The authors have no acknowledgements.

1. إعداد أولي لقياس ملاحظة: العينة المستخدمة في التجربة هي القطب MEMS. هي ملفقة الأقطاب الذهب على رقاقة السيليكون باستخدام الرفع من العملية. العينة هو 18 ملم × 18 ملم رقاقة مع الهياكل دورية (أقطاب) مع 1 مم فترة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تسجيل الدخول إلى دفتر قبل استخدام هذا النظام. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قم بتشغيل الكمبيوتر والليزر ومرحلة الترجمة السلطة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع ممس القطب / الدقيقة الحجاب الحاجز العينة. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضع عينة ممس في منتصف صاحب العينة باستخدام الملقط. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط صاحب العينة لوضع الأقطاب الكهربائية في مسار الشعاع. يتم تعريف الحقل قياس الحد الأقصى لعرض حسب حجم مستشعر الكاميرا. وهو مستطيل من 2.3 مم × 1.8 مم. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام العمودية الاتجاه بمحركات المرحلة، حرك النظام بشكل تقريبي 1.5 سم بعيدا عن العينة. </li></ol> 2. البرنامج إعدادات الضبط <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فتح 3DViewالبرمجيات. 3DView هو برنامجنا في المنزل وضعت في C ++. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> انقر زر مصدر التصوير لاختيار الكاميرا المناسبة للتجربة. اختيار كاميرا أحادية اللون اتفاقية مكافحة التصحر. تجنب كاميرا اللون في هذا الإعداد منذ يستخدم ليزر ديود أحادي اللون. بالإضافة إلى ذلك، لنفس العدد من بكسل، فإن القرار سيكون أقل عند استخدام الكاميرات اللون. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> في علامة التبويب إعدادات الجهاز، حدد Y800 (1280 س 960) شكل فيديو و 15 لقطة في الفيديو معدل الثاني. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> انقر زر التشغيل الأصفر لتشغيل الكاميرا. يجب أن تظهر صورة الكائن مع أنماط هامش مطبوع (الهولوغرام). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط معايير الربح والتعرض المثلى لتجنب صورة تشبع إذا لزم الأمر. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام طريقة العرض الحية كاميرا الفيديو نافذة، وضبط الموقف عينة لتحديد المنطقة بالضبط للتحقيق في العينة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط مفتوحة التبويب. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> في علامة التبويب التكوين، حدد نوع من السطحية (عاكسة أو شفافة)، والطول الموجي من لاسر، وبكسل حجم الكاميرا. الليزر هو ليزر ديود تعمل على 633 نانومتر. حجم بكسل للكاميرا هو 4650 نانومتر. العينة هو جهاز براق ممس القطب لذا يجب تحديد وضع عاكس. ملاحظة: التكوين CDHM يسمح السطوح العاكسة إلا أن تقاس. ومع ذلك، يمكن للبرنامج أيضا أن تستخدم لقياس العينات الشفافة عند استخدام نظام التصوير الثلاثي الأبعاد الرقمية المختلفة (13). أي تغيير في هذا الإعداد يغير الصيغة ارتفاع حساب من المرحلة. والواقع أن بصري الفرق مسار حساب يختلف قليلا عن عينات شفافة كما يتضمن مؤشر كائن الانكسار. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> اختيار خوارزمية إعادة الإعمار الإلتواء وتعيين المسافة إعادة الإعمار إلى الصفر. اختيار خطوة إعادة بناء 1 أو 2. ملاحظة: يمكن تعريف المعلمة بعد إعادة الإعمار في وقت لاحق من خلال النظر في صورة كثافة تم الحصول عليها من صورة ثلاثية الأبعاد واستخدام التركيز التلقائي. وتحدد الخطوة إعادة الإعمار في عدد منالخطوات المتبعة لتنفيذ فريسنيل يتجزأ ومحاكاة انتشار شعاع. الطريقة الأولى تقييم يتجزأ مرة واحدة كما فورييه واحد تحويل. وهناك خطوة من 2 تقييم يتجزأ مرتين. وهذا يضيف المزيد من المرونة في تباعد الشبكة ولكن حسابيا أقل كفاءة 20. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> في علامة التبويب تجهيز آخر، حدد خوارزمية إزالة التغليف اللازمة للحصول على صورة ملفوف النهائية. اختر جودة تعيينها الخوارزمية. ملاحظة: في البرنامج، واختيار بين غولدشتاين والجودة رسم خرائطها خوارزمية ويمكن إجراء. وقد أظهرت في وقت لاحق مرحلة المكانية قوية وسريعة إزالة التغليف. ويستند الخوارزمية جودة معين على مرحلة الموجهة إزالة التغليف كما هو موضح في 21. </li></ol></li></ol> 3. الحصول على البيانات <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> اضغط على تحويل فورييه رمز لفتح نافذة الطيف فورييه. واحد 0 النظام واثنين +1، -1 يجب أن تظهر