一種雙波長反射式數(shù)字全息顯微鏡的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型設及數(shù)字全息成像技術領域，具體設及一種雙波長反射式數(shù)字全息顯 微鏡。
【背景技術】
[0002] 數(shù)字全息(Digital化Iography)，是普通全息術、計算機技術、電子攝像技術相結 合的產(chǎn)物。數(shù)字全息術和普通全息術的記錄過程基本相同，不同的是用CCDXMOS等電子攝 像器件代替全息干版來記錄全息圖，并將記錄的全息圖存入計算機。數(shù)字全息術的再現(xiàn)過 程和普通全息術也不同，其是用數(shù)值計算方法對存入計算機的全息圖進行全息再現(xiàn)。和普 通全息術比較，數(shù)字全息有W下優(yōu)點：
[0003] ( -）由于用電子攝像器件代替全息干版來記錄全息圖，所需的曝光時間可W很 短，沒有化學銀鹽干版的濕處理過程，可連續(xù)記錄運動物體的各個瞬間過程，實現(xiàn)視頻下的 連續(xù)實時在線全息記錄；
[0004] (二)通過數(shù)字再現(xiàn)，可W同時得到物光波的強度分布和位相分布的定量圖像。
[0005] 數(shù)字全息顯微鏡是數(shù)字全息技術和顯微成像技術結合的產(chǎn)物，可W對微小物體進 行顯微成像，在生物醫(yī)學等方面具有重要的應用前景?，F(xiàn)有的數(shù)字全息顯微鏡的工作過程 分為二個步驟，一是用CCD或CMOS記錄經(jīng)光波干設形成的全息圖，然后將全息圖存入計算 機;二是用計算機模擬光學衍射過程，通過數(shù)值計算來實現(xiàn)被記錄物體的全息再現(xiàn)。通過全 息再現(xiàn)，可W同時獲得被記錄物體的幅度圖像和位相圖像，而位相圖像包含了被記錄物體 的=維信息，因此大多數(shù)應用是利用位相圖像。
[0006] 由于不論參與干設的兩光波的位相差是多少，全息再現(xiàn)算法獲得的位相值都是介 于!>兩對之間的，因此存在稱之為包裹位相或23T位相不確定的問題。為了獲取被記錄物體 的真實位相圖像，就必須進行位相解包裹處理。但是，由于不連續(xù)或突變的出現(xiàn)，在不連續(xù) 或突變點，位相解包裹會出現(xiàn)錯誤。為了更有效地對不連續(xù)或突變點進行位相解包裹，有人 提出了雙波長數(shù)字全息技術，即采用具有兩種波長的激光束來記錄全息圖，利用兩種波長 分別對應的包裹位相圖像聯(lián)合進行位相解包裹。
[0007] 雙波長數(shù)字全息技術，相對單波長數(shù)字全息技術，在全息記錄裝置上，要考慮W下 兩方面的問題:一是要保證兩種波長分別對應的包裹位相圖像的同一位置像素點對應樣品 的同一點；二是要保證兩種波長分別對應的全息干設條紋的方向有一較大角度，使得雙波 長復合全息圖傅里葉譜中，與兩個波長對應的一級分量盡量分離。為了滿足上述條件，目前 采用的雙波長數(shù)字全息記錄裝置過于復雜（Jonas Kiihn, Tristan Colomb, Frgdgric Montfort, Florian Charriere, Yves Emery, Etienne Cuche, Pierre Marquet, and Christian Depeursinge. Real-time dual-wavelength digital holographic microscopy with a single hologram acquisition [J]. Optics Express, 2007, 15 (12): 7231-7242.)，不利于推廣應用。 【實用新型內(nèi)容】
[000引本實用新型的目的是解決現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種雙波長反射式數(shù)字全息顯微 鏡，用于反射式樣品表面3D顯微成像，采用的技術方案如下：
