RU2536764C1 - Method of interference microscopy - Google Patents
Method of interference microscopy Download PDFInfo
- Publication number
- RU2536764C1 RU2536764C1 RU2013138143/28A RU2013138143A RU2536764C1 RU 2536764 C1 RU2536764 C1 RU 2536764C1 RU 2013138143/28 A RU2013138143/28 A RU 2013138143/28A RU 2013138143 A RU2013138143 A RU 2013138143A RU 2536764 C1 RU2536764 C1 RU 2536764C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- beam splitter
- beams
- optical
- interference
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к микроскопии и может быть использовано в биологии, медицине, машиностроении, оптическом приборостроении.The present invention relates to microscopy and can be used in biology, medicine, mechanical engineering, optical instrumentation.
Известны способы интерференционной микроскопии, см., например, М. Франсон «Фазово-контрастный и интерференционный микроскоп», М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1960. Они предназначены для исследования фазовых объектов.Known methods of interference microscopy, see, for example, M. Franson "Phase-contrast and interference microscope", M .: State publishing house of physical and mathematical literature, 1960. They are designed to study phase objects.
Фазовые объекты, прозрачные для излучения видимого оптического диапазона, широко распространены как в промышленности, так и в биологии и медицине. К ним относятся различные полимерные пленки, кристаллы, оптические микродетали, оптоволоконные изделия, и, наконец, биологические объекты - клетки и др. Эти объекты описываются трехмерным (3D) пространственным распределением показателя преломления, с которым связаны плотность, температура, концентрация и другие физические параметры объекта (Ч. Вест. Голографическая интерферометрия. М.: Мир, 1982).Phase objects transparent to visible optical radiation are widespread both in industry and in biology and medicine. These include various polymer films, crystals, optical micro-parts, fiber-optic products, and, finally, biological objects - cells, etc. These objects are described by three-dimensional (3D) spatial distribution of the refractive index, which is associated with density, temperature, concentration and other physical parameters object (Ch. West. Holographic interferometry. M .: Mir, 1982).
При изучении фазовых объектов встает задача их визуализации, так как они обычно прозрачны для зондирующего излучения. На сегодняшний день широко известны следующие способы визуализации фазовых микрообъектов:When studying phase objects, the task arises of visualizing them, since they are usually transparent to probe radiation. To date, the following methods for visualizing phase microobjects are widely known:
- способ фазового контраста, называемый также методом Цернике, состоящий в том, что фазовый сдвиг в световом пучке, проходящем через фазовый объект, преобразуется в изменение яркости изображения (Bennett, A., Osterberg, H, Jupnik, H. and Richards, О., Phase Microscopy: Principles and Applications, John Wiley and Sons, Inc., New York, 1951);- a phase contrast method, also called the Zernike method, consisting in the fact that the phase shift in the light beam passing through the phase object is converted into a change in the brightness of the image (Bennett, A., Osterberg, H, Jupnik, H. and Richards, O. Phase Microscopy: Principles and Applications, John Wiley and Sons, Inc., New York, 1951);
- способ интерференционного контраста, состоящий в том, что световой пучок разделяется на два пучка, один из которых проходит сквозь фазовый объект, а второй минует его; интерференция обоих пучков позволяет обнаружить и измерить оптическую разность хода, внесенную фазовым объектом (Hariharan P., Optical Interferometery, 2nd ed., Academic Press, 2003);- a method of interference contrast, consisting in the fact that the light beam is divided into two beams, one of which passes through the phase object, and the second passes it; the interference of both beams makes it possible to detect and measure the optical path difference introduced by the phase object (Hariharan P., Optical Interferometery, 2 nd ed., Academic Press, 2003);
- способ дифференциально-интерференционного контраста (метод Номарского, DIC), состоящий в том, что поляризованный световой пучок разделяется на два ортогонально поляризованных когерентных пучка, которые проходят через фазовый объект оптическими путями различной длины, сводятся и интерферируют (Murphy, D., Differential interference contrast (DIC) microscopy and modulation contrast microscopy, in Fundamentals of Light Microscopy and Digital Imaging, Wiley-Liss, New York, 2001);- a method of differential interference contrast (Nomarsky method, DIC), which consists in the fact that a polarized light beam is divided into two orthogonally polarized coherent beams, which pass through a phase object by optical paths of different lengths, are reduced and interfere (Murphy, D., Differential interference contrast (DIC) microscopy and modulation contrast microscopy, in Fundamentals of Light Microscopy and Digital Imaging, Wiley-Liss, New York, 2001);
- способ темного поля, состоящий в том, что для формирования изображения фазового объекта регистрируются только световые пучки, рассеянные этим объектом (Роскин Г.И., Микроскопическая техника, М.: Изд. «Советская наука», 1946);- a dark field method, consisting in the fact that only light beams scattered by this object are recorded to form an image of a phase object (G. Roskin, Microscopic technique, M .: Publishing house "Soviet Science", 1946);
- способ поляризационного контраста, состоящий в том, что анизотропный фазовый объект помещается между двух поляризационных фильтров, плоскость поляризации одного из которых повернута на 90° относительно другого; через второй фильтр проходят только те световые пучки, плоскость поляризации которых оказалась повернутой фазовым объектом (Роскин Г.И., Микроскопическая техника, М.: Изд. «Советская наука», 1946).- a method of polarization contrast, consisting in the fact that an anisotropic phase object is placed between two polarization filters, the plane of polarization of one of which is rotated 90 ° relative to the other; only those light beams pass through the second filter, the plane of polarization of which turned out to be a rotated phase object (G. Roskin, Microscopic Technique, M.: Sovetskaya Nauka Publishing House, 1946).
Общим недостатком перечисленных и других подобных способов измерения характеристик фазовых объектов является сложность реализации на практике из-за высоких требований к юстировке интерферометра и, как следствие, невысокая надежность и стабильность способа, недостаточно высокая точность измерений.A common drawback of the listed and other similar methods for measuring the characteristics of phase objects is the difficulty of implementation in practice due to the high requirements for alignment of the interferometer and, as a result, the low reliability and stability of the method, insufficiently high measurement accuracy.
В настоящее время при исследованиях требуется не только наблюдать и оценивать различные геометрические параметры (площадь, периметр), но и проводить измерения их локальных и интегральных характеристик.Currently, research requires not only to observe and evaluate various geometric parameters (area, perimeter), but also to measure their local and integral characteristics.
Количественные исследования характеристик фазовых объектов можно проводить с помощью способа интерференционной микроскопии, так как только он позволяет измерять оптическую разность хода (ОРХ). Другие способы позволяют либо визуализировать, либо измерять производную по направлению от ОРХ (метод дифференциально-интерференционного контраста).Quantitative studies of the characteristics of phase objects can be carried out using the method of interference microscopy, since only it allows you to measure the optical path difference (ORX). Other methods allow you to either visualize or measure the derivative in the direction from ORX (differential interference contrast method).