أوامر. إذا لم تكن هذه هي الحالة، تأكد من أن العينة في المكان المناسب، وضبط اكتسابد التعرض لفترة ثانية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وقف وضع قياس الحية. اختيار واحد من أوامر diffracted (تردد إيجابية أو سلبية) باستخدام أداة التصفية. يجب أن تكون المساحة المحددة كبير بما فيه الكفاية حتى يتسنى لجميع الترددات اللازمة لاسترجاع المرحلة موجودة. تبديل على طريقة العيش مرة أخرى. ملاحظة: سيتم اختيار النظام السلبي يؤثر فقط علامة على مرحلة في النتيجة النهائية، أي أن مقلوب صورة 3D النهائية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فتح نافذة المرحلة. تأكد من أن لا يتم تمكين وضع ملفوف. يجب أن تظهر صورة المرحلة الرمادية من وجوه مطبوع مع هامش ملفوفة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الاستفادة من المرحلة الرأسية الآلية للحد من عدد من هامش في صورة المرحلة. عندما تترك سوى 1 أو 2 هامش على الصورة، ووقف مرحلة الآلية. ملاحظة: يعتمد هذا النظام على التداخل. وبالتالي فإنه من حساسية للاهتزازات. بعد انتقاله المرحلة ض الاتجاه الآلية، يجب على المستخدم الانتظار 1 أو 2 ثانية قبل ظهور صورة المرحلة ملفوفة ضد هبوطن. ومن المهم أيضا لتجنب الاهتزازات أثناء القياس للحصول على صورة مرحلة مستقرة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> انقر على زر التركيز التلقائي 22 للعثور على أفضل مسافة إعادة الإعمار. قد تحتاج إلى واحد لاستخدام ضبط تلقائي للصورة عدة مرات من الاقتراب من مسافة إعادة الإعمار المثلى حتى تظهر الصورة كثافة حادة وواضحة. ويستند التركيز التلقائي على طريقة الطيف الزاوي فعالية كفاءة والوقت كما هو موضح في 22. ملاحظة: شريط التمرير التركيز يمكن أن تستخدم لتعديل غرامة. ثم، انقر على زر التركيز Center لتسجيل المسافة اعادة الاعمار الحالية. ويبدو في بعض الأحيان أن لم يتم العثور على أفضل التركيز مع خيار ضبط تلقائي للصورة. في هذه الحالة، بعد إعادة الإعمار المدخلات يدويا للعثور على أفضل التركيز. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تمكين وضع ملفوف لرؤية صورة المرحلة ملفوف من خلال النقر على زر إزالة التغليف. </li></ol> 4. التصور البيانات وتحليل لقياس ثابت <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فتح نافذة صورة 3D لرؤية 3D النهائيصورة من العينة. استخدام الخيارات المتاحة لمراقبة النتيجة النهائية (تدوير، خريطة ملونة، وعرض النطاق ...). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> انقر على زر ويندوز البلاط لترتيب النوافذ على أنها غير التداخل وعرض جميع القياسات ويندوز. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام المسطرة خط لرسم خط على مساحة الفائدة على صورة المرحلة ملفوف. في إطار مؤامرة الخط، وعبر التعريف مؤامرة قطاعات من مساحة الفائدة يمكن ملاحظتها. استخدام اثنين من علامات الخط الأخضر لاستخراج الارتفاع التقريبي للكائن (الشكل 5). ويمكن الحصول على خشونة السطح في الجزء العلوي شقة من العينة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حفظ صورة المرحلة النهائية في شكل .JPEG لاستيراده إلى البرامج الأخرى إذا لزم الأمر. </li></ol> 5. إعداد العينات وتحليل البيانات لقياس الحيوي <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع الحجاب الحاجز الصغير على طبق من محطة التدفئة. لن يتم إزالة عينة من لوحة حتى انتهاء التجربة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تسجيل ثلاثية الأبعاد من ميكرس الحجاب الحاجز عند درجة حرارة الغرفة وذلك باتباع الإجراء الموضح أعلاه في القسم 2 و 3. وسوف يستخدم كمرجع لتحليل تشوه. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حفظ البيانات مرحلة على الكمبيوتر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدوره على لوحة التدفئة المختبر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام مقبض درجة الحرارة، وتختلف درجة الحرارة في خطوات من 50 درجة مئوية من 50 درجة مئوية إلى 300 درجة مئوية. لكل خطوة درجة الحرارة، وحفظ صورة خريطة المرحلة في شكل .JPEG. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> طرح درجة الحرارة المحيطة خريطة المرحلة الأولى من خريطة مرحلة أخرى سجلت للحصول على البيانات تشوه. ملاحظة: يمكن أن تتحقق هذه المعالجة خطوة آخر مع رمز MATLAB بسيطة. يتم تحميل المراحل المختلفة التي تم الحصول عليها في MATLAB ويتم تنفيذ بسيط مصفوفة الطرح. ثم يمكن الحصول على قطع المقطع العرضي للمراحل تشوه مختلفة. </li></ol>