[0009] -種雙波長反射式數(shù)字全息顯微鏡，包括第一激光器、第二激光器、立方分束棱 鏡、光程延長器、第一反射鏡、色散棱鏡、立方合束棱鏡和攝像器件，還包括第二反射鏡、消 色差透鏡、消色差顯微物鏡、樣品臺和計算機;其中，第一反射鏡、色散棱鏡和立方合束棱鏡 的相對位置使得兩種波長分別對應的全息干設條紋的方向不一致;第一激光器和第二激光 器輸出兩束波長不同的光束，兩光束分別沿立方分束棱鏡兩個不同側面的法線方向射入立 方分束棱鏡內(nèi)，從立方分束棱鏡的另兩個側面的法線方向分別各出射一束雙波長混合的激 光束;其中一束為參考光束，參考光束經(jīng)光程延長器、第一反射鏡反射入色散棱鏡，色散棱 鏡將光束分離成傳播方向稍有不同的兩單波長激光束，兩單波長激光束再一起射入一立方 合束棱鏡，再射入攝像器件內(nèi)；另一束為物光束，物光束經(jīng)第二反射鏡反射入立方合束棱 鏡，再經(jīng)消色差透鏡和消色差顯微物鏡照射放置在樣品臺上的樣品，被樣品反射的光經(jīng)過 消色差顯微物鏡和消色差透鏡射入立方合束棱鏡內(nèi)，將樣品成像到攝像器件的像傳感面上 和參考光束進行干設，形成雙波長復合全息圖；全息圖被攝像器件拍攝后，存入計算機進行 全息再現(xiàn)。
[0010] 本實用新型中，可W沿光軸方向適當移動調(diào)整消色差顯微物鏡、消色差透鏡及樣 品臺，從而使得消色差顯微物鏡和消色差透鏡對樣品的像面位于攝像器件的像傳感面上； 光程延長器可調(diào)，使參考光束和物光束到達攝像器件的像傳感面的光程差小于激光器的相 干長度。
[0011] 作為優(yōu)選，所述第一激光器和第二激光器間隔九十度設置。
[0012] 作為優(yōu)選，本實用新型還包括依次設置于第一激光器與立方分束棱鏡之間的第一 空間光濾波器和第一擴束準直透鏡，依次設置于第二激光器與立方分束棱鏡之間的第二空 間光濾波器和第二擴束準直透鏡。
[0013] 空間光濾波器和擴束準直透鏡分別對激光器發(fā)出的光束進行濾波和擴束準直。
[0014] 作為優(yōu)選，消色差顯微物鏡的后焦點和消色差透鏡的前焦點重合，構成一組合光 學系統(tǒng)。
[0015]作為優(yōu)選，消色差透鏡為正透鏡。
[0016] 與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果：
[0017] 本實用新型用于反射式樣品表面3D顯微成像，兩束不同波長的激光束共用一個光 路和光學元件，使得裝置結構相對簡單，制造成本更低，使用時更加簡單，便于推廣使用。
【附圖說明】

[0018] 圖1是本實用新型的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合附圖和實施例對本實用新型做進一步詳細說明。
[0020] 實施例：如圖1所示，一種雙波長反射式數(shù)字全息顯微鏡，包括第一激光器1、第二 激光器2、立方分束棱鏡7、光程延長器8、第一反射鏡9、色散棱鏡IO、立方合束棱鏡11和攝像 器件17,還包括第二反射鏡12、消色差透鏡13、消色差顯微物鏡14和樣品臺16,其中，第一反 射鏡9、色散棱鏡10和立方合束棱鏡11的相對位置使得兩種波長分別對應的全息干設條紋 的方向不一致，第一激光器1和第二激光器2輸出兩束波長不同的光束，兩光束分別沿立方 分束棱鏡7兩個不同側面的法線方向射入立方分束棱鏡7內(nèi)，從立方分束棱鏡7的另兩個側 面的法線方向分別各出射一束雙波長混合的激光束，其中一束為參考光束，參考光束經(jīng)光 程延長器8、第一反射鏡9反射入色散棱鏡10,色散棱鏡10將光束分離成傳播方向稍有不同 的兩單波長激光束，兩單波長激光束再一起射入一立方合束棱鏡11，再射入攝像器件17內(nèi)； 另一束為物光束，物光束經(jīng)第二反射鏡反射入立方合束棱鏡11，再經(jīng)消色差透鏡13和消色 差顯微物鏡14照射放置在樣品臺上的樣品15,被樣品反射的光經(jīng)過消色差顯微物鏡14和消 色差透鏡13射入立方合束棱鏡11內(nèi)，將樣品15成像到攝像器件17的像傳感面上和參考光束 進行干設，形成雙波長復合全息圖；全息圖被攝像器件17拍攝后，存入計算機18進行全息再 現(xiàn)。
[0021] 本實施例中，可W沿光軸方向適當移動調(diào)整消色差顯微物鏡14、消色差透鏡13及 樣品臺16,從而使得消色差顯微物鏡14和消色差透鏡13對樣品的像面位于攝像器件17的像 傳感面上;光程延長器8可調(diào)，使參考光束和物光束到達攝像器件的像傳感面的光程差小于 激光器的相干長度。