Для формирования объектного и опорного пучков в способе интерференционной микроскопии обычно использовались двулучевые схемы интерферометров Майкельсона и Маха-Цендера (А.Н. Захарьевский, А.Ф. Кузнецова. Интерференционные биологические микроскопы. Цитология, 1961).To form the object and reference beams in the method of interference microscopy, two-beam Michelson and Mach-Zehnder interferometers were usually used (AN Zakharyevsky, AF Kuznetsova. Biological interference microscopes. Cytology, 1961).
Основной недостаток двухлучевых схем интерференционной микроскопии состоит в необходимости использования когерентного излучения. Это ведет к большим шумам в интерферограммах и, как следствие, к повышению погрешности реконструкции фазы из интерферограмм. Разнесение в пространстве объектной и опорной ветвей ведет также к тому, что идущие в них лучи по разному реагируют на вибрацию и температурные колебания, что сильно ухудшает виброустойчивость интерференционной микроскопии.The main disadvantage of double-beam interference microscopy schemes is the need to use coherent radiation. This leads to large noise in the interferograms and, as a result, to an increase in the error in the reconstruction of the phase from interferograms. The separation in space of the object and support branches also leads to the fact that the rays going into them react differently to vibration and temperature fluctuations, which greatly impairs the vibration resistance of interference microscopy.
Современная тенденция в интерференционной микроскопии - это переход к некогерентному свету от обычной галогеновой лампы или от светодиода с малой длиной когерентности. Это позволяет существенно уменьшить характерные для когерентного излучения шумы (спекл-шум и т.п.). Применение источников излучения с малой длиной когерентности ведет к необходимости использования схем интерферометров с совмещенными объектной и опорной ветвями. Такие интерферометры обычно скомпенсированы на белый свет, т.е. оптическая разность хода в центре поля зрения равна нулю.The current trend in interference microscopy is the transition to incoherent light from a conventional halogen lamp or from an LED with a short coherence length. This allows one to significantly reduce the noise characteristic of coherent radiation (speckle noise, etc.). The use of radiation sources with a short coherence length leads to the necessity of using interferometer circuits with combined object and reference branches. Such interferometers are usually compensated for by white light, i.e. the optical path difference in the center of the field of view is zero.
Известен способ интерференционной микроскопии, описанный в работе В. Bhaduri et al. "Diffraction phase microscopy with white light". Optics Letters, Vol.37, №6, PP.1094-1096, 2012. Он заключается в том, что исследуемый микрообъект освещают некогерентным излучением от галогеновой лампы, которое используют для формирования увеличенного изображения микрообъекта в передней фокальной плоскости 4f оптической системы. Излучение, поступившее в 4f оптическую систему, пропускают через дифракционную решетку, которая производит множество пучков, содержащих всю информацию об объекте, а затем направляют эти пучки на первый фурье-объектив и формируют в общей фокальной плоскости излучение в виде совокупности дифракционных порядков. Излучение нулевого порядка дифракции пропускают через амплитудный фильтр пространственных частот, состоящий из точечной диафрагмы, совмещенной с оптической осью, и формируют из него опорный пучок, а излучение более высоких порядков дифракции пропускают через амплитудный фильтр пространственных частот в виде большой прямоугольной диафрагмы, которая полностью пропускает излучение, и формируют из него объектный пучок. Далее излучение направляют на второй фурье-объектив, после которого образуются два плоских пучка под небольшим углом и формируют в задней фокальной плоскости 4f оптической системы интерференционное изображение микрообъекта в полосах конечной ширины, которое регистрируют и используют для вычисления двумерного распределения оптической разности хода излучения.A known method of interference microscopy, described in the work of B. Bhaduri et al. "Diffraction phase microscopy with white light." Optics Letters, Vol. 37, No. 6, PP.1094-1096, 2012. It consists in the fact that the investigated microobject is illuminated with incoherent radiation from a halogen lamp, which is used to form an enlarged image of the microobject in the front focal plane 4f of the optical system. The radiation received in the 4f optical system is passed through a diffraction grating, which produces many beams containing all the information about the object, and then these beams are directed to the first Fourier lens and form radiation in the common focal plane as a set of diffraction orders. Radiation of the zeroth diffraction order is passed through an amplitude spatial frequency filter consisting of a point diaphragm aligned with the optical axis and a reference beam is formed from it, and radiation of higher diffraction orders is passed through an amplitude spatial frequency filter in the form of a large rectangular diaphragm that completely transmits radiation , and form an object bundle from it. Next, the radiation is directed to a second Fourier lens, after which two plane beams are formed at a small angle and form in the rear focal plane 4f of the optical system an interference image of a micro-object in bands of finite width, which is recorded and used to calculate the two-dimensional distribution of the optical difference in the radiation path.
Данный способ, по сути, представляет собой способ двухлучевой интерферометрии Маха-Цендера, в котором опорный пучок формируется из излучения, прошедшего через точечную диафрагму, а второй объектный - из излучения в 1-ом и более высоких порядках дифракции. Недостаток данного способа интерференционной микроскопии заключается в том, что объектный и опорный пучки формируются на входе в 4f систему и поэтому они проходят разные пути в свободном воздушном пространстве. Следовательно, они по-разному будут подвержены флуктуациям воздуха, что ведет к нестабильности интерференционной картины. Другой недостаток состоит в том, что при расшифровке интерференционной картины и вычислении двумерного распределения оптической разности хода излучения можно применять только алгоритм Фурье. Более точный метод -метод фазового сдвига - требует изменения оптической длины пути одного из пучков опорного или объектного, что трудно сделать в данном способе.This method, in fact, is a double-beam Mach-Zehnder interferometry method in which the reference beam is formed from radiation transmitted through a point aperture, and the second object beam from radiation in the 1st and higher diffraction orders. The disadvantage of this method of interference microscopy is that the object and reference beams are formed at the entrance to the 4f system and therefore they pass different paths in free air space. Therefore, they will be subject to air fluctuations in different ways, which leads to instability of the interference pattern. Another disadvantage is that when deciphering the interference pattern and calculating the two-dimensional distribution of the optical difference of the radiation path, only the Fourier algorithm can be used. A more accurate method — the phase shift method — requires changing the optical path length of one of the reference or object beams, which is difficult to do in this method.