<ol>
	<li>Maluf, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> An introduction to Microelectromechanical Systems. , (2002).</li><li>Novak, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MEMS+metrology+techniques.">MEMS metrology techniques.</a> Proc. SPIE. 5716, 173-181 (2005).</li><li>Gabor, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+New+Microscopic+Principle.">A New Microscopic Principle.</a> Nature. 161 (4098), 777-778 (1948).</li><li>Schnars, U., J&#252;ptner, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+recording+of+holograms+by+a+CCD+target+and+numerical+reconstruction.">Direct recording of holograms by a CCD target and numerical reconstruction.</a> Appl. Opt. 33 (2), 179-181 (1994).</li><li>Schnars, U., J&#252;ptner, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Digital+recording+and+numerical+reconstruction+of+holograms.">Digital recording and numerical reconstruction of holograms.</a> Meas. Sci. Technol. 13 (9), 85-101 (2002).</li><li>Pedrini, G., Schedin, S., Tiziani, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lensless+digital+holographic+interferometry+for+the+measurement+of+large+objects.">Lensless digital holographic interferometry for the measurement of large objects.</a> Opt. Commun. 171 (1-3), 29-36 (1999).</li><li>Dubois, F., Joannes, L., Legros, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+three-dimensional+imaging+with+a+digital+holography+microscope+with+a+source+of+partial+spatial+coherence.">Improved three-dimensional imaging with a digital holography microscope with a source of partial spatial coherence.</a> Appl. Opt. 38 (34), 7085-7094 (1999).</li><li>Lei, X., Xiaoyuan, P., Jianmin, M., Asundi, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studies+of+digital+microscopic+holography+with+applications+to+microstructure+testing.">Studies of digital microscopic holography with applications to microstructure testing.</a> Appl. Opt. 40 (28), 5046-5051 (2001).</li><li>Cuche, E., Bevilacqua, F., Depeursinge, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Digital+holography+for+quantitative+phase-contrast+imaging.">Digital holography for quantitative phase-contrast imaging.</a> Opt. Lett. 24 (5), 291-293 (1999).</li><li>Qu, W., Yu, Y., Chee Oi, C., Raj Singh, V., Asundi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quasi-physical+phase+compensation+in+digital+holographic+microscopy.">Quasi-physical phase compensation in digital holographic microscopy.</a> J. Opt. Soc. Am. 26 (9), 2005-2011 (2009).</li><li>Schedin, S., Pedrini, G., Tiziani, H. J., Santoyo, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+three-dimensional+dynamic+deformation+measurements+with+pulsed+digital+holography.">Simultaneous three-dimensional dynamic deformation measurements with pulsed digital holography.</a> Appl. Opt. 38 (34), 7056-7062 (1999).</li><li>Lei, X., Xiaoyuan, P., Jianmin, M., Asundi, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+and+validation+of+digital+microholo+interferometric+system+for+micromechanical+testing.">Development and validation of digital microholo interferometric system for micromechanical testing.</a> Proc. SPIE. 4778, 11-20 (2002).</li><li>Qu, W., Bhattacharya, K., Choo, C. O., Yu, Y., Asundi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transmission+digital+holographic+microscopy+based+on+a+beam-splitter+cube+interferometer.">Transmission digital holographic microscopy based on a beam-splitter cube interferometer.</a> Appl. Opt. 48 (15), 2778-2783 (2009).</li><li>Potcoava, M. C., Kim, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fingerprint+biometry+applications+of+digital+holography+and+low-coherence+interferography.">Fingerprint biometry applications of digital holography and low-coherence interferography.</a> Appl. Opt. 48 (34), 9-15 (2009).</li><li>Kolman, P., Chmel&#236;k, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coherence-controlled+holographic+microscope.">Coherence-controlled holographic microscope.</a> Opt. Express. 18 (21), 21990-22003 (2010).</li><li>Lee, M., Yaglidere, O., Ozcan, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Field-portable+reflection+and+transmission+microscopy+based+on+lensless+holography.">Field-portable reflection and transmission microscopy based on lensless holography.</a> Biomed. Opt. Express. 2 (9), 2721-2730 (2011).</li><li>Mico, V., Zalevsky, Z., Garc&#236;a, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Common-path+phase-shifting+digital+holographic+microscopy:+a+way+to+quantitative+phase+imaging+and+superresolution.">Common-path phase-shifting digital holographic microscopy: a way to quantitative phase imaging and superresolution.</a> Opt. Commun. 281 (17), 4273-4281 (2008).</li><li>Singh, V. R., Miao, J., Wang, Z., Hedge, G. M., Asundi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+characterization+of+MEMS+diaphragm+using+time+averaged+in-line+digital+holography.">Dynamic characterization of MEMS diaphragm using time averaged in-line digital holography.</a> Opt. Commun. 280 (2), 285-290 (2007).</li><li>Singh, V. R., Anderi, A., Gorecki, C., Nieradko, L., Asundi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+MEMS+cantilevers+lensless+digital+holographic+microscope.">Characterization of MEMS cantilevers lensless digital holographic microscope.</a> Proc. SPIE. 6995, 69950F-1 (2008).</li><li>Schmidt, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Numerical+Simulation+of+Optical+Wave+Propagation+with+Examples+in+MATLAB.">Numerical Simulation of Optical Wave Propagation with Examples in MATLAB.</a> SPIE PRESS BOOK. , (2010).</li><li>Zhao, M., Huang, L., Zhang, Q. C., Su, X. Y., Asundi, A., Qian, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quality-guided+phase+unwrapping+technique:+comparison+of+quality+maps+and+guiding+strategies.">Quality-guided phase unwrapping technique: comparison of quality maps and guiding strategies.</a> Appl. Opt. 50 (33), 6214-6224 (2011).</li><li>Wang, Z., Qu, W., Yang, F., Wen, Y., Asundi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+autofocus+method+based+on+angular+spectrum+method+in+digital+holography.">A new autofocus method based on angular spectrum method in digital holography.</a> Proc. SPIE. 9449, 2-7 (2015).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