[0022] 所述第一激光器1和第二激光器2間隔九十度設置。
[0023] 本實施例還包括依次設置于第一激光器1與立方分束棱鏡7之間的第一空間光濾 波器3和第一擴束準直透鏡5,依次設置于第二激光器2與立方分束棱鏡7之間的第二空間光 濾波器4和第二擴束準直透鏡6。
[0024] 空間光濾波器和擴束準直透鏡分別對激光器發(fā)出的光束進行濾波和擴束準直。
[0025] 本實施例中，消色差顯微物鏡14的后焦點和消色差透鏡13的前焦點重合，構成一 組合光學系統(tǒng)。
[00%] 本實施例中，消色差透鏡13為正透鏡。
[0027]本實施例中，第一激光器1為輸出功率為3mW、波長為A=632.Snm的紅光氮氛激光 器;第二激光器2為輸出功率為3mW、波長為A=594nm的黃光氮氛激光器;空間濾波器3和4由 針孔和20倍顯微物鏡組成;擴束準直透鏡5和6為焦距為60mm、直徑30mm的K9玻璃平凸透鏡； 立方分束棱鏡7和立方合束棱鏡11采用棱長為25.4mm、分光比為1:1的K9玻璃立方分光棱 鏡；光程延長器8由4個K9玻璃鍛銀、直徑40mm的平面反射鏡組成；色散棱鏡10為棱長為 25.4mm、K9玻璃45度等邊S棱鏡;反射鏡9和12為K9玻璃鍛銀、直徑40mm的平面反射鏡;消色 差正透鏡13用一個直徑25.4mm、焦距60mm的雙膠合消色差正透鏡；消色差顯微物鏡14用復 消色差物鏡;攝像器件17采用CC時暴像機。
【主權項】
1. 一種雙波長反射式數(shù)字全息顯微鏡，其特征在于，包括第一激光器、第二激光器、立 方分束棱鏡、光程延長器、第一反射鏡、色散棱鏡、立方合束棱鏡和攝像器件，還包括第二反 射鏡、消色差透鏡、消色差顯微物鏡、樣品臺和計算機;其中，第一反射鏡、色散棱鏡和立方 合束棱鏡的相對位置使得兩種波長分別對應的全息干涉條紋的方向不一致;第一激光器和 第二激光器輸出兩束波長不同的光束，兩光束分別沿立方分束棱鏡兩個不同側面的法線方 向射入立方分束棱鏡內(nèi)，從立方分束棱鏡的另兩個側面的法線方向分別各出射一束雙波長 混合的激光束；其中一束為參考光束，參考光束經(jīng)光程延長器、第一反射鏡反射入色散棱 鏡，色散棱鏡將光束分離成傳播方向稍有不同的兩單波長激光束，兩單波長激光束再一起 射入一立方合束棱鏡，再射入攝像器件內(nèi)；另一束為物光束，物光束經(jīng)第二反射鏡反射入立 方合束棱鏡，再經(jīng)消色差透鏡和消色差顯微物鏡照射放置在樣品臺上的樣品，被樣品反射 的光經(jīng)過消色差顯微物鏡和消色差透鏡射入立方合束棱鏡內(nèi)，將樣品成像到攝像器件的像 傳感面上和參考光束進行干涉，形成雙波長復合全息圖；全息圖被攝像器件拍攝后，存入計 算機進行全息再現(xiàn)。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種雙波長反射式數(shù)字全息顯微鏡，其特征在于，所述第一激 光器和第二激光器間隔九十度設置。3. 根據(jù)權利要求1所述的一種雙波長反射式數(shù)字全息顯微鏡，其特征在于，還包括依次 設置于第一激光器與立方分束棱鏡之間的第一空間光濾波器和第一擴束準直透鏡，依次設 置于第二激光器與立方分束棱鏡之間的第二空間光濾波器和第二擴束準直透鏡。4. 根據(jù)權利要求1所述的一種雙波長反射式數(shù)字全息顯微鏡，其特征在于，消色差顯微 物鏡的后焦點和消色差透鏡的前焦點重合，構成一組合光學系統(tǒng)。5. 根據(jù)權利要求1所述的一種雙波長反射式數(shù)字全息顯微鏡，其特征在于，消色差透鏡 為正透鏡。
【專利摘要】本實用新型公開一種雙波長反射式數(shù)字全息顯微鏡，包括第一激光器、第二激光器、立方分束棱鏡、光程延長器、第一反射鏡、色散棱鏡、立方合束棱鏡和攝像器件，還包括第二反射鏡、消色差透鏡、消色差顯微物鏡和樣品臺。本實用新型用于反射式樣品表面3D顯微成像，兩束不同波長的激光束共用一個光路和光學元件，使得裝置結構相對簡單，制造成本更低，使用時更加簡單，便于推廣使用。
【IPC分類】G02B21/36, G03H1/08
【公開號】CN205384407
【申請?zhí)枴緾N201620182264
【發(fā)明人】鐘金鋼, 李仕萍
【申請人】暨南大學
【公開日】2016年7月13日
【申請日】2016年3月10日