen je hledaným holografickým signálem.

w(q_t) = JJ_S f th (q_t, v)u₂(q_t, v)dvdS. (3)

Mají-li obě větve interferometru shodné optické délky, shodné celkové zvětšení a zároveň s předpokladem, že interferometr je rozladěn, tzn. osa svazku prvé větve a osa svazku druhé větve neprotíná výstupní obrazovou rovinu 10 ve stejném místě, lze holografický signál dle [2] zapsat w(q_t;q_f) = ff_s f Ui (q_t - q_f, v)t^(q_t, v)dvdS, (4) kde qf je vektor posunu obou svazků výstupní obrazové rovině 10. Vztah (4) popisuje velikost holografického signálu a současně funkci vzájemné intenzity za předpokladu shodné doby šíření

-8CZ 305665 B6 svazku v obou větvích a nabývá maxima (včetně svého modulu), je-li q_f= 0. Mají-li obě sesazené větve stejná celková zvětšení a nemají-li shodné optické délky, vzniká pro každou frekvenci záření fázový posuv Φ(ν) a holografický signál dostává tvar ^w(Qt) = Jí_sÍq Wi <Λνv)u2(q_t,v)exp[-/0(v)]dvd$, (5) kde Φ(ν) je úměrné (2xALv)/c pro rozdíl optických délek AL a rychlost světla ve vakuu c. Modul signálu nabývá svého maxima, když jsou optické délky obou větví shodné. V případě, že jsou obě větve interferometru sesazené, mají stejné optické délky a mají rozdílná zvětšení, nabývá holografický signál tvar ^w^t) = ff_s Íq (21 q_{ti v}) ui(q_{t> v})dvdS, (6) kde je celkové zvětšení prvé větve a m₂ je celkové zvětšení druhé větve. Vztah (6) odpovídá výrazu (4) pro zcq_t = q_t-qf

Její hodnoty odpovídají funkci vzájemné koherence ovšem v každém bodě pole pro jiný posuv q_{, kde qf=f(mi, m2, q,). Předpokládáme-li, že v případě shodného zvětšení závisí funkce vzájemné koherence pouze na vzdálenosti příslušných bodů v obrazové rovině, lze navozením rozdílných zvětšení tuto funkci proměřit pomocí jediného snímku s proměnným qf. Pak modul holografického signálu nabývá maxima, je-li qfm\, m₂, q!) = 0 [2],

Holografický signál je vhodnou veličinou pro nastavení mikroskopu, protože, jak je ukázáno výše, má maximální hodnotu modulu pro naladění mikroskop (stejné optické délky obou větví, obě větve mají stejná celková zvětšení a interferující vlny nejsou ve výstupní rovině vůči sobě posunuty). Budeme-li uvažovat superpozici již popsaných vlivů, lze holografický signál obecně stanovit jako = ÍLÍq^ui “ ¢/)-^v] U2(q_t>v)exp[^(v)]dvdS. (7)

Rekonstrukce holografického signálu je založena na fourierovské filtraci. Schematicky je tento proces zaznamenán na obr. 9. Holografický záznam na CCD je převeden 2-D rychlou Fourierovou transformací (FFT) do spektra prostorových frekvencí. V tomto spektru je proveden výřez se středem v nosné frekvenci. Velikost okna výřezu odpovídá maximální frekvenci přenesené objektivem. Počátek souřadnic ve 2-D prostoru frekvencí je přesunut do středu okna výřezu. Kvůli apodizaci se pak tento výřez násobí váhovou funkcí (např. Hannigova funkce). Holografický signál se pak získá z takto separovaného a vynásobeného spektra inverzní FT, konkrétně 2-D rychlou inverzní FT (IFFT.) Existují ovšem i jiné využitelné, odborníkovi zřejmé, matematické metody. Výsledkem je tedy digitalizovaná funkce w_D, která je velmi dobrým přiblížením skutečné funkce holografického signálu w. Vypočtenou funkci w_D budeme nazývat identicky holografickým signálem. Funkce Wd je komplexní funkcí, jejíž absolutní hodnotu udává amplituda holografického signálu, zatímco její fáze odpovídá fázovému rozdílu způsobenému rozdílem optických drah referenční a předmětové větve v daném bodě.

V každém konfiguraci naladění mikroskopu lze popsanou metodou získat funkci wd a její střední hodnotu w_D nazveme jako A, tj.