في هذا الاستعراض، ونحن نقدم على بروتوكول لاسترداد بدقة التشكل الكمي للأجهزة MEMS مختلفة باستخدام نظام مدمج الاعتماد على السند الخطي الرقمي. ويتجلى توصيف ممس في وضع حد سواء والدينامية. يتم الحصول على بيانات 3D كمية من ممس قناة الصغرى. من أجل التحقق من صحة دقة النظام، وقد ...

المقاييس الصغرى والمتناهية الصغر الأشياء هو من أهمية كبيرة لكلا الصناعة والباحثين. في الواقع، والتصغير من الأشياء يمثل تحديا جديدا لعلم القياس البصرية. نظم الصغرى والكهربائية الميكانيكية (MEMS) وتعرف عموما والمنمنمة الأنظمة الإلكتروميكانيكية ويتكون عادة مكونات مثل أجهزة الاستشعار الصغيرة، والمحركات الصغيرة، والالكترونيات الدقيقة والمجهرية. وقد وجدت العديد من التطبيقات في مجال متنوعة مثل التكنولوجيا الحيوية، والطب والاتصالات والاستشعار 1. في الآونة الأخيرة، والتعقيد المتزايد فضلا عن التصغير التدريجي للكائن اختبار ملامح الدعوة إلى تطوير تقنيات توصيف مناسبة لممس. صناعة إنتاجية عالية من هذه مايكروسيستمز المعقدة يتطلب تنفيذ تقنيات قياس مضمنة المتقدمة، لتحديد معالم مميزة والعيوب المتعلقة الناجمة عن الظروف العملية 2. على سبيل المثال، انحراف المعلمة الهندسيeters في جهاز ممس يؤثر على خصائص النظام ويجب أن تتسم. وبالإضافة إلى ذلك، صناعة تتطلب عالية الأداء قياس القرار، مثل كامل ثلاثة أبعاد (3D) المقاييس، ELD فاي واسعة من الرأي، القرار التصوير عالية، وتحليلها في الوقت الحقيقي. وبالتالي، فمن الضروري لضمان مراقبة الجودة وعملية التفتيش موثوق بها. وعلاوة على ذلك، فإنه يتطلب نظام القياس لتكون قابلة للتنفيذ بسهولة على خط الإنتاج، وبالتالي التعاقد نسبيا ليتم تثبيتها على البنى التحتية القائمة. تصوير ثلاثي الأبعاد، الذي قدم للمرة الأولى من قبل غابور 3، هو الاسلوب الذي يسمح للانتعاش من المعلومات الكمية الكاملة للجسم عن طريق تسجيل التداخل بين إشارة وموجة الكائن في وسيلة للضوء. وخلال هذه العملية المعروفة باسم التسجيل، يتم تخزين سعة، مرحلة والاستقطاب من حقل في المتوسط. ثم يمكن استردادها مجال موجة الجسم عن طريق إرسال شعاع إشارة على ليdium، وهي عملية تعرف باسم القراءة البصرية للصورة ثلاثية الأبعاد. منذ كاشف التقليدية يسجل فقط شدة الموجة، وكان السند الخطي موضع اهتمام كبير في السنوات الخمسين الماضية لأنه يتيح الوصول إلى معلومات إضافية عن الحقل الكهربائي. ومع ذلك، هناك عدة جوانب من السند الخطي التقليدي جعلها غير عملي لصناعة التطبيقات. في الواقع، والمواد حساس غالية الثمن وعملية التسجيل عموما يتطلب درجة عالية من الاستقرار. وقد فتحت التقدم في أجهزة الاستشعار كاميرا ذات دقة عالية مثل أجهزة جانب مشحونة (CCD) نهجا جديدا لعلم القياس الرقمي. واحدة من تلك التقنيات يعرف السند الخطي الرقمي (4). في الذواكر ثلاثية الأبعاد الرقمية (DH)، يتم تسجيل ثلاثية الأبعاد على الكاميرا (وسط تسجيل) وتستخدم العمليات العددية لإعادة بناء المعلومات المرحلة وشدة. كما هو الحال مع السند الخطي التقليدي، ويمكن الحصول على النتيجة بعد إجراءين رئيسيين: تسجيل وإعادة البناء كما هو مبين في فايجوري 1. ومع ذلك، إذا كان تسجيل يشبه السند الخطي