[实用新型]五角棱镜的无透镜放大数字全息显微多方式记录系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及数字全息显微测量技术领域，具体涉及一种基于五角棱镜光路转折的无透镜放大数字全息显微记录系统，可用于生物样本及活体细胞的研究与观察，显微光学元件的面型检测等方面。 

背景技术

数字全息显微测量技术是检测显微样本微观结构的重要手段，具有系统简单，非入侵，动态性好等特点，是一种具有很好的应用前景的技术。它基于数字全息计算机再现技术和光学显微技术可实现反射或透射物体的三维微观轮廓测量。与传统的光学全息术相比，用CCD代替全息干板记录获得物体的全息图，然后利用计算机再现技术模拟衍射过程获得物体的波前信息。这样不仅使记录与再现过程变得简单，快捷，而且用计算机和数字图像处理技术能有效地改善再现质量，因此数字全息显微技术近来得到了快的发展。 

    自20世纪80年代末，随着计算机技术和数字信号处理技术的发展，相关研究者们就开始积极探讨数字全息显微技术在多个领域的应用。目前数字全息显微技术在显微光学元件以及显微器件的面形或变形测量，空间微粒和核径迹检测，生物样本和活体细胞的研究与观察，物质参数测量等方面都得到应用研究，已涉及到很多研究领域，如微光学、微机电系统、生物芯片、激光加工、生命科学、医疗诊断等。 

进入二十一世纪以来，数字全息技术发展相当迅速，并很快成为国际上的研究热点。目前已经有二十多个国家和地区的科研单位和学术团体积极投入到数字全息技术领域，并取得了很大的进展，其中处于领先地位的国家有：德国，瑞士，意大利和美国。目前，德国和瑞士已经有商品化的产品投放市场。2006年,瑞士LynceeTec SA公司在世界上首次推出的DMH(Digital Holographic Microscopy)1000 Family,其轴向分辨率为0.6nm,横向分辨率为300nm(取决于物镜的数值孔径),测量范围可达到4mm(1.25倍放大率物镜),测量速度可达到15帧/s。 

数字全息采用的记录方式一般有两种：即同轴记录方式，装置构成一般较简单，但全息图的再现则稍微复杂，常用的则为离轴记录方式，相对于同轴记录，物像，零级项及孪生像容易分离，再现算法简单，需要更多的光学器件，对环境人为因素的依赖性更强。针对现有数字全息显微系统相关光路作简要叙述： 

    2006年钱晓凡等在论文《基于相移技术的显微数字全息重构细胞相位》中，用显微物镜、压电陶瓷和CCD建立的一套测量细胞相位的显微数字全息光路,基于相移技术,通过压电陶瓷驱动控制参考光的相位来记录多幅全息图，然后进行处理，给出了重构相位的理论分析。但这种方法，需要记录多幅全息图，多次采集图像，不适合于实时记录，同时也增加也对环境稳定性和机械精度的要求。

     2009年莫晓莉等在论文《数字全息显微术的记录及重建实验研究》，构建了基于Mach-Zender干涉仪的离轴全息图记录光路,利用频谱滤波技术去除零级衍射和孪生像，仅从一幅全息图就能提取被测样本的振幅和位相信息,实时重建原始物像。由于物光路中显微物镜的使用引入了相位畸变，在进行物光波的重现时必须消除二次相位因子，对其进行校正。这是一个必不可少的过程，否则会造成原物不能准确再现。 

2010年胡翠英等在论文《基于显微数字全息的生物薄膜折射率的测量》，基于Mach-Zenhder型显微数字全息实验系统，较之前光路不同的是，光路结构中有两个相同的显微物镜，一个置于物光路，另一个位于参考光路，使得参考光与物光波前曲率相匹配，以减小物光路因使用显微物镜带来的位相弯曲畸变。为此物镜1和物镜2到合束器的距离应该相等，物光与参考光经合束器在CCD靶面上形成干涉图样。实验中,仔细调整 BS₂的方位,实现离轴显微数字全息记录。但是两个显微物镜到合束器的距离很难把握一致，经常会还有一个未完全消除的剩余球面波相位，还涉及到用曲面拟合的方法去除剩余球面波相位，甚为复杂。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种五角棱镜的无透镜放大数字全息显微多方式记录系统，以解决现有技术光路的结构复杂，需要更多的光学器件，对环境人为因素的依赖性强的问题。