= = (8)

N_x a N_y je rozměr okna ve směru x respektive y v pixelech. Za naladěný považujeme mikroskop tehdy, dosahuje-li hodnota A maximální hodnoty. Tento vynález se však neomezuje pouze na kritérium Λ ve formě střední hodnoty holografíckého signálu. Veličina Λ může být reprezentována například i střední hodnotou holografíckého signálu, střední hodnotou holografíckého signálu vůči šumu holografíckého signálu, hodnotou holografíckého signálu vůči šumu holografíckého

-9CZ 305665 B6 signálu, střední hodnotou spektra v malé oblasti okolo nosné frekvence, střední hodnotou spektra v malé oblasti okolo nosné frekvence vůči šumu hodnot spektra, hodnotou spektra v malé oblasti okolo nosné frekvence, nebo hodnotou spektra v malé oblasti okolo nosné frekvence vůči šumu hodnot spektra.

Způsob automatického seřízení tedy slouží k naladění interferometru mikroskopu a dělí se do tří kroků. V prvním kroku se provede ladění, při kterém dochází ke značné eliminaci vlivu poměru zvětšení velikosti vektoru ^ya fázového posuvu φ(ν) tak, aby byla zajištěna alespoň minimální interference záření jdoucího referenční větví se zářením předmětové větve, tedy dala se odečíst základní minimální hodnota veličiny A, kterou označíme A_mi„. V druhém kroku proběhne hledání maximální hodnoty veličiny A, kterou označíme A_max nastavováním optimálních hodnot mi, m2, qj, φ(ν). V tomto kroku je pro všechny úkony využito měření velikosti veličiny A. Posledním krokem je dlouhodobé udržování získaného maxima průměrné hodnoty veličiny A například pro experimenty s živými preparáty, kdy je zapotřebí eliminovat vnější vlivy prostředí (např. teplotní fluktuace).

V prvním kroku jde o hrubé ladění mikroskopu, takže pro úplnost popisu vycházíme ze stavu, kdy je mikroskop zcela rozladěn. Záměrný obrazec 13, jehož příklad je uveden na obrázku 10, je mechanicky vsunut do polní roviny 2 nebo jejího okolí, případně do rovin k ní opticky sdružených, např. obrazových rovin 3.10 a 3.20, nebo jejich okolí, a je zobrazován do výstupní obrazové roviny 10 interferometru, tedy na CCD čipu kamery oběma větvemi interferometru. Obrazy záměrného obrazce 13 jsou zobrazeny s různým zvětšením a jsou vůči sobě vzájemně laterálně posunuty v rovině výstupní obrazové roviny JO. Odborníkovi znalému této oblasti techniky je zřejmé, že záměrný obrazec 13 může mít v podstatě libovolnou podobu.

Předmětová větev obsahuje předmětovou závěrku a referenční větev obsahuje referenční závěrku, které slouží k zamezení průchodu záření danou větví. Po uzavření referenční závěrky je přenesen a zaznamenán automaticky doostřený obraz záměrného obrazce 13 vytvořený pouze předmětovou větví. Poté jsou závěrky přepnuty do opačné pozice a je zaznamenán automaticky doostřený obraz záměrného obrazce 13 vytvořený pouze referenční větví. K automatickému ostření lze využít ostření libovolné optické zobrazovací soustavy příslušné větve a k hodnocení ostrosti obrazu lze využít vhodné softwarové metody (např. VAR - metoda variance rozložení hodnot šedi). Dále je porovnána velikost obou pořízených obrazů í/13.1 a d^.2 záměrného obrazce 13. Není-li d = 0 (d = d\2.1 - ď|₃ 2), tak je měněno zvětšení (ohnisková vzdálenost) alespoň jedné ze zobrazovacích soustav 5.1, 5.2, 8.1, 8.2 a je dorovnán tento rozdíl, jak je znázorněno na vývojovém diagramu z obrázku 10. Změna zvětšení se obvykle provádí zoomovacím objektivem nebo jiným zoomovacím prvkem, který může být proveden jako libovolná ze zobrazovacích soustav 5.1, 5.2, 8.1, 8.2 či může být její součástí, tedy libovolným prvkem s proměnlivou ohniskovou vzdáleností. Tímto postupem je zajištěno výchozí nastavení hodnot zvětšení m\ a m2 pro druhý krok nastavení.