التقليدي، وإعادة الإعمار العددي فقط 5. وأظهرت عملية إعادة الإعمار العددية في الشكل (2). ويشارك اثنان من الإجراءات في عملية إعادة الإعمار. أولا، يتم استرداد الميدان موجة كائن من صورة ثلاثية الأبعاد. يتم ضرب صورة ثلاثية الأبعاد مع موجة إشارة رقمية للحصول على واجهة الموجة الكائن في الطائرة صورة ثلاثية الأبعاد. ثانيا، يتم نشر اجهة الموجة الكائن معقدة من الناحية العددية إلى الطائرة الصورة. في نظامنا، يتم تنفيذ هذه الخطوة باستخدام طريقة التفاف 6. مجال بناؤها عليها وظيفة معقدة، وبالتالي مرحلة وكثافة ويمكن استخراج توفير المعلومات ارتفاع الكمية على وجوه الفائدة. قدرة كله الميداني تخزين المعلومات في طريقة التصوير الثلاثي الأبعاد واستخدام تكنولوجيا الحاسب الآلي لمعالجة البيانات بسرعة تقديم المزيد من المرونة في تكوين التجربة وزيادة كبيرة في سبيد العملية التجريبية، وفتح آفاقا جديدة لتطوير DH كأداة المترولوجية ديناميكية لممس والنظم الدقيقة 7،8. استخدام السند الخطي الرقمي في مرحلة التصوير النقيض الآن راسخة وقدم لأول مرة أكثر من عشر سنوات منذ 9. في الواقع، وقد تم إجراء تحقيق من الأجهزة المجهرية عن طريق الجمع بين التصوير الثلاثي الأبعاد الرقمية والفحص المجهري في العديد من الدراسات 10، 11، 12، 13. العديد من الأنظمة القائمة على تماسك عال 14 وانخفاض التماسك من 15 مصدرا وكذلك أنواع مختلفة من الهندسة 13، 16، 17 (في خط، خارج المحور، مسار مشترك ...) قد قدمت. وبالإضافة إلى ذلك، في خط استخدمت السند الخطي الرقمي سابقا في توصيف جهاز ممس 18 و 19. ومع ذلك، فإن هذه النظم هي صعبة عموما لتنفيذ وضخمة، مما يجعلها غير صالحة للتطبيقات الصناعية. في هذه الدراسة، فإننا نقترح نظام مدمج وبسيط وعدسة مجانية على أساس AXI خارجق السند الخطي الرقمي قادر للتفتيش في الوقت الحقيقي ممس والتوصيف. المجهر الاتفاق التصوير المجسم الرقمي (CDHM) هو عدسة أقل نظام الثلاثية الأبعاد الرقمية المتقدمة وبراءات الاختراع للحصول على التشكل 3D الأجسام براق حجم الصغير. في نظامنا، 10 ميغاواط، مستقرة للغاية، ويقترن التحكم في درجة الحرارة ليزر ديود تعمل على 638 نانومتر إلى الألياف أحادية الوضع. كما هو مبين في الشكل (3)، يتم تقسيم شعاع متباينة المنبثقة من الألياف في إشارة وشعاع الكائن من قبل الخائن شعاع. ويتألف مسار الشعاع إشارة مرآة مائلة لتحقيق الهندسة محور قبالة. وينتشر شعاع الكائن وتنعكس من العينة. شعاعين تتداخل على CCD يعطي صورة ثلاثية الأبعاد. ويطلق على نمط التدخل مطبوع على الصورة حاملة المكاني ويسمح استرداد المعلومات مرحلة الكمية مع صورة واحدة فقط. يتم تنفيذ إعادة الإعمار العددي باستخدام فورييه المشترك تحويل وخوارزمية الالتواء كما ستاتيد سابقا. تكوين عدسة أقل ديها العديد من المزايا مما يجعلها جذابة. كما تستخدم أي العدسات، وشعاع الإدخال موجة متباينة توفير التكبير الهندسي الطبيعي، وبالتالي تحسين دقة النظام. وعلاوة على ذلك، فهو حر من الانحرافات التي واجهتها في النظم البصرية نموذجية. كما يمكن أن يرى في الشكل 3B، يمكن جعل نظام مدمج (55x75x125 مم 3)، وخفيفة الوزن (400 غرام)، وبالتالي يمكن دمجها بسهولة في خطوط الإنتاج الصناعية.

