[發明專利]一種雙模態數字全息顯微裝置

在審

• 申請號: 201711162580.4
• 申請日: 2017-11-21
• 公開（公告）號: CN107966110A
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 文永富;陳欣;程灝波
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B9/023
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于光學測量、數字全息成像技術領域，具體涉及一種雙模態數字全息顯微裝置。

背景技術

數字全息(Digital Holography)，是普通全息術、計算機技術、電子攝像技術相結合的產物。與普通全息術不同的是，數字全息術采用CCD、CMOS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。然后，利用數值計算方法對存入計算機的全息圖進行全息再現。數字全息具有所需曝光時間短，能夠實現視頻下的連續實時在線全息記錄以及可以同時得到物光波的強度分布圖和位相分布圖等優點。

隨著半導體和微電子技術的發展，CCD和CMOS性能的不斷提高，以及計算機技術的發展，數字全息顯微技術受到越來越多的關注，應用前景也越來越廣泛。在對被測樣品進行測量時，數字全息顯微技術具有非接觸、無損傷、高分辨率以及處理迅速等優點。目前，已廣泛應用于微結構形貌測量、生物細胞成像和微流控測量等領域。

目前，數字全息顯微裝置主要有透射式和反射式兩種測量模態。其中，透射式測量模態用于透明樣品內部的3D顯微成像；反射式測量模態用于反射式樣品表面3D顯微成像。無論哪種測量模態，都需要光源、透鏡、立方分束棱鏡、反射鏡等光學元件組成復雜的光路，而且只能對同一種類型的樣品進行測量。比如中國發明專利CN 105159043A和CN 105242512A示出的數字全息顯微成像裝置，設備結構單一，當測試反射和透射式樣品時，需要提供不同的測量設備，成本高，不利于系統集成化，因而在工程實際中的推廣和應用受到限制。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種雙模態數字全息顯微裝置，將透射式和反射式兩種測量模態集成到一起，既可以實現對透明樣品內部3D顯微成像，也可以對反射式樣品的表面進行3D顯微成像，節約成本，測試方便，便于推廣和實際應用。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種雙模態數字全息顯微裝置，包括光源、擴束準直系統、第一立方分束鏡、第一擋板、第一平面反射鏡、第一顯微物鏡、第二立方分束鏡、第二顯微物鏡、第二平面反射鏡、第二擋板、第三平面反射鏡、消色差透鏡、第三立方分束鏡和攝像器件。所述的擴束準直系統由兩個透鏡組成，而且，第二顯微物鏡和第一顯微物鏡具有相同的結構參數，此外消色差透鏡的后焦點與第一顯微物鏡的前焦點重合；其中，第一立方分束鏡將經過擴束準直后的光束分成透射和反射兩路光束。針對不同類型的待測樣品，可以通過控制第一擋板和第二擋板，選擇合適的測量模態。兩種測量模態的具體操作過程如下：

當對透明樣品內部進行3D顯微成像時，控制第一擋板，允許由第一立方分束鏡透射的光束通過，同時控制第二擋板，對由第二平面反射鏡反射的光束進行阻擋。透射光束經過第一平面反射鏡反射照射待測樣品，透過待測樣品的平行光束被第一顯微物鏡收集，由平面波轉換成球面波并經過第三立方分束鏡反射后照射到攝像器件的成像面，這一路稱為物光光路；另一路反射光束經過第二立方分束鏡反射后被第二顯微物鏡收集，同樣由平面波轉換成球面波并經過第三立方分束鏡透過后照射到成像器件的成像面，這一路參考光與物光干涉，形成的干涉圖由攝像器件記錄下來；最后通過數字全息重構算法得到透明樣品的三維形貌。

當對反射樣品的表面進行3D成像時，控制第二擋板，允許由第二平面反射鏡反射的光束通過，同時控制第一擋板，對由第一立方分束鏡透射的光束進行阻擋。通過第一立方分束鏡反射的光束經過第二立方分束鏡也分成了兩路，其中一路平行光依次經過第二平面反射鏡和第三平面反射鏡并由消色差透鏡會聚到第一顯微物鏡像方焦平面上，通過顯微物鏡再次轉換成平行光照射到待測樣品，然后被待測樣品反射的光經過第一顯微物鏡以及第三立方分束鏡后照射到攝像器件的成像面，稱為物光光路；另外一路被第二顯微物鏡收集并經過第三立方分束鏡透過后照射到攝像器件的成像面，這一路參考光與物光干涉，形成的干涉圖由攝像器件記錄下來；最后通過數字全息重構算法得到反射樣品表面的三維形貌。

所述的擴束準直系統由第一透鏡、小孔光闌和第二透鏡組成，擴束準直系統能夠對光源發出的光進行擴束準直。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發明的一種雙模態數字全息顯微裝置，將透射式和反射式兩種測量模態集成在一起，并利用數字全息技術實現顯微圖像的記錄，測試方便，成本低廉，有利于數字全息顯微測量技術在工程實踐中的推廣與應用。

下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。