RU2813230C1 - Интерференционный микроскоп с компенсатором оптической разницы хода - Google Patents
Интерференционный микроскоп с компенсатором оптической разницы хода Download PDFInfo
- Publication number
- RU2813230C1 RU2813230C1 RU2023117755A RU2023117755A RU2813230C1 RU 2813230 C1 RU2813230 C1 RU 2813230C1 RU 2023117755 A RU2023117755 A RU 2023117755A RU 2023117755 A RU2023117755 A RU 2023117755A RU 2813230 C1 RU2813230 C1 RU 2813230C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical path
- path difference
- compensator
- mirror
- optical
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 32
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 abstract description 5
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 abstract description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к области микроскопии, а именно к интерференционным просветным микроскопам, и предназначено для измерения оптической разницы хода в полупрозрачных объектах при использовании набора объективов и предметных стекол различной толщины или находящихся в жидкостном слое неизвестной толщины. Интерференционный микроскоп с компенсатором оптической разницы хода содержит интерферометр, включающий светоделители и опорное плечо с модулирующим зеркалом, оптическую систему, состоящую из объектива и тубусного компонента, фотоприемник и компенсатор оптической разности хода, состоящий из зеркала и механизмов продольного и поперечного перемещения. Изобретение обеспечивает возможность измерения оптической разницы хода в полупрозрачных объектах при использовании набора объективов и предметных стекол различной толщины или находящихся в жидкостном слое неизвестной толщины. 1 ил.
Description
Заявленное техническое решение относится к области микроскопии, а именно к интерференционным просветным микроскопам, и предназначено для получения фазовых сдвигов в полупрозрачных объектах при использовании набора объективов и предметных стекол различной толщины или находящихся в жидкостном слое неизвестной толщины.
Методы интерференционной микроскопии успешно применяются для исследования оптических свойств широкого круга микрообъектов, начиная от исследования материалов и заканчивая биологическими объектами. Основными преимуществами интерференционной микроскопии являются высокое пространственное разрешение, неинвазивный характер измерения, а также отсутствие специальных требований к среде измерения (вакуум, красители).
К настоящему времени отсутствуют известные решения в области просветной интерференционной микроскопии, позволяющие выполнять измерение с различным увеличением объектов произвольной толщины без существенной перенастройки системы.
В ряде опубликованных интерференционных микроскопов использована двулучевая схема интерферометра Маха-Цендера (например: А.Н. Захарьевский, А.Ф. Кузнецова. Интерференционные биологические микроскопы. Цитология, 1961), которая предназначена для формирования интерференционных изображений биологических объектов в проходящем свете.
Известен просветный интерференционный микроскоп, выполненный по схеме деления пучков Маха-Цендера (патент US №2950649 с приоритетом от 02.08.1955, опубликованный 30.08.1960, МПК G02B 21/14). Микроскоп основан на двух ветвях с идентичными оптическими элементами. В одной из ветвей располагается исследуемый препарат, в другой эталонный объект. Шаговый сдвиг осуществляется путем поперечного смещения компенсационных клиньев. Преимуществом данного микроскопа является простота реализации и установки компенсационных клиньев в оптическую схему микроскопа. Недостатком является наличие четырех дополнительный оптических поверхностей, которые при использовании когерентных оптических источников излучения (лазеров) формируют паразитную спекловую картину и, как следствие, паразитный рельеф на фазовом образе объекта.
Данное устройство выбрано за наиболее близкий аналог.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание системы интерференционного микроскопа, работающего в проходящем свете и обеспечивающего измерение объектов с различной оптической разницей хода для набора микрообъективов различного увеличения.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в получении фазовых образов в полупрозрачных средах при использовании набора объективов и предметных стекол различной толщины или находящихся в жидкостном слое неизвестной толщины.
Задача решается, а технический результат достигается за счет того, что просветный интерференционный микроскоп содержит интерферометр, состоящий из светоделителей и опорного плеча с модулирующим зеркалом, оптическую проекционную систему, включающую объектив и тубусный компонент, и фотоприемник.
При этом, в отличие от ближайшего аналога, устройство дополнительно содержит компенсатор оптической разности хода, состоящий из зеркала и механизмов продольного и поперечного перемещения.
Светоделитель необходим для формирования двух пространственно-распределенных световых пучков от когерентного источника излучения.
Опорное плечо с модулирующим зеркалом позволяет модулировать оптическую разность хода в интерферометре.
Оптическая система, включающая объектив и тубусный компонент, предназначена для формирования изображения в плоскости фотоприемника.
Фотоприемник служит для получения и оцифровки интерферограмм.