<table><tbody><tr><td>2 MP Camera</td><td>Imaging Source</td><td>DMX 41BU02</td><td>used to record the hologram. 4.65&amp;nbsp;microns pixel size</td></tr><tr><td>Motorized X,Y,Z Translation Stage</td><td>Zaber Technology&amp;nbsp;</td><td>TLS28-M</td><td>Holder for the system&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Beam splitter</td><td>Edmund optics</td><td>49-003</td><td>Cube Beam splitter. Separate and recombine the object and reference beam</td></tr><tr><td>Laser&amp;nbsp;</td><td>Micro Laser Systems, Inc.</td><td>SRT-F635S-20/OSYS</td><td>Diode laser</td></tr><tr><td>Mirror</td><td>Edmund Optics</td><td>#43-412-566</td><td>1&quot; Dia. Protected Gold, &amp;lambda;/20 Flat Zerodur</td></tr><tr><td>monomode Fiber</td><td>Thorlabs</td><td>S405-XP</td><td>Single Mode Optical Fiber, 400 - 680 nm, &amp;Oslash; 125 &amp;micro;m Cladding</td></tr><tr><td>Sample holder</td><td>Edmund Optics</td><td>#39-930</td><td>Ideal Positioning Platform, &amp;plusmn;35&amp;nbsp;mm Travel in Both X and Y</td></tr><tr><td>Hotplate</td><td>Thermolyne Mirak hotplate</td><td>Barnstead International HP72935-60</td><td>temperature range 40-370 &amp;deg;C</td></tr><tr><td>Holoscope Software</td><td>d&#039;Optron Pte Ltd</td><td></td><td>software developed by the NTU researchers&amp;nbsp;</td></tr></tbody></table>

