具有双重功能数字显微全息测量装置和方法

专利名称：具有双重功能数字显微全息测量装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种集透射式和反射式双重功能于一体的数字显微全息測量装置和方法。本測量装置可以实现其各个功能模块简单自由切換，从而实现对各类微小样本的检测，属于微小物体检测领域。
背景技术：
数字显微全息技术是数字全息 技术和光学显微镜技术的融合，利用的光的干渉和衍射特性，记录和再现原始物波的強度信息和相位信息。其优势为设备简单，成本相对低廉，且对样本可以做到完全非入侵三维轮廓观测；操作便捷，測量快速，可以在单次曝光下记录样本完整的信息，能够做到实时监测样本的动态变化等。数字显微全息技术主要有两种形式透射式和反射式，分别应用于不同类型的检测样本。现有的仪器产品中很少有将两者融为一体的多用的数字显微全息产品，也就说明测量不同的性质的样本(透明样本与反射型样本)，必须要用到两台不同模式的仪器产品，这无疑増加了成本和带来使用不便性。在很多的场所，人们期望能够做到将投射式和放射式融为一体，且可以实现自由切換。因此，对数字显微全息技术进行相关的深入研究，研制一种集透射式和反射式于一体的多用数字显微全息装置显得具有极其重要的意义。鉴于我国的发展和市场需要，若能完善数字显微全息的理论体系以及研制具有自主知识产权的相关测量仪器，将具有非常积极的现实意义和经济价值。本发明涉及一种集透射式，反射式双重功能于一体的数字显微全息測量装置。本測量装置可以实现其各个功能模块简单自由切換，从而实现对各类微小样本的检测。目前集透射式，反射式双重功能于一体的且可以自由切換的相关测量装置未见相关文献报道。

发明内容
本发明目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种双重功能数字显微全息測量装置和方法，实现利用同一台装置就可以实现对各类微小样本的外部轮廓的检测，从而方便人们的研究，节约研究成本。为达到上述目的，本发明的构思是设计出一种集透射式和反射式于一体的多功能数字显微全息測量装置实现对各类微小样本外部轮廓的检测。利用透射式检测透明的样本的外围轮廓，利用反射式检测反射型样本的外部轮廓。通过反射镜的转入和转出，实现反射式和透射式的自由转换。根据发明构思，本发明采用如下技术方案
ー种具有双重功能数字显微全息測量装置，由I个激光器，I个光束准直扩束装置，I个三维载物台，I个CCD摄像机，I个显微物镜，I个中性密度渐变滤光片，2个180度反射装置，2个分光镜，和6个反射镜组成，其特征在于激光器的正上方是光束准直扩束装置，光束准直扩束装置正上方是第一反射镜，第一反射镜的正右方是第一分光镜，第一分光镜的正右方是第二 180°反射装置的上半部，正下方依次是第二反射镜和第三反射镜；第二 180°反射装置的下半部正左方是ー个第六反射镜，第六反射镜正下方是中性密度渐变滤光片和第五反射镜。第五反射镜的正左方是第二分光镜，第二分光镜的正上方是(XD,正下方依次是显微物镜、载物台、和第四反射镜、正右方是第一 180度反射装置的下半部，第一 180度反射装置的上半部的正右方是第二反射镜；①第二反射镜转入光路，将装置调整成反射模式，用于测量反射型样本第二反射镜转出光路，将装置调整成透射模式，用于检测透明的样本；透射式和反射式可以通过第二反射镜的转入转出光路，自由切換。ー种具有双重功能数字显微全息測量方法，采用上述装置进行透射模式测量，其特征为先由激光器生成 一束激光，经光束扩束准直装置扩束准直后，再由第一反射镜反射，经过第一分光镜，分成一束向右的參考光和一束向下的物光。向下的物光先经过第三反射镜反射，再经过第四反射镜反射，照射到载物台上的样本上，透过样本的物光再经过显微物镜放大，透过第二分光镜，照射到CCD上；向右的參考光先经过第二 180度反射装置和第六反射镜反射，透过中性密度渐变滤光片，再经过第五反射镜和第二分光镜反射，照射到(XD，与物光干渉，从而由CCD记录下全息图。ー种具有双重功能数字显微全息測量方法，采用上述装置进行反射模式测量，其特征为先由激光器生成一束激光，经光束扩束准直装置扩束准直后，再由第一反射镜反射，经过第一分光镜，分成一束參考光和一束物光；向下的物光先经过第二反射镜和第一 180度反射装置反射，再经过第二分光镜反射向下通过显微物镜，照射样本，样本反射回来的物光经过显微物镜放大，透过第二分光镜，照射到CCD ;向右的參考光先经过第二 180度反射装置和第六反射镜反射，透过中性密度渐变滤光片，再经过第五反射镜和第二分光镜反射，照射到(XD，与物光干渉，从而由CXD记录下全息图。本发明与现有技术相比，具有以下显而易见的突出实质性特点和显著进步1、集透射式，反射式于一体，且可以自由切換，可以对各类样本实现外部轮廓检测；2、设备简单，操作方便；3、适用性强；4、具有很好的应用价值。