Известен другой способ интерференционной микроскопии, описанный в работе Z.Wang et.al. "Spatial light interference microscopy (SLIM)", Optics Express, Vol.19, No.2, PP.1016-1028, 2011. Он, как и предыдущий способ интерференционной микроскопии, состоит в том, что исследуемый микрообъект освещают некогерентным излучением, которое используют для формирования увеличенного изображения микрообъекта в передней фокальной плоскости 4f оптической системы. Излучение, поступившее в 4f оптическую систему, проходит первый фурье-объектив и направляют на фазовый пространственный фильтр, работающий на отражение, установленный в общей фокальной плоскости 4f оптической системы. Фильтр выполнен в виде чисто фазового пространственно-временного модулятора света, управляемого от компьютера, который сдвигает фазу нерассеянного излучения, сфокусированного вблизи оптической оси, т.е. он работает как переменный фазовый фильтр Цернике. При использовании кольцевой диафрагмы в конденсоре фазовый фильтр также имеет вид кольца. Отраженный от этой части модулятора свет формирует опорный пучок. Свет, который претерпел дифракцию на объекте, отражается от остальной части модулятора и образует объектный пучок. В результате в задней фокальной плоскости 4f оптической системы, в плоскости регистратора, сходятся два плоских пучка под нулевым углом и формируют интерферограмму, аналогичную той, которая получается при настройке интерферометра на бесконечно широкую (нулевую) полосу. Так как один из пучков света сформирован из излучения, рассеянного на объекте, то такую интерферограмму можно рассматривать как голограмму Габора. Для расшифровки интерферограммы используется четыре кадра со сдвигом фазы на π/2. Основной недостаток данного способа интерференционной микроскопии заключается в использовании дорогостоящего фазового пространственно-временного цифрового модулятора света. Другой недостаток связан с тем, что для получения количественной информации о фазовом объекте используется более сложная математическая процедура, чем в обычном методе фазового сдвига. В частности требуется дополнительная регистрация амплитудного изображения, сформированного из рассеянного излучения, нормированного на амплитуду нерассеянного излучения.There is another method of interference microscopy described in the work of Z. Wang et.al. "Spatial light interference microscopy (SLIM)", Optics Express, Vol.19, No.2, PP.1016-1028, 2011. It, like the previous method of interference microscopy, consists in the fact that the investigated microobject is illuminated with incoherent radiation, which used to form an enlarged image of a micro-object in the front focal plane 4f of the optical system. The radiation received in the 4f optical system passes through the first Fourier lens and is directed to a phase spatial filter, which operates on reflection, installed in the common focal plane 4f of the optical system. The filter is made in the form of a purely phase spatio-temporal light modulator controlled by a computer, which shifts the phase of the unscattered radiation focused near the optical axis, i.e. It works as a Zernike variable phase filter. When using an annular diaphragm in a condenser, the phase filter also has the form of a ring. The light reflected from this part of the modulator forms a reference beam. The light that has undergone diffraction on the object is reflected from the rest of the modulator and forms an object beam. As a result, in the rear focal plane 4f of the optical system, in the plane of the recorder, two plane beams converge at zero angle and form an interferogram similar to that obtained when the interferometer is tuned to an infinitely wide (zero) band. Since one of the light beams is formed from radiation scattered on the object, such an interferogram can be considered as a Gabor hologram. To decrypt the interferogram, four frames with a phase shift of π / 2 are used. The main disadvantage of this method of interference microscopy is the use of an expensive phase space-time digital light modulator. Another drawback is that a more complex mathematical procedure is used to obtain quantitative information about a phase object than in the conventional phase shift method. In particular, additional recording of the amplitude image formed from the scattered radiation, normalized to the amplitude of the unscattered radiation, is required.
Известен способ интерференционной микроскопии, описанный в работе Р. Gishovitz, N.T.Shaked "Compact and portable low-coherence interferometer with off-axis geometry for quantitative phase microscopy and nanoscopy". Optics Express, Vol.21, № 5, PP. 5701-5714, 2013, наиболее близкий к предлагаемому способу интерференционной микроскопии.A known method of interference microscopy is described by P. Gishovitz, N. T. Shaked "Compact and portable low-coherence interferometer with off-axis geometry for quantitative phase microscopy and nanoscopy". Optics Express, Vol. 21, No. 5, PP. 5701-5714, 2013, the closest to the proposed method of interference microscopy.
Этот способ интерференционной микроскопии заключается в том, что исследуемый микрообъект освещают некогерентным излучением, которое используют для формирования увеличенного изображения микрообъекта в передней фокальной плоскости 4f оптической системы, излучение, поступившее в 4f оптическую систему, направляют на первый фурье-объектив и, не доходя до общей фокальной плоскости 4f оптической системы, делят с помощью светоделителя на два пучка излучения, каждый из которых фокусируют на светоотражательных элементах, а отраженные от этих элементов пучки направляют обратно на светоделитель, причем один из пучков перед фокусировкой пропускают через точечную диафрагму, после обратного прохода через светоделитель пучки излучения направляют на второй фурье-объектив и формируют в задней фокальной плоскости 4f оптической системы интерференционное изображение микрообъекта, которое регистрируют и используют для вычисления двумерного распределения оптической разности хода излучения, прошедшего через микрообъект.This method of interference microscopy consists in the fact that the investigated microobject is illuminated with incoherent radiation, which is used to form an enlarged image of the microobject in the front focal plane 4f of the optical system, the radiation received in the 4f optical system is directed to the first Fourier lens and, not reaching the total the focal plane 4f of the optical system, is divided using a beam splitter into two radiation beams, each of which is focused on reflective elements, and reflected from these elements In this case, the beams are directed back to the beam splitter, and one of the beams is passed through a pinhole diaphragm before focusing, after passing back through the beam splitter, the radiation beams are directed to a second Fourier lens and an interference image of a micro object is recorded in the rear focal plane 4f of the optical system, which is recorded and used for calculation two-dimensional distribution of the optical difference in the path of radiation transmitted through a micro-object.
Недостаток данного способа интерференционной микроскопии заключается в трудности юстировки, вызванной тем, что светоделитель формирует два пространственно разделенных световых пучка, оси которых расположены под 90 градусов. Поэтому и два светоотражательных элемента расположены под углом 90 градусов друг к другу. Установить эти элементы точно на одном расстоянии от боковых граней светоделительного кубика очень трудно, это расстояние всегда будет разное, поэтому и всегда будет существовать оптическая разность хода между пучками.The disadvantage of this method of interference microscopy is the difficulty of adjustment, due to the fact that the beam splitter forms two spatially separated light beams, the axes of which are located at 90 degrees. Therefore, two retro-reflective elements are located at an angle of 90 degrees to each other. It is very difficult to install these elements exactly at the same distance from the side faces of the beam splitting cube, this distance will always be different, therefore, the optical path difference between the beams will always exist.
Другой недостаток данного способа интерференционной микроскопии состоит в том, что он основан на внеосевой (off-axis) интерферометрии, т.е. на выходе формируется интерференционное изображение микрообъекта в полосах конечной ширины. В этом случае для автоматической расшифровки интерферограмм и вычисления двумерного распределения оптической разности хода излучения используется алгоритм, основанный на применении двумерного преобразования Фурье к полученному изображению. Для правильной работы данного алгоритма требуется достаточно большое число интерференционных полос, не менее 50 на все поле зрения. В указанной выше работе приведена цифра 48 полос на мм. Для получения такой интерферограммы требуется излучение с достаточно большой длиной когерентности порядка 27 мкм, которое используется в данном способе интерференционной микроскопии. В этом случае полуширина полосы излучения источника света составляет всего 6,7 нм и, как следствие, увеличиваются когерентные шумы.Another disadvantage of this method of interference microscopy is that it is based on off-axis interferometry, i.e. at the output, an interference image of a microobject is formed in bands of finite width. In this case, an algorithm based on the application of the two-dimensional Fourier transform to the obtained image is used to automatically decode the interferograms and calculate the two-dimensional distribution of the optical difference in the radiation path. For the correct operation of this algorithm, a sufficiently large number of interference fringes is required, at least 50 for the entire field of view. In the above work, the figure is 48 lines per mm. To obtain such an interferogram, radiation with a sufficiently large coherence length of the order of 27 μm, which is used in this method of interference microscopy, is required. In this case, the half-width of the emission band of the light source is only 6.7 nm and, as a result, coherent noise increases.