Podobně je postupováno při zajištění interference záření z pohledu velikosti vektoru qj, což je vektor laterálního posunu obou svazků v rovině výstupní obrazové roviny 10 dle vztahu (4). Toto je znázorněno na obrázku 11. Jsou opět pořízeny snímky záměrného obrazce 13 zvlášť oběma větvemi a jsou určeny souřadnice poloh předmětového obrazu 13.1 záměrného obrazce [xis.h y_l3l] a referenčního obrazu 13.2 záměrného obrazce [χ^; yu.J na detektoru. Polohy obou obrazů jsou od sebe odečteny a vynásobeny konstantou M, pomocí které je přepočtena jejich vzájemná vzdálenost v pixelech ve výstupní obrazové rovině 10 interferometru na reálnou vzdálenost Δ[Δ_χ;Αβ, o kterou se přemístí vychylovací prvek. Tím dojde k sesazení obrazů v rovině 10.

Pro zajištění interference záření z pohledu rozdílu optických drah větví interferometru, tedy velikosti jejich vzájemného fázového posuvu φ(ν) dle vztahu (5). Pomocí změny délky optické dráhy alespoň jednoho prodlužovacího prvku 12 je hledána hodnota Λ, která je větší než stanovená minimální hodnota A_mi„, kterou lze pro mikroskop snadno určit při manuálním ladění jako hodnotu

-10CZ 305665 B6 signálu, kdy začne být patrná interferenční struktura na detektoru. Optická dráha je měněna plynule v daném rozsahu pohybů prodlužovacích prvků.

Ve druhém kroku sloužícím k jemnému nastavení je pro maximální dosažitelné vyladění mikroskopu zapotřebí najít maximum veličiny A. To se dělá pomocí tří postupů.

První postup slouží k nastavení stejného zvětšení obou větví interferometru. Jsou-li zvětšení přibližně stejná, tak po provedení předchozího kroku seřizování dochází k interferenci záření alespoň v okolí průsečíku optické osy 11 s výstupní obrazovou rovinou JO, protože, jak vyplývá ze vztahů (6) a (6.1), holografícký signál w(^_t) je nezávislý na poměru zvětšení — pro q_{ roven nule, 7712 přičemž q_{ je tedy vektor s počátkem v průsečíku optické osy 11 a výstupní obrazové roviny ]0. Aby byla interference v zorném poli homogenní, lze porovnávat velikosti veličiny A ve výřezech zorného pole v průsečíku osy s výstupní obrazovou rovinou 10 a z okraje zorného pole a přitom měnit zvětšení alespoň jedné ze zobrazovacích soustav 5.1, 5.2, 8.1, 8.2. Tímto postupem lze snadno zaručit stejné zvětšení v obou větvích interferometru.

Druhý postup slouží ke zmenšení vzájemného posunu qf interferujících vln, což je prováděno pomocí posunu vychylovacího prvku. Při provedení takového 2D skenu vyosováním vychylovacího prvku kolem optické osy a jeho opakováním pro různé rozdíly optické dráhy prodlužovacího prvku 12 lze nalézt maximum veličiny A skenu vždy v té samé pozici vychylovacího prvku bez ohledu na rozdíl optických drah. Příklady obrázků vzniklých při takovém postupu jsou znázorněny na obrázku 12, kde je normovaný záznam hodnot veličiny A pro skeny vytvořené vyosováním vychylovacího prvku s krokem 0,005 mm. Mezi skeny byl změněn rozdíl optických drah větví interferometru o krok 0,005 mm. Sken 6 obsahuje maximální hodnotu A v tomto měření.

Maximální hodnotu A ve skenu, který odpovídá qf, lze najít několika přístupy. Buďto vytvořením 2D skenu a následným nalezením jeho maximální hodnoty A, nebo lze využít iterační metody vhodné pro hledání maximální hodnoty A ve dvoudimenzionálním poli (například gradientní metoda).

Třetí postup slouží k eliminaci vlivu rozdílných optických délek větví interferometru, tedy vlivu φ(ν). Vliv velikosti fázoru φ(ν) a tedy rozdílu optických drah obou větví interferometru na holografický signál w(q() dle vztahu (5) lze plně kompenzovat změnou optické délky alespoň jednoho prodlužovacího prvku ]2, při níž je průběžně odečítána aktuální hodnota A, viz obrázek 13. Metodika je znázorněna na 2D skenech provedených vychylovací soustavou s krokem 0,001 mm při různých rozdílech délek optických drah větví interferometru s krokem 0,001 mm při shodných zvětšeních obou větví interferometru. Sken 5 obsahuje maximální hodnotu A_max - plně naladěný stav interferometru.

Tři postupy popsané v druhém kroku jsou založeny na tom, že metoda hledá ostré maximum veličiny A. Proto je lze provádět postupně, v libovolném pořadí je kombinovat a případně je i opakovat, aby bylo zaručeno nalezení maximální průměrné hodnoty holografického signálu A.