图I是本发明測量装置的光路示意图。
具体实施例方式本发明的优选实施例结合附图详述如下
实施例一
參见图1，本具有双重功能数字显微全息測量装置，由I个激光器(1)，1个光束准直扩束装置(2)，I个三维载物台(9)，I个CXD摄像机(12)，I个显微物镜(10)，I个中性密度渐变滤光片(14)，2个180度反射装置(6，16)，2个分光镜(4，11)，和6个反射镜(3，5，7,8, 13，15)组成，其特征在于激光器(I)的正上方是光束准直扩束装置(2)，光束准直扩束装置正上方是第一反射镜(3),第一反射镜(3)的正右方是第一分光镜(4),第一分光镜(4)的正右方是第二 180°反射装置(16)的上半部，正下方依次是第二反射镜(5)和第三反射镜(7);第二 180°反射装置(16)的下半部正左方是ー个第六反射镜(15)，第六反射镜(15)正下方是中性密度渐变滤光片(14)和第五反射镜(13)。第五反射镜(13)的正左方是第二分光镜(11)，第二分光镜(11)的正上方是(XD( 12)，正下方依次是显微物镜(10)、载物台(9)、和第四反射镜(8)、正右方是第一 180度反射装置(6)的下半部，第一 180度反射装置(6)的上半部的正右方是第二反射镜(5) 第二反射镜(5)转入光路，将装置调整成反射模式，用于测量反射型样本；②第二反射镜(5)转出光路，将装置调整成透射模式，用于检测透明的样本；透射式和反射式可以通过第二反射镜(5)的转入转出光路，自由切換。实施例ニ 本具有双重功能数字显微全息測量方法，采用根据权利要求I所述的具有双重功能数字显微全息測量装置进行透射模式测量，其特征为先由激光器(I)生成一束激光，经光束扩束准直装置(2)扩束准直后，再由第一反射镜(3)反射，经过第一分光镜(4)，分成一束向右的參考光(17)和一束向下的物光(18)。向下的物光(18)先经过第三反射镜(7)反射，再经过第四反射镜(8)反射，照射到载物台(9)上的样本上，透过样本的物光(18)再经过显微物镜(10)放大，透过第二分光镜(11)，照射到CXD (12)上；向右的參考光(17)先经过第二180度反射装置(16)和第六反射镜(15)反射，透过中性密度渐变滤光片(14)，再经过第五反射镜(13)和第二分光镜(11)反射，照射到CXD (12)，与物光(18)干渉，从而由CXD (12)记录下全息图。实施例三
本具有双重功能数字显微全息測量方法，采用根据权利要求I所述的具有双重功能数字显微全息測量装置进行反射模式测量，其特征为先由激光器(I)生成一束激光，经光束扩束准直装置(2)扩束准直后，再由第一反射镜(3)反射，经过第一分光镜(4)，分成一束參考光(17)和一束物光(18);向下的物光(18)先经过第二反射镜(5)和第一 180度反射装置
(6)反射，再经过第二分光镜(11)反射向下通过显微物镜(10)，照射样本，样本反射回来的物光(18)经过显微物镜(10)放大，透过第二分光镜(11)，照射到CXD (12);向右的參考光
(17)先经过第二 180度反射装置(16)和第六反射镜(15)反射，透过中性密度渐变滤光片
(14)，再经过第五反射镜(13)和第二分光镜(11)反射，照射到CXD (12)，与物光(18)干渉，从而由CXD (12)记录下全息图。实施例四