Компенсатор оптической разницы хода (далее - компенсатор ОРХ) компенсирует ОРХ, возникающую при смене микрообъективов.
Сущность заявленного решения поясняется иллюстрацией.
На чертеже изображена структурная схема микроскопа, где:
1 - лазер,
2.1 - светоделительный куб блока лазера,
2.2 - светоделительный куб блока компенсатора,
2.3 - светоделительный куб блока опорного плеча,
2.4 - светоделительный куб блока интерферометра;
5 - блок компенсатора, состоящего из:
5.1 - зеркало компенсатора разницы хода,
5.2 - механизм поперечного перемещения компенсатора,
5.3 - механизм продольного перемещения компенсатора,
6 - объектив подсветки,
7 - измерительный объектив,
8 - объектив опорного плеча,
9 - модулирующее зеркало,
10 - полупрозрачный объект,
11 - тубусный компонент,
12 - фотоприемник.
Формирование двух пространственно-распределенных световых пучков от когерентного источника 1 осуществляется с помощью светоделителя 2.1. Светоделители 2.2 и 2.3 выполняют роль отражателей, дополняющих оптическую систему компенсатором 5 и модулятором ОРХ, включающим объектив 8 и зеркало 9. Светоделитель 2.4. выполняет совмещение пучков лучей. Оптическая проекционная система, состоящая из объектива 6 и тубусного компонента 11, формирует изображение на фотоприемнике 12. Компенсация оптической разности хода, возникающей вследствие переключения объектива 6 в измерительном канале или использования предметных стекол различной толщины, осуществляется за счет перемещения зеркала компенсатора 5.1 при помощи механизмов поперечного 5.2 и продольного 5.3 перемещения.
В системе присутствует модулирующее зеркало 9, которое позволяет использовать метод фазового сдвига для увеличения точности восстановления фазы.
Микроскоп работает следующим образом.
Луч лазера 1 падает на полупрозрачную грань светоделительного кубика 2.1, где разделяется на две части. Часть луча лазера 1, прошедшая сквозь полупрозрачную грань светоделительного кубика 2.1, через светоделительный кубик 2.2 попадает на блок компенсатора 5, состоящего из зеркала компенсатора 5.1, механизма поперечного перемещения 5.2 и механизма продольного перемещения 5.3 компенсатора. После отражения от зеркала компенсатора 5.1 луч лазера 1 повторно отражается от светоделительной грани кубика 2.2 и через объектив подсветки 6 подсвечивает полупрозрачный объект 10. Измерительный объектив 7 и тубусный компонент 11 строят изображение полупрозрачного объекта 10 в плоскости фотоприемника 12. Часть луча лазера 1, отразившаяся от граней светоделительных кубиков 2.1 и 2.3 при помощи объектива опорного плеча 8 и тубусного компонента 11 строит в плоскости фотоприемника 12 изображение модулирующего зеркала 9. При наложении изображений полупрозрачного объекта 10 и модулирующего зеркала 9 в плоскости фотоприемника 12 возникает интерференционная картина. Смещение модулирующего зеркала 9 вдоль оптической оси интерферометра приводит к модуляции фаз волнового фронта отраженного от опорного плеча. Математическая обработка интерференционных картин, полученных с фотоприемника 12 при различных положениях модулирующего зеркала 9 позволяет восстанавливать трехмерные фазовые образы полупрозрачного объекта 10. Однако, при смене измерительного объектива 7 возникает изменение оптической разности хода лучей в интерферометре, приводящее к снижению контраста интерференционной картины в плоскости фотоприемника 12 и, как следствие, к зашумлению и снижению качества трехмерного фазового образа. Решением данной проблемы является компенсация ОРХ, возникающей при смене измерительного объектива 7, направленная на повышение качества фазовых образов. Данная компенсация осуществляется путем включения в оптическую схему микроскопа компенсатора оптической разности хода 5, состоящего из зеркала компенсатора 5.1, механизма поперечного перемещения 5.2 компенсатора и механизма продольного перемещения 5.3 компенсатора.
Компенсатор работает следующим образом: при смене измерительного объектива 7 возникает изменение оптической разности хода лучей в интерферометре за счет сокращения или увеличения ОРХ в объектном плече интерферометра, состоящего из кубиков 2.1, 2.2, 2.4, объективов 6 и 7. Для компенсации возникшей ОРХ зеркало компенсатора 5.1 смещают вдоль оптической оси при помощи механизма продольного перемещения 5.3, а возможное отклонение зеркала относительно оптической оси компенсируют при помощи механизма поперечного перемещения 5.2. Выравнивание (компенсация) ОРХ в объектном и опорном плечах интерферометра приводит к повышению контраста интерференционной картины в плоскости фотоприемника 12 и решению поставленной технической задачи.