Ve třetím kroku jde o dlouhodobé udržení naladěného stavu interferometru tak, aby byla udržována maximální hodnota A_max. Proto je automaticky ve stanovených časových intervalech a se stanoveným krokem skenováno kolem aktuální pozice vychýlením vychylovacího prvku měněna délka optické dráhy alespoň jednoho prodlužovacího prvku 12 kolem jeho aktuální optické dráhy a měněno zvětšení alespoň jedné ze zobrazovacích soustav 5.1, 5.2, 8.1, 8.2 kolem jejího aktuálního zvětšení.

Tento způsob naladění mikroskopu lze využít i u množství jiných typů známých interferometrických systémů, například u všech uvedených v dosavadním stavu techniky.

-11 CZ 305665 B6

Přestože byl vynález popsán ve vztahu kjeho výhodným provedením, tak je možné uskutečnit mnoho jiných možných úprav a variant spadajících do rozsahu ochrany tohoto vynálezu. Proto se předpokládá, že se uvedené patentové nároky vztahují i na tyto úpravy a varianty spadající do skutečného rozsahu ochrany vynálezu.

Claims

1. Interferometrický systém pro vytvoření hologramu s prostorovou nosnou frekvencí zahrnující zdroj (1) záření s nízkou koherencí, za nímž se nachází polní rovina (2) opticky konjugovaná s výstupní obrazovou rovinou (10), dělič (4) svazku pro rozdělení svazku záření do dvou oddělených větví interferometru, předmětovou větev s množinou optických prvků, referenční větev s množinou optických prvků, difrakční mřížku (7), prodlužovací prvek (12), přenosovou soustavu odražečů a detektor umístěný ve výstupní obrazové rovině (10), přičemž systém je uzpůsoben tak, že rozdíl mezi dobou šíření záření v předmětové a v referenční větvi je menší než koherenční doba použitého záření, a to od polní roviny (2) až po výstupní obrazovou rovinu (10), zvětšení v předmětové a v referenční větvi od polní roviny (2) až po výstupní obrazovou rovinu (10) je přibližně stejné a že předmětový výstupní obraz (8.10) vytvořený předmětovou větví ve výstupní obrazové rovině (10) a referenční výstupní obraz (8.20) vytvořený referenční větví ve výstupní obrazové rovině (10) se v podstatě překrývají, čímž je zajištěna interference záření z obou těchto větví, přičemž množina optických prvků předmětové větve zahrnuje první objektiv (5.12), jehož optické vlastnosti zahrnují jmenovitou ohniskovou vzdálenost a jmenovitou numerickou aperturu, vyznačující se tím, že alespoň jedna z uvedených optických vlastností kteréhokoliv z množiny optických prvků referenční větve se liší od uvedených odpovídajících optických vlastností prvního objektivu (5.12).

2. Interferometrický systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že množina optických prvků referenční větve zahrnuje druhý objektiv (5.22), přičemž alespoň jedna z uvedených optických vlastností druhého objektivu (5.22) se liší od uvedených optických vlastností prvního objektivu (5.12).

3. Interferometrický systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že množina optických prvků referenční větve nezahrnuje objektiv.

4. Interferometrický systém podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že předmětová větev obsahuje předmětovou vstupní zobrazovací soustavu (5.1), která zahrnuje první kondenzor (5.11), sledovaný objekt (5.14) v předmětové rovině (5.13) mikroskopu a první objektiv (5.12) pro vytvoření obrazu sledovaného objektu (5.14) s využitím záření prošlého tímto sledovaným objektem (5.14).

5. Interferometrický systém podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že předmětová větev obsahuje předmětovou vstupní zobrazovací soustavu (5.1), která zahrnuje sledovaný objekt (5.14) v předmětové rovině (5.13) mikroskopu a první objektiv (5.12) pro vytvoření obrazu sledovaného objektu (5.14) s využitím záření odraženého od tohoto sledovaného objektu (5.14).

6. Interferometrický systém podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že zahrnuje alespoň tři z množiny zobrazovacích soustav zahrnující předmětovou vstupní zobrazovací soustavu (5.1), referenční vstupní zobrazovací soustavu (5.2), předmětovou výstupní zobrazovací soustavu (8.1) a referenční výstupní zobrazovací soustavu (8.2).

- 12CZ 305665 B6

7. Interferometrický system podle kteréhokoliv z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že zahrnuje předmětovou výstupní zobrazovací soustavu (8.1) a referenční výstupní zobrazovací soustavu (8.2), které mají alespoň jeden optický prvek společný.