Еще один недостаток данного способа связан с тем, что в нем используется алгоритм восстановления фазы из интерферограмм, основанный на применении двумерного преобразования Фурье к полученному изображению (М.Takeda, "Fourier fringe analysis and its application to metrology of extreme physical phenomena: a review [Invited]", Appl. Opt., V.52, №1, P.20-29, 2013). Однако метод Фурье ограничен по классу исследуемых объектов, пространственный спектр объектов не может превышать определенной величины, т.е. объекты с большими градиентами показателя преломления или перепадами высоты не восстанавливаются данным методом. Еще один недостаток метода Фурье связан с перекрытием спектров нулевого и более высоких порядков (J.F.Casco-Vasquez et al. "Fourier normalized-fringe analysis by zero-order spectrum suppression using a parameter estimation approach". Opt. Engineering, V.52, №7, 074109, 2013), а также с краевыми дифракционными эффектами. Дело в том, что любая интерферограмма задана в ограниченной области - некоторой бинарной маске, поэтому спектр исследуемого фазового объекта всегда искажен сверткой со спектром этой маски. Так как маска бинарная, то ее спектр широкий и осциллирующий, поэтому на краях области задания объекта возникают сильные искажения в восстановленном фазовом изображении.Another drawback of this method is that it uses an algorithm for recovering the phase from interferograms, based on the application of the two-dimensional Fourier transform to the resulting image (M. Takeda, "Fourier fringe analysis and its application to metrology of extreme physical phenomena: a review [ Invited] ", Appl. Opt., V.52, No. 1, P.20-29, 2013). However, the Fourier method is limited in the class of objects under study, the spatial spectrum of objects cannot exceed a certain value, i.e. objects with large gradients of the refractive index or height differences are not restored by this method. Another drawback of the Fourier method is the overlap of spectra of zero and higher orders (JFCasco-Vasquez et al. "Fourier normalized-fringe analysis by zero-order spectrum suppression using a parameter estimation approach". Opt. Engineering, V.52, no. 7, 074109, 2013), as well as with edge diffraction effects. The fact is that any interferogram is given in a limited area - a binary mask, so the spectrum of the phase object under study is always distorted by convolution with the spectrum of this mask. Since the mask is binary, its spectrum is wide and oscillating, therefore, strong distortions appear in the reconstructed phase image at the edges of the object’s target area.
Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в уменьшении уровня когерентных шумов, снижении требований к юстировке интерферометра, в повышение стабильности интерферометра, в повышении точности измерений двумерного распределения оптической разности хода.The technical problem solved by the present invention is to reduce the level of coherent noise, reduce the requirements for alignment of the interferometer, to increase the stability of the interferometer, to increase the accuracy of measurements of the two-dimensional distribution of the optical path difference.
Решение поставленной задачи в предлагаемом способе интерференционной микроскопии достигается следующим образом: исследуемый микрообъект освещают некогерентным излучением, которое используют для формирования увеличенного изображения микрообъекта в передней фокальной плоскости 4f оптической системы, излучение, поступившее в 4f оптическую систему, направляют на первый фурье-объектив и, не доходя до общей фокальной плоскости 4f оптической системы, делят с помощью светоделителя на два пучка излучения, каждый из которых фокусируют на светоотражательных элементах, а отраженные от этих светоотражательных элементов пучки направляют обратно на светоделитель, причем один из пучков в плоскости фокусировки пропускают через точечную диафрагму, после обратного прохода через светоделитель пучки излучения направляют на второй фурье-объектив и формируют в задней фокальной плоскости 4f оптической системы интерференционное изображение микрообъекта, которое регистрируют и используют для вычисления двумерного распределения оптической разности хода излучения, прошедшего через микрообъект, деление излучения выполняют с помощью светоделителя из двух идентичных призм Дове, склеенных по основаниям призм, так, чтобы полученные пучки имели нулевую разность хода, а их оптические оси были параллельны основаниям призм, далее оба пучка направляют на одно плоское зеркало, нормаль к которому параллельна плоскости, проходящей через оптические оси пучков, и составляет угол α к оптическим осям пучков, причем тот пучок, который прошел через обе призмы Дове, пропускают через точечную диафрагму, установленную в непосредственной близости к плоскому зеркалу, а после обратного прохода через светоделитель пучки излучения направляют на уголковый отражатель, ось симметрии которого параллельна основаниям призм, и регистрируют исходное интерференционное изображение, многократно смещают светоделитель и уголковый отражатель вдоль направления, перпендикулярного основаниям призм, N раз на величины di, i=1, 2, 3,…, N и регистрируют N интерференционных изображений, фаза которых по отношению к исходному интерференционному изображению изменяется на величину
Уменьшение уровня когерентных шумов достигается за счет использования некогерентного источника света с большей, чем у прототипа, полушириной полосы излучения и малой длиной когерентности. Это становится возможным, т.к. в предлагаемом способе деление излучения выполняют с помощью светоделителя из двух идентичных призм Дове, склеенных по основаниям призм, так, чтобы полученные пучки имели нулевую разность хода, т.е. реализуется осевая (on-axis) схема интерферометрии с совмещенными опорным и объектными пучками и длина когерентности может быть уменьшена до нескольких микрон.Reducing the level of coherent noise is achieved through the use of an incoherent light source with a larger half-width of the emission band and a short coherence length than the prototype. This becomes possible because in the proposed method, the radiation is divided using a beam splitter of two identical Dove prisms glued along the bases of the prisms, so that the resulting beams have a zero path difference, i.e. an on-axis interferometry scheme is implemented with combined reference and object beams, and the coherence length can be reduced to a few microns.
Снижение требований к юстировке интерферометра достигается тем, что после деления оптические оси пучков будут параллельны основаниям призм и, соответственно, друг другу, это позволяет направить оба пучка на одно плоское зеркало, и они автоматически пройдут одинаковое расстояние до этого зеркала и будут иметь нулевую разность хода. Т.к. деление излучения выполняется с помощью светоделителя из двух идентичных призм Дове, склеенных по основаниям призм, а сами призмы Дове изготовлены с высокой точностью и их склейка произведена без перекосов и наклонов (Ю.Г. Кожевников. «Оптические призмы», М.: Машиностроение, 1984), то полученные пучки имеют нулевую разность хода на выходе из светоделителя.Reducing the alignment requirements of the interferometer is achieved by the fact that after division, the optical axes of the beams will be parallel to the bases of the prisms and, accordingly, to each other, this allows you to direct both beams to one flat mirror, and they will automatically pass the same distance to this mirror and will have a zero travel difference . Because radiation is divided using a beam splitter of two identical Dove prisms glued along the base of the prisms, and the Dove prisms themselves are made with high accuracy and glued together without skewing or tilting (Yu.G. Kozhevnikov. “Optical Prisms”, M .: Mechanical Engineering, 1984), the resulting beams have a zero path difference at the output of the beam splitter.