Заявленное техническое решение обладает универсальностью, помехоустойчивостью, эксплуатационной надежностью и простотой обслуживания, снижает затраты на расходные материалы и эксплуатацию оборудования.
Использование данного технического решения позволяет получить качественное исследование полупрозрачных объектов на различных увеличениях и возможность оперативной подстройки под новые объекты.
Заявленное техническое решение является результатом экспериментальных исследований с использованием метрологического аттестованного оборудования.
Созданный просветный интерференционный микроскоп с механизмом компенсации оптической разницы хода для объектов различной толщины и микрообъективов с различным увеличением может успешно применяться для исследования оптических свойств широкого круга микрообъектов.
Claims (1)
- Интерференционный микроскоп с компенсатором оптической разницы хода, содержащий интерферометр, состоящий из светоделителей и опорного плеча с модулирующим зеркалом, оптическую проекционную систему, включающую объектив и тубусный компонент, и фотоприемник, отличающийся тем, что дополнительно содержит компенсатор оптической разности хода, состоящий из зеркала и механизмов продольного и поперечного перемещения.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2813230C1 true RU2813230C1 (ru) | 2024-02-08 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3182551A (en) * | 1960-11-30 | 1965-05-11 | Zeiss Carl | Device for adjusting beamsplitter of interference microscope |
US3658405A (en) * | 1969-05-26 | 1972-04-25 | Maksvmilian Pluta | Variable phase-contrast and interference microscope |
CN212514264U (zh) * | 2020-05-20 | 2021-02-09 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 一种干涉显微镜 |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3182551A (en) * | 1960-11-30 | 1965-05-11 | Zeiss Carl | Device for adjusting beamsplitter of interference microscope |
US3658405A (en) * | 1969-05-26 | 1972-04-25 | Maksvmilian Pluta | Variable phase-contrast and interference microscope |
CN212514264U (zh) * | 2020-05-20 | 2021-02-09 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 一种干涉显微镜 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11340438B2 (en) | Fiber splitter device for digital holographic imaging and interferometry and optical system comprising said fiber splitter device | |
US9062957B2 (en) | Multi-wavelength interferometer, measurement apparatus, and measurement method | |
US8848271B2 (en) | Apparatus and method for high-speed phase shifting for interferometric measurement systems | |
US20090128824A1 (en) | Optical imaging system with extended depth of focus | |
JP5954979B2 (ja) | 多波長干渉計を有する計測装置 | |
US8345258B2 (en) | Synchronous frequency-shift mechanism in fizeau interferometer | |
US6404544B1 (en) | Wavelength multiplexed quantitative differential interference contrast microscopy | |
EP3187820B1 (en) | Two-channel point-diffraction interferometer | |
RU2813230C1 (ru) | Интерференционный микроскоп с компенсатором оптической разницы хода | |
RU2013148901A (ru) | Способ удаленного контроля формы поверхности и толщины покрытий, получаемых в процессе магнетронного вакуумного напыления, и устройство для его осуществления | |
KR20180085194A (ko) | 측정 대상물의 입체형상을 측정하는 입체형상 측정장치 | |
EP2535679A1 (en) | Improvements in or relating to interferometry | |
CN115773724A (zh) | 一种基于全固态随机相位环形光源的低噪声斐索干涉测试装置及方法 | |
Abdelsalam et al. | Digital holographic shape measurement using Fizeau microscopy | |
RU2606805C1 (ru) | Устройство для линейного перемещения объекта с нанометровой точностью в большом диапазоне возможных перемещений | |
Matsuura et al. | Measurement accuracy in phase-shifting point diffraction interferometer with two optical fibers | |
RU2726045C1 (ru) | Сдвиговый спекл-интерферометр (варианты) | |
Stašík et al. | Advanced measurement procedure for interferometric microscope for three-dimensional imaging of complex surfaces using two-wavelength interferometry and reference arm attenuation | |
US3419331A (en) | Single and double beam interferometer means | |
Stašík et al. | Two-wavelengths Interferometry as Confocal Microscope Extension to Provide 3D Imaging Capabilities | |
US20230160682A1 (en) | Polarization-Separated, Phase-Shifted Interferometer | |
RU2727783C1 (ru) | Устройство измерения распределения показателя преломления прозрачных образцов | |
RU2549557C1 (ru) | Способ многоканального измерения смещения длины волны света с использованием интерферометра фабри-перо | |
Takeda et al. | Space-time analogy in synthetic coherence functions applied to optical tomography and profilometry | |
RU2677239C1 (ru) | Установка для измерения микрорельефа поверхности с использованием метода фазовых шагов |