8. Interferometrický systém podle kteréhokoliv z nároků laž7, vyznačující se tím, že difrakční mřížka (7) je provedena jako transmisní difrakční mřížka (7).

9. Interferometrický systém podle kteréhokoliv z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že zahrnuje prvek s proměnlivou ohniskovou vzdáleností.

10. Způsob naladění interferometrického systému podle kteréhokoliv z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že zahrnuje krok umístění záměrného obrazce (13) do optické cesty svazku, poté v libovolném pořadí pro každou z větví samostatně krok zaznamenání obrazu záměrného obrazce (13) vytvořeného pouze předmětovou větví a krok zaznamenání obrazu záměrného obrazce (13) vytvořeného pouze referenční větví, poté krok porovnání velikosti obou těchto obrazů a poté krok změny zvětšení pomocí prvku s proměnlivou ohniskovou vzdáleností.

11. Způsob naladění interferometrického systému podle kteréhokoliv z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že zahrnuje krok umístění záměrného obrazce (13) do optické cesty svazku, poté v libovolném pořadí pro každou z větví samostatně krok zaznamenání obrazu záměrného obrazce (13) vytvořeného pouze předmětovou větví a krok zaznamenání obrazu záměrného obrazce (13) vytvořeného pouze referenční větví, poté krok určení posunutí těchto obrazů vůči sobě a poté krok zmenšení vzájemného posunu obrazu vytvořeného předmětovou větví a obrazu vytvořeného referenční větví ve výstupní obrazové rovině (10) pomocí vychylovacího prvku.

12. Způsob naladění interferometrického systému podle kteréhokoliv z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že zahrnuje krok změření velikosti veličiny A v prvním výřezu zorného pole a ve druhém výřezu zorného pole, přičemž první výřez zorného pole je umístěn blíže průsečíku optické osy (11) s výstupní obrazovou rovinou (10) než druhý výřez zorného pole, poté krok porovnání velikosti těchto veličin A a poté krok změny zvětšení pomocí prvku s proměnlivou ohniskovou vzdáleností, přičemž veličina A je reprezentována střední hodnotou holografického signálu, hodnotou holografíckého signálu vůči šumu holograflckého signálu, hodnotou spektra v malé oblasti okolo nosné frekvence, nebo hodnotou spektra v malé oblasti okolo nosné frekvence vůči šumu hodnot spektra.

13. Způsob naladění interferometrického systému podle kteréhokoliv z nároků 1 až 12, vyznačující se tím, že zahrnuje krok změření velikosti veličiny A v první poloze vychylovacího prvku, poté krok posunu vychylovacího prvku, poté krok změření velikosti veličiny A ve druhé poloze vychylovacího prvku a poté krok porovnání těchto veličin A a poté krok zmenšení vzájemného posunu obrazu vytvořeného předmětovou větví a obrazu vytvořeného referenční větví ve výstupní obrazové rovině (10) pomocí vychylovacího prvku, přičemž veličina A je reprezentována střední hodnotou holografického signálu, hodnotou holografického signálu vůči šumu holografíckého signálu, hodnotou spektra v malé oblasti okolo nosné frekvence, nebo hodnotou spektra v malé oblasti okolo nosné frekvence vůči šumu hodnot spektra.

14. Způsob naladění interferometrického systému podle kteréhokoliv z nároků 1 až 13, vyznačující se tím, že zahrnuje krok změření velikosti veličiny A při nastavení první délky prodlužovacího prvku (12), poté krok změny optické délky prodlužovacího prvku (12), poté krok změření velikosti veličiny A při nastavení druhé optické délky prodlužovacího prvku (12) a poté krok porovnání těchto veličin A a poté zmenšení rozdílu doby šíření záření v předmětové a v referenční větvi a to od polní roviny (2) až po výstupní obrazovou rovinu (10) pomocí prodlužovacího prvku (12), přičemž veličina A je reprezentována střední hodnotou holografíckého signálu, hodnotou holografického signálu vůči šumu holografíckého signálu, hodnotou spektra

- 13 CZ 305665 B6 v malé oblasti okolo nosné frekvence, nebo hodnotou spektra v malé oblasti okolo nosné frekvence vůči šumu hodnot spektra.

15. Způsob naladění interferometrického systému podle kteréhokoliv z nároků 10 až 14, vyznačující se tím, že kterékoliv kroky uvedené v nárocích 10 až 14 jsou prováděny opakovaně.