Повышение стабильности интерферометра достигается тем, что светоделитель и плоское зеркало жестко закрепляются на общем основании, в результате чего вибрация оказывает одинаковое влияние на узлы интерферометра, что не отражается на результатах измерений.Improving the stability of the interferometer is achieved by the fact that the beam splitter and the flat mirror are rigidly fixed on a common base, as a result of which the vibration has the same effect on the nodes of the interferometer, which does not affect the measurement results.
Повышение точности измерений двумерного распределения оптической разности хода достигается тем, что в предлагаемом способе для автоматической расшифровки интерферограмм реализуется метод фазовых шагов, а не фурье-метод, как в прототипе. Известно, что метод фазовых шагов более точный, чем фурье-метод (см., например, книгу «Interfere gram analysis for optical testing» / Ed. by D. Malacara. Taylor&Francis Group, 2005, главы 7 и 8). Для реализации метода фазовых шагов многократно смещают светоделитель и уголковый отражатель вдоль направления, перпендикулярного основаниям призм, N раз на величины di, i=1, 2, 3,…, N и регистрируют N интерференционных изображений, фаза которых по отношению к исходному интерференционному изображению изменяется на величину
Возможен 2-й вариант интерференционной микроскопии, отличающийся тем, что деление излучения выполняют с помощью светоделителя из двух идентичных зеркальных аналогов призмы Дове, в которых верхнее зеркало выполнено в виде полупрозрачной светоделительной пластины и является общим для обеих призм, а светоделительная грань пластины параллельна оптической оси падающего на него пучка.A second variant of interference microscopy is possible, characterized in that the radiation is divided using a beam splitter of two identical mirror analogues of the Dove prism, in which the upper mirror is made in the form of a translucent beam splitter plate and is common to both prisms, and the beam splitter face of the plate is parallel to the optical axis a beam incident on it.
Возможен 3-й вариант интерференционной микроскопии, отличающийся тем, что деление излучения выполняют с помощью светоделительного кубика, повернутого относительно оптической оси падающего на него пучка на 45 градусов так, что его светоделительная грань параллельна указанной оптической оси.A third variant of interference microscopy is possible, characterized in that the radiation is divided using a beam splitter, rotated relative to the optical axis of the incident beam by 45 degrees so that its beam splitter is parallel to the specified optical axis.
Далее предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми чертежами.Further, the invention is illustrated by specific examples of its implementation and the accompanying drawings.
Фиг.1 иллюстрирует принципиальную оптическую схему микроскопа, реализующую предлагаемый способ интерференционной микроскопии. Схема состоит из двух частей: обычного микроскопа светлого поля I и интерференционной приставки II. Микроскоп I состоит из источника некогерентного света 1, например светодиода; собирающего оптического элемента 2, например коллекторной линзы; элемента, ограничивающего поперечное сечение светового пучка 3, например полевой диафрагмы; элемента, формирующего точечный источник света 4, например точечной диафрагмы; оптического элемента 5, формирующего параллельный пучок излучения, например коллимационной линзы; фазового объекта 6; оптического элемента 7, например микрообъектива; светоотражательного элемента 8, например плоского зеркала; оптического элемента 9, например окулярной линзы, формирующего увеличенное изображение в задней фокальной плоскости 10 оптического элемента 9. Интерференционная приставка II включает 4f оптическую систему из оптических элементов 11 и 13, например фурье-объективы, передняя фокальная плоскость которой совмещена с задней фокальной плоскостью 10 микроскопа, а в задней фокальной плоскости 14 которой установлен регистратор 15 изображения, например ПЗС-матрица; светоделитель 16, например, из двух идентичных призм Дове, склеенных по основаниям призм (далее бипризма Дове), расположенный до общей фокальной плоскости 4f системы; плоское зеркало 18; фильтр пространственных частот 19, например точечную диафрагму, который закрепляется в непосредственной близости к плоскому зеркалу 18; уголковый отражатель 12; подвижную платформу 17 с приводом 20, например шаговым двигателем, на которой закреплены бипризма Дове 16 и уголковый отражатель 12.Figure 1 illustrates a schematic optical diagram of a microscope that implements the proposed method of interference microscopy. The scheme consists of two parts: a conventional bright field microscope I and interference prefix II. Microscope I consists of an incoherent light source 1, for example an LED; a collecting optical element 2, for example a collector lens; an element restricting the cross section of the light beam 3, for example a field diaphragm; an element forming a point light source 4, for example a point diaphragm; an optical element 5 forming a parallel beam of radiation, for example a collimation lens; phase object 6; an optical element 7, for example a micro lens; reflective element 8, for example a flat mirror; an optical element 9, for example an ocular lens, forming an enlarged image in the rear focal plane 10 of the optical element 9. The interference device II includes a 4f optical system of optical elements 11 and 13, for example, Fourier lenses, the front focal plane of which is aligned with the rear focal plane 10 of the microscope and in the rear focal plane 14 of which an image recorder 15 is mounted, for example, a CCD; a
Фиг.2 более детально показывает ход оптических осей пучков в светоделителе 16 при отражении от зеркала 18 при его наклонном положении.Figure 2 shows in more detail the progress of the optical axes of the beams in the
Фиг.3 более детально показывает ход оптических осей пучков в светоделителе 16 при его смещении относительно первоначального положения и отражении от зеркала 18.Figure 3 shows in more detail the progress of the optical axes of the beams in the
Фиг.4 более детально показывает ход оптических осей пучков после прямого и обратного прохода через светоделитель 16 и уголковый отражатель 12 до и после их одновременного смещения.Figure 4 shows in more detail the progress of the optical axes of the beams after direct and return passage through the
На Фиг.1 излучение от некогерентного источника 1 при помощи оптических элементов 2-5 преобразовывается в параллельный пучок, который проходит через фазовый объект 6, расположенный в передней фокальной плоскости оптического элемента 7. Задняя фокальная плоскость элемента 7 совмещена с передней фокальной плоскостью оптического элемента 9. В задней фокальной плоскости 10 оптического элемента 9 строится увеличенное изображение фазового объекта 6. Светоотражательный элемент 8 является вспомогательным для уменьшения конструкции микроскопа.In figure 1, the radiation from an incoherent source 1 with the help of optical elements 2-5 is converted into a parallel beam that passes through a phase object 6 located in the front focal plane of the optical element 7. The rear focal plane of the element 7 is aligned with the front focal plane of the optical element 9 An enlarged image of the phase object 6 is constructed in the rear focal plane 10 of the optical element 9. A retroreflective element 8 is auxiliary to reduce the construction of the microscope.
