数字全息显微镜

数字全息显微镜是一项利用全息技术的专利技术。数字全息显微镜是独特的,因为它提供非扫描和非接触式三维显微测量。数字全息显微镜提供了在材料科学和生命科学应用中对静态和动态的三维特性的解决方案。该解决方案结合了数字全息显微镜与硬件、软件、以及从创新研发到工业应用的需求。与其他显微技术相比,数字全息显微镜并不直接记录被观测物体的图像,而是记录含有被观测物体波前信息的全息图,再通过计算机对所记录的全息图进行数值重建来得到被测物体的相位和振幅(光强)信息,进而完成数字三维重构。

产品范围包括反射式数字全息显微镜和透射式全息显微镜。数字全息显微镜DHM的工作原理:通过干涉产生的全息图被CCD传感器采集,经过电脑特定算法计算,重建微观物体的三维图像。全息图(Hologram)是由若干干涉条纹构成的,而要产生干涉条纹需要使用单色相干光源,比如说激光。通过激光器发出的激光主要有两种典型的光路布局,反射式和透射式。反射式光路是从激光器发出的激光被分为两束光,一束通过多个反射镜直接投射到分光镜,称为参考光R;另外一束则照射物体表面,经物体反射后携带表面形貌的波前(相位和振幅)信息,并通过显微物镜返回分光镜,称为物光O。参考光R和物光O在经过分光镜时产生干涉条纹形成全息图,并由CCD传感器记录。透射式光路与反射式相同的是激光开始都被分为两束,参考光R和物光O。与反射式不同的地方是,物光O是穿透物体之后再与参考光R形成干涉条纹。因此投射式光路要求物体对此波长的激光来说是透明的。

数字全息显微镜相比其他显微术,有以下一些独特的优势:

  1. 在全息成像中,单张全息图即包含了全部像面的信息,可以理解为是多层像面的叠加,这样就允许通过数值算法在计算机上自动选取需要聚焦的像面,因此可以数字自动聚焦。
  2. 数字全息显微镜利用干涉滤波产生的极其稳定的单色激光,以此波长作为度量衡测量微观结构,测量精度可以达到皮米级。
  3. 数字全息显微镜能够实现三维形貌的实时呈现,得益于它非扫描机制。
  4. 数字全息显微镜是基于独特的相移显微原理。光波在经过物体表面反射或者透过物体之后,受物体表面形貌或者是物体内部不同物质折射率的影响而产生相移,这样就携带上了物体的三维特征。
  5. 射式的数字全息显微镜记录光在经过细胞之后的相移信息,不仅能观测细胞,还能进行三维重建和量化分析。细胞中的相移是由细胞内不同组织细微折射率的变化引起的,因此数字全息显微镜观测细胞无须对细胞进行任何标记。
  6. 数字全息显微镜产生干涉的前提是两束光的光程差要小于相干长度。由于观测不同大小物体需要使用不同放大倍数的物镜,因此物光O的光程会因此改变。数字全息显微镜能根据不同物镜自动调节参考光R的光程,使得两束光的光程差总是符合产生干涉的条件,这种设计也使得各物镜下达到共焦的效果。

经过20世纪初的十多年发展,数字全息显微镜已经在各领域内拥有众多成功案例,这些领域归结起来主要涵盖了无标记生物细胞检测、材料表面度量、微系统与微机电系统多维振动分析、动态形貌测量、微光学元件检测等。