參见图1，先由激光器I生成一束激光，经光束准直扩束装置2，再由反射镜3反射，经过分光束4，分成向右的一束參考光17和向下的一束物光18。①检测透明样本时，需要把反射镜5转出光路，调成透射模式。向下的物光18先经过反射镜7反射，再由反射镜8反射，照射到载物台9上的样本上，透过样本的物光18经过显微物镜10放大，透过分光镜11，照射到(XD12上。向右的參考光17，先经过180度反射装置16和反射镜15反射，透过中性密度渐变滤光片14，再经过反射镜13和分光镜11反射，照射到CCD12，与物光18干渉，从而由CCD12记录下全息图。②检测反射型样本时，转入反射镜5，调成反射模式向下的物光18先经过反射镜5和180度反射装置6反射，再由分光镜11反射向下通过显微物镜10，照射样本，样本反射回来的物光18经过显微物镜10放大，透过分光镜11，照射到(XD12。向右的參考光17，先经过180度反射装置16和反射镜15反射，透过中性密度渐变滤光片14，再经过反射镜13和分光镜11反射，照射到(XD12，与物光18干渉，从而由(XD12记录下全息图。
权利要求
1.ー种具有双重功能数字显微全息測量装置，由I个激光器(1)，I个光束准直扩束装置(2 )，I个三维载物台(9 )，I个CXD摄像机(12 )，I个显微物镜(10 )，I个中性密度渐变滤光片(14)，2个180度反射装置(6，16)，2个分光镜(4，11)，和6个反射镜(3，5，7,8, 13，15)组成，其特征在于激光器(I)的正上方是光束准直扩束装置(2)，光束准直扩束装置正上方是第一反射镜(3),第一反射镜(3)的正右方是第一分光镜(4),第一分光镜(4)的正右方是第二 180°反射装置(16)的上半部，正下方依次是第二反射镜(5)和第三反射镜(7);第二180°反射装置(16)的下半部正左方是ー个第六反射镜(15)，第六反射镜(15)正下方是中性密度渐变滤光片(14)和第五反射镜(13)； 第五反射镜(13)的正左方是第二分光镜(11 )，第二分光镜(11)的正上方是CXD (12)，正下方依次是显微物镜(10)、载物台(9)、和第四反射镜(8)、正右方是第一 180度反射装置(6)的下半部，第一 180度反射装置(6)的上半部的正右方是第二反射镜(5) 第二反射镜(5)转入光路，将装置调整成反射模式，用于测量反射型样本第二反射镜(5)转出光路，将装置调整成透射模式，用于检测透明的样本；透射式和反射式可以通过第二反射镜 (5)的转入转出光路，自由切換。
2.ー种具有双重功能数字显微全息測量方法，采用根据权利要求I所述的具有双重功能数字显微全息測量装置进行透射模式测量，其特征为先由激光器(I)生成一束激光，经光束扩束准直装置(2)扩束准直后，再由第一反射镜(3)反射，经过第一分光镜(4)，分成一束向右的參考光(17)和一束向下的物光(18); 向下的物光(18)先经过第三反射镜(7)反射，再经过第四反射镜(8)反射，照射到载物台(9)上的样本上，透过样本的物光(18)再经过显微物镜(10)放大，透过第二分光镜(11)，照射到CXD (12)上；向右的參考光(17)先经过第二 180度反射装置(16)和第六反射镜(15)反射，透过中性密度渐变滤光片(14)，再经过第五反射镜(13)和第二分光镜(11)反射，照射到CXD (12)，与物光(18)干渉，从而由CXD (12)记录下全息图。
3.ー种具有双重功能数字显微全息測量方法，采用根据权利要求I所述的具有双重功能数字显微全息測量装置进行反射模式测量，其特征为先由激光器(I)生成一束激光，经光束扩束准直装置(2)扩束准直后，再由第一反射镜(3)反射，经过第一分光镜(4)，分成一束參考光(17)和一束物光(18);向下的物光(18)先经过第二反射镜(5)和第一 180度反射装置(6)反射，再经过第二分光镜(11)反射向下通过显微物镜(10)，照射样本，样本反射回来的物光(18)经过显微物镜(10)放大，透过第二分光镜(11 )，照射到CXD (12);向右的參考光(17)先经过第二 180度反射装置(16)和第六反射镜(15)反射，透过中性密度渐变滤光片(14)，再经过第五反射镜(13)和第二分光镜(11)反射，照射到CXD (12)，与物光(18)干渉，从而由CXD (12)记录下全息图。
全文摘要
本发明涉及一种具有双重功能数字显微全息测量装置和方法。本装置由1个激光器、1个光束准直扩束装置、1个三维载物台、1个CCD摄像机、1个显微物镜、1个中性密度渐变滤光片、2个180度反射装置、2个分光镜和6个发射镜组成。
文档编号G01B9/023GK102620649SQ201210091220
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月31日 优先权日2012年3月31日
发明者于灜洁, 周文静, 朱亮, 李海鹏, 瞿惠 申请人:上海大学