Задняя фокальная плоскость микроскопа совмещена с передней фокальной плоскостью 4f оптической системы. В ней излучение проходит через первый фурье-объектив 11, затем через светоделитель 16 из двух идентичных призм Дове, склеенных по основаниям призм, за которым в общей фокальной плоскости формируются два одинаковых волновых фронта излучения, комплексная амплитуда которых описывается фурье-спектром пространственных частот фазового объекта 6. Так как светоделитель 16 изготавливается из двух идентичных призм Дове, то излучение полученных двух пучков будет иметь нулевую разность хода, т.е. эти пучки будут когерентными.The back focal plane of the microscope is aligned with the front focal plane 4f of the optical system. In it, radiation passes through the first Fourier lens 11, then through a
В общей фокальной плоскости 4f системы установлено плоское зеркало 18. Пусть вначале это зеркало установлено строго перпендикулярно к падающим пучкам. Пучок, который прошел к зеркалу 18 через обе призмы Дове (на фиг.1 это верхний пучок), пропускают через фильтр пространственных частот 19, выполненный в виде точечной диафрагмы 19, установленной в непосредственной близости к плоскому зеркалу 18. Как будет показано ниже,именно этот пучок остается неподвижным при смещении светоделителя 16, поэтому именно у него устанавливается фильтр пространственных частот 19, пропускающий только нерассеяное излучение, которое, отражаясь от плоского зеркала 18, распространяется в обратном направлении. Из этого излучения формируется опорный пучок. Излучение, которое прошло к зеркалу 18, отразившись от светоделительной грани бипризмы Дове 16 (на фиг.1 это нижний пучок), беспрепятственно отражается от плоского зеркала 18 и распространяется в обратном направлении. Из этого излучения формируется предметный пучок.A
Так как плоское зеркало 18 вначале установлено строго перпендикулярно падающим пучкам, то оба пучка автоматически проходят одинаковый оптический путь от светоделителя 16 до плоского зеркала 18 и обратно до светоделителя 16. В отличие от прототипа нет необходимости в выравнивании оптических путей обоих пучков. В предлагаемом способе это происходит автоматически, т.к. для возвращения пучков используется одно плоское зеркало, а не два разнесенных в пространстве, как в прототипе. Таким образом, пучки, которые отразились от плоского зеркала 18, будут также иметь нулевую разность хода, т.е. останутся когерентными.Since the
В обратном ходе отраженные от плоского зеркала 18 пучки совмещаются в пространстве светоделителем 16, проходят через уголковый отражатель 12 и второй фурье-объектив 13, который строит в задней фокальной плоскости 14 изображение фазового объекта 6, фиксируемое регистратором 15. Опорный и объектный пучки имеют нулевую разность хода и образованы из одного пучка света, поэтому они при регистрации образуют интерферограмму фазового объекта 6, аналогичную той, которая образуется в интерферометре, настроенном на бесконечно широкую полосу.In the reverse stroke, the beams reflected from the
Теперь рассмотрим случай, когда плоское зеркало 18 установлено под небольшим углом α к падающим пучкам, точнее нормаль к плоскому зеркалу 18 параллельна плоскости, проходящей через оптические оси пучков (плоскость рисунка на фиг.1), и составляет угол α к оптическим осям этих пучков. Обратимся к фиг.2, на которой в увеличенном масштабе изображены оптические оси пучков при отражении от плоского зеркала 18 при его наклонном положении. Без ограничения общности пусть плоское зеркало 18 повернуто на угол α, например, относительно точки А, тогда оптические оси AD и B"C отраженных пучков будут распространяться под углом 2α по отношению к осям A'A и B'B падающих пучков. При наклоне плоского зеркала 18 между пучками излучения возникает оптическая разность хода Δ, которая равнаNow we consider the case when the
Δ=(В'В"+В"С)-(А'А+AD)=(В'В"-А'А)+(В"С-AD)=ВВ"+(В"С-AD).Δ = (B'B "+ B" C) - (A'A + AD) = (B'B "-A'A) + (B" C-AD) = BB "+ (B" C-AD) .
Из ΔАВВ" следует, что ВВ"=AB tgα=htgα. Из ΔА'AD и ΔВ'В"С можно записать:From ΔABB "it follows that BB" = AB tgα = htgα. From ΔA'AD and ΔB'B "C you can write:
AD=А'А/cos2α, В"С=В'В"/cos2α=(А'А+htgα)/cos2α,AD = A'A / cos2α, B "C = B'B" / cos2α = (A'A + htgα) / cos2α,
тогда (B"C-AD)=htgα/cos2α и окончательно получимthen (B "C-AD) = htgα / cos2α and finally we get
где угловой коэффициентwhere is the angular coefficient
Таким образом, оптическая разность хода между пучками излучения после светоделителя 16 будет прямо пропорциональна расстоянию h между осями пучков после прохода светоделителя. Из фиг.2 также видно, что оптические оси полученных пучков после обратного прохода через светоделитель будут идти под углом 4α, однако после второго фурье-объектива 13 (см. фиг.1) оптические оси этих пучков будут параллельны друг другу и оптической оси 4f системы. Это связано с тем, что наклонное зеркало 18 находится в общей фокальной плоскости 4f системы и все лучи, отраженные от этого зеркала, после фурье-объектива 13 будут параллельны оптической оси 4f системы.Thus, the optical path difference between the radiation beams after the
В предлагаемом способе для восстановления фазы из интерферограмм используется метод фазовых шагов. Суть этого метода состоит в регистрации серии интерференционных изображений исследуемого фазового объекта при различном фазовом сдвиге между опорным и объектным пучками. Для внесения этого фазового сдвига необходимо изменять оптическую разность хода между опорным и объектным пучками. В предлагаемом способе эта операция выполняется оригинальным методом, а именно путем смещения светоделителя 16 вдоль направления, перпендикулярного основаниям призм. Покажем, что при таком смещении изменяется оптическая разность хода Δ, т.к. изменяется расстояние h между оптическими осями пучков.In the proposed method for phase recovery from interferograms, the method of phase steps is used. The essence of this method is to register a series of interference images of the phase object under study at different phase shifts between the reference and object beams. To introduce this phase shift, it is necessary to change the optical path difference between the reference and object beams. In the proposed method, this operation is performed by the original method, namely by displacing the
На Фиг.3 показан ход оптических осей пучков при смещении светоделителя 16 и отражении от зеркала 18. Оптическая ось пучка, который проходит через обе призмы Дове, приходит в точку А на плоском зеркале 18, а оптическая ось второго пучка, который отражается от светоделительной грани OO', приходит в точку В. Пусть первоначальное расстояние между этими осями будет равно h0. При смещении светоделителя 16 вдоль направления, перпендикулярного основаниям призм OO', например вниз на величину di, призма займет положение, отмеченное на Фиг.3 штрихованными линиями, а светоделительная грань OO' перейдет в положение СС'. Из Фиг.3 также видно, что оптическая ось пучка, прошедшего обе призмы Дове, не меняет своего положения и она остается в точке А. Это связано с тем, что для данного пучка светоделитель действует как плоско-параллельная пластина. Оптическая же ось второго пучка из положения В сместится в положение В', т.к. светоделительная грань также переместилась и при отражении от нее второй пучок сместится. Расстояние h(di) между осями пучков при смещении светоделителя на величину di будет равно:Figure 3 shows the path of the optical axes of the beams when the
Так как AO=h0/2, a OC=di, тоSince AO = h 0/2 , a OC = d i , then
h(di)=h0+2di.h (d i ) = h 0 + 2d i .
При смещении призмы вверх знак в этом выражении поменяется на противоположный. В общем случае можно записать:When the prism is shifted up, the sign in this expression will be reversed. In general, you can write:
Подставляя (3) в (1) получим, что при смещении светоделителя 16 на величину di оптическая разность хода Δ изменится следующим образом:Substituting (3) into (1) we get that when the
где первое слагаемое - это постоянная разность хода, а второе - переменная часть разности хода, равнаяwhere the first term is the constant difference of the stroke, and the second is the variable part of the difference of the stroke, equal to
Из выражения (4) можно оценить численное значение коэффициента k(α) из следующих соображений. Величина h0 не может превышать размер апертуры одной призмы Дове и ее можно сделать не более 3 мм. Величина перемещения светоделителя di намного меньше h0. Поэтому для оценок в (4) можно учитывать только первое слагаемое и тогдаFrom expression (4), we can estimate the numerical value of the coefficient k (α) from the following considerations. The value of h 0 cannot exceed the size of the aperture of one Dove prism and it can be made no more than 3 mm. The amount of displacement of the beam splitter d i is much less than h 0 . Therefore, for the estimates in (4), only the first term can be taken into account, and then
Так как для уменьшения когерентных шумов мы хотим использовать немонохроматический источник излучения, то можно потребовать, чтобы максимальная оптическая разность хода Δ не превышала длину когерентности этого источника, например, равную 3 мкм. Напомним, что в способе, принятом за прототип, длина когерентности больше почти в 10 раз и составляет 27 мкм. Тогда из (6) следует, чтоSince we want to use a non-monochromatic radiation source to reduce coherent noise, we can require that the maximum optical path difference Δ not exceed the coherence length of this source, for example, equal to 3 μm. Recall that in the method adopted for the prototype, the coherence length is almost 10 times greater and is 27 microns. Then it follows from (6) that
Фаза интерференционного изображения, полученного после смещения светоделителя на величину di, по отношению к исходному интерференционному изображению, полученному до смещения светоделителя, изменяется на величину
Для лучшего восстановления фазового изображения из интерферограммы методом фазовых шагов требуется диапазон изменения фазы от 0 до 4π с шагом π/2. Тогда из (7) следует, что диапазон перемещения светоделителя 16 составит величину λ/k(α)=λ/0.001=1000λ с шагом λ/8k(α)=125λ. Следовательно, для центральной длины волны λ=0.6 мкм диапазон перемещений будет равен 600 мкм, а шаг 75 мкм. Такие перемещения можно выполнить с помощью обычных моторизованных линейных трансляторов на базе шаговых двигателей, например фирмы Vicon Standa, модель 8МТ175, с минимальным шагом или точностью перемещений в 2,5 мкм в диапазоне 5 мм.For better reconstruction of the phase image from the interferogram by the method of phase steps, a phase change range from 0 to 4π with a step of π / 2 is required. Then it follows from (7) that the range of motion of the
Обычно для реализации метода фазовых шагов требуется очень малый диапазон перемещений около 2λ, т.е. в пределах 2-х интерференционных полос с шагом λ/8 и соответствующей точностью перемещений на порядок выше шага перемещений. Для этого используются прецизионные приводы с пьезоэлементами. В нашем же случае можно обойтись более простыми и доступными столиками с линейным перемещением. Это также важное достоинство предлагаемого способа.Usually, the implementation of the phase-step method requires a very small range of displacements of about 2λ, i.e. within 2 interference fringes with a step of λ / 8 and the corresponding accuracy of displacements an order of magnitude higher than the displacement step. For this, precision actuators with piezoelectric elements are used. In our case, you can do with simpler and more affordable tables with linear movement. This is also an important advantage of the proposed method.
Смещение повторяют N раз и по полученному набору из N интерференционных изображений вычисляют двумерное распределение оптической разности хода излучения, прошедшего через микрообъект, с использованием любого из алгоритмов метода фазовых шагов (см., например, электронную книгу Wyant J.C. Phase Shifting Interferometry.nb, 1998, http://www.optics.arizona.edu/fab&test/Fall09/415L_515L/Lab3/Wyants%20PSI.pdf).The offset is repeated N times and from the obtained set of N interference images, the two-dimensional distribution of the optical difference in the path of radiation transmitted through the micro-object is calculated using any of the phase-step algorithm algorithms (see, for example, the electronic book Wyant JC Phase Shifting Interferometry.nb, 1998, http://www.optics.arizona.edu/fab&test/Fall09/415L_515L/Lab3/Wyants%20PSI.pdf).
Таким образом, мы доказали техническую реализуемость метода фазовых шагов в предлагаемом способе.Thus, we have proved the technical feasibility of the method of phase steps in the proposed method.
Из Фиг.3 видно также, что при смещении светоделителя 16 оптические оси пучков после их обратного прохода через светоделитель также смещаются. Если не предпринять специальных мер, то изображение объекта в плоскости 14 также будет смещаться, чего нельзя допустить для реализации метода фазовых шагов. В этом методе изображение объекта должно быть неподвижным, а смещаются лишь интерференционные полосы по объекту.Figure 3 also shows that when the
Чтобы избежать этого в предлагаемом способе используется дополнительное отражение от уголкового отражателя 12, который также смещается вдоль направления, перпендикулярного основаниям призм одновременно со светоделителем 16 и на ту же величину. Для реализации такого совместного смещения светоделитель - бипризма Дове 16 и уголковый отражатель 12 закреплены на одну подвижную платформу 17 с приводом 20, например шаговым двигателем (см. фиг.1).To avoid this, the proposed method uses additional reflection from the
Для доказательства этого факта обратимся к Фиг.4, на которой показан ход оптических осей пучков после прямого и обратного прохода через светоделитель 16 и уголковый отражатель 12 до и после одновременного смещения. Из свойства уголкового отражателя видно, что оптическая ось 4f системы не сдвигается и, соответственно, изображения объекта, сформированные в плоскости 14 будут неподвижны.To prove this fact, we turn to Figure 4, which shows the course of the optical axes of the beams after direct and return passage through the
Работа устройства, реализующего предлагаемый способ, должна выполняться в два этапа. Первый этап - это калибровка интерференционного микроскопа. Оптическая система неидеальна, вследствие чего возникают различного рода аберрации, искажающие изображение исследуемого объекта. Для устранения подобных негативных эффектов на первом этапе восстанавливается фазовое изображение, формируемое оптической системой, без исследуемого фазового объекта.The operation of the device that implements the proposed method should be performed in two stages. The first step is to calibrate the interference microscope. The optical system is imperfect, as a result of which various kinds of aberrations arise, distorting the image of the object under study. To eliminate such negative effects, at the first stage, the phase image is formed, formed by the optical system, without the investigated phase object.
Второй этап - непосредственно процесс измерений исследуемого фазового объекта 6. Восстановленное фазовое изображение объекта корректируются при помощи фазового изображения, полученного на этапе калибровки, путем вычитания из первого второго фазового изображения. Таким образом полученное фазовое изображение объекта будет свободно от фазовых искажений (аберраций) оптической системы интерференционного микроскопа.The second stage is the direct measurement process of the investigated phase object 6. The reconstructed phase image of the object is adjusted using the phase image obtained at the calibration stage by subtracting from the first second phase image. Thus, the obtained phase image of the object will be free from phase distortions (aberrations) of the optical system of the interference microscope.
Возможен 2-й вариант осуществления изобретения, когда деление излучения выполняют с помощью светоделителя из двух идентичных зеркальных аналогов призмы Дове (B.C. Нужин и др. «Разработка и изготовление зеркального аналога призмы Дове», Оптический журнал, т.52, №6, стр.70-72), в которых верхнее зеркало выполнено в виде полупрозрачной светоделительной пластины и является общим для обеих призм, а светоделительная грань пластины параллельна оптической оси падающего на него пучка. Такой светоделитель изображен на фиг.5. Светоделительная пластина OO' должна быть выполнена в виде склейки двух идентичных плоскопараллельных прозрачных пластин, на одну из которых нанесено 50%-ное зеркальное покрытие. Это необходимо для того, чтобы выровнять оптическую длину пути пучков на выходе из системы светоделитель 16 - зеркало 18. Использование зеркал в аналоге призмы Дове позволяет уменьшить хроматические аберрации микроскопа, вызванные дисперсией показателя преломления обычных (стеклянных) призм Дове, а также расширить спектральный диапазон используемого излучения от УФ до ИК.A second embodiment of the invention is possible when radiation is divided by a beam splitter of two identical mirror analogues of the Dove prism (BC Nuzhin et al. “Design and manufacture of mirror analogue of the Dove prism”, Optical Journal, vol. 52, No. 6, p. 70-72), in which the upper mirror is made in the form of a translucent beam splitting plate and is common to both prisms, and the beam splitting face of the plate is parallel to the optical axis of the incident beam. Such a beam splitter is depicted in figure 5. The beam splitting plate OO 'should be made in the form of gluing two identical plane-parallel transparent plates, one of which is coated with a 50% mirror coating. This is necessary in order to align the optical path length of the beams at the output of the
Возможен 3-й вариант интерференционной микроскопии, отличающийся тем, что деление излучения выполняют с помощью светоделительного кубика, повернутого относительно оптической оси падающего на него пучка на 45 градусов так, что его светоделительная грань параллельна указанной оптической оси. Такой светоделитель изображен на фиг.6.A third variant of interference microscopy is possible, characterized in that the radiation is divided using a beam splitter, rotated relative to the optical axis of the incident beam by 45 degrees so that its beam splitter is parallel to the specified optical axis. Such a beam splitter is shown in Fig.6.
Хотя заявляемый в качестве изобретения способ описан на примере ряда его конкретных вариантов осуществления, для специалистов будут ясны возможности многочисленных модификаций данного способа, не выходящие за границы идеи и объема правовой охраны изобретения, определяемые прилагаемой формулой.Although the inventive method is described as an example of a number of its specific embodiments, specialists will be able to understand the numerous modifications of this method that do not go beyond the idea and scope of legal protection of the invention defined by the attached claims.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013138143/28A RU2536764C1 (en) | 2013-08-15 | 2013-08-15 | Method of interference microscopy |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013138143/28A RU2536764C1 (en) | 2013-08-15 | 2013-08-15 | Method of interference microscopy |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2536764C1 true RU2536764C1 (en) | 2014-12-27 |
Family
ID=53287457
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013138143/28A RU2536764C1 (en) | 2013-08-15 | 2013-08-15 | Method of interference microscopy |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2536764C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2677239C1 (en) * | 2018-02-02 | 2019-01-16 | Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ") | Installation for measurement of microrelief using phase step method |
RU2761480C1 (en) * | 2021-02-15 | 2021-12-08 | Геннадий Генрихович Левин | Method for determining coordinates of changes in cell structure by phase images |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011143121A2 (en) * | 2010-05-10 | 2011-11-17 | University Of Pittsburgh - Of The Commonwealth System Of Higher Education | Spatial-domain low-coherence quantitative phase microscopy |
WO2013086527A1 (en) * | 2011-12-09 | 2013-06-13 | Massachusetts Institute Of Technology | Systems and methods self-referenced quantitative phase microscopy |
WO2013102464A1 (en) * | 2012-01-06 | 2013-07-11 | Danmarks Tekniske Universitet | 4f-based optical phase imaging system |
-
2013
- 2013-08-15 RU RU2013138143/28A patent/RU2536764C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011143121A2 (en) * | 2010-05-10 | 2011-11-17 | University Of Pittsburgh - Of The Commonwealth System Of Higher Education | Spatial-domain low-coherence quantitative phase microscopy |
WO2013086527A1 (en) * | 2011-12-09 | 2013-06-13 | Massachusetts Institute Of Technology | Systems and methods self-referenced quantitative phase microscopy |
WO2013102464A1 (en) * | 2012-01-06 | 2013-07-11 | Danmarks Tekniske Universitet | 4f-based optical phase imaging system |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2677239C1 (en) * | 2018-02-02 | 2019-01-16 | Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ") | Installation for measurement of microrelief using phase step method |
RU2761480C1 (en) * | 2021-02-15 | 2021-12-08 | Геннадий Генрихович Левин | Method for determining coordinates of changes in cell structure by phase images |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Malacara et al. | Interferogram analysis for optical testing | |
Elssner et al. | Absolute sphericity measurement | |
Kozacki et al. | Holographic method for topography measurement of highly tilted and high numerical aperture micro structures | |
WO2016183874A1 (en) | Digital phase shift point diffraction interferometer and optical system wave aberration measuring method | |
Hao et al. | Common-path interferometer with four simultaneous phase-shifted interferograms using Ronchi grating and cube beamsplitter | |
US20170322151A1 (en) | Interferometric System and Method of Measurement of Refractive Index Spatial Distribution | |
US8279449B2 (en) | All-reflective, radially shearing interferometer | |
RU2536764C1 (en) | Method of interference microscopy | |
Müller et al. | Multiple Aperture Shear-Interferometry (MArS): a solution to the aperture problem for the form measurement of aspheric surfaces | |
But’ et al. | Improvement of accuracy of interferometric measurement of wedge angle of plates | |
Vishnyakov et al. | Automated Interference Tools of the All-Russian Research Institute for Optical and Physical Measurements | |
RU2527316C1 (en) | Interference microscope | |
Dubey et al. | Collimation testing of laser beams having different diameters using compact holographic lateral shearing interferometer | |
Kozacki et al. | Determination of optical field generated by a microlens using digital holographic method | |
Falldorf et al. | Single shot lateral shear interferometer with variable shear | |
RU2539747C1 (en) | Phase-interference module | |
CN112504164A (en) | Measuring device and method capable of dynamically measuring surface shape of planar optical element | |
Sasián | Simple and accurate method for determining lens focal length | |
Künne et al. | Spatial-frequency domain representation of interferogram formation in coherence scanning interferometry | |
Adhikary et al. | Illumination spot profile correction in digital holographic microscopy for overlay metrology | |
Pandey et al. | Single-shot phase retrieval for aspheric surface testing based on the transport of intensity equation and a prism-mirror module | |
Millerd | A fringe career | |
Yun et al. | 3-dimensional micro-structure inspection by phase-shifting digital holography | |
Müller et al. | Approaching optical metrology with multiple light sources and compressive sensing | |
Wyant | A wonderful life of holography, interferometry, and optical testing |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150816 |