compact lens-less digital holographic microscope for mems inspection and characterization

A micro-electro-mechanical-system (MEMS) is a widely used component in many industries, including energy, biotechnology, medical, communications, and automotive. However, effective inspection and characterization metrology systems are needed to ensure the functional reliability of MEMS. This study presents a system based on digital holography as a tool for MEMS metrology. Digital holography has gained increasing attention in the past 20 years. With the fast development and decreasing cost of sensor arrays, resolution of such systems has increased broadening potential applications. Thus, it has attracted attention from both research and industry sides as a potential reliable tool for industrial metrology. Indeed, by recording the interference pattern between an object beam (which contains sample height information) and a reference beam on a CCD camera, one can retrieve the quantitative phase information of an object. However, most of digital holographic systems are bulky and thus not easy to implement on industry production lines. The novelty of the system presented is that it is lens-less and thus very compact. In this study, it is shown that the Compact Digital Holographic Microscope (CDHM) can be used to evaluate several characteristics typically consider as criteria in MEMS inspections. The surface profiles of MEMS in both static and dynamic conditions are presented. Comparison with AFM is investigated to validate the accuracy of the CDHM.

تم تصميم بروتوكول المذكورة أعلاه لفحص وتميز ممس والأجهزة الصغيرة باستخدام نظام CDHM. في نظامنا، ويقترن الألياف أحادية الوضع ليزر ديود تعمل في الطول الموجي 633 نانومتر. ويرجع ذلك إلى التكوين شعاع متباينة، فمن المهم أن تتناسب مع شعاع الكائن ومسار الشعاع...

Watch this Scientific Journal Video about Compact Lens-less Digital Holographic Microscope for MEMS Inspection and Characterization at JoVE.com

Compact Lens-less Digital Holographic Microscope for MEMS Inspection and Characterization

نقدم انعكاس المدمجة نظام المجسم الرقمي (CDHM) للتفتيش وتوصيف الأجهزة MEMS. وأظهر تصميم عدسة أقل باستخدام موجة مدخلات متباينة توفير التكبير الهندسي الطبيعي. كلاهما قدم دراسات والدينامية.

المدمجة عدسة أقل الرقمي المجسم مجهر لفحص ممس وتوصيف

A micro-electro-mechanical-system (MEMS) is a widely used component in many industries, including energy, biotechnology, medical, communications, and ...

compact-lens-less-digital-holographic-microscope-for-mems-inspection

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Engineering

10.2K Views.  Nanyang Technological University.  نقدم انعكاس المدمجة نظام المجسم الرقمي (CDHM) للتفتيش وتوصيف الأجهزة MEMS. وأظهر تصميم عدسة أقل باستخدام موجة مدخلات متباينة توفير التكبير الهندسي الطبيعي. كلاهما قدم دراسات والدينامية. 

Video: Compact Lens-less Digital Holographic Microscope for MEMS Inspection and Characterization

Construction of a High Resolution Microscope with Conventional and Holographic Optical Trapping Capabilities

High resolution microscope systems with optical traps allow for precise manipulation of various refractive objects, such as dielectric beads 1 or cellular organelles 2,3, as well as for high spatial and temporal resolution readout of their position relative to the center of the trap. The system described herein has one such "traditional" trap operating at 980 nm. It additionally provides a second optical trapping system that uses a commercially available holographic package to simultaneously create and manipulate complex trapping patterns in the field of view of the microscope 4,5 at a wavelength of 1,064 nm. The combination of the two systems allows for the manipulation of multiple refractive objects at the same time while simultaneously conducting high speed and high resolution measurements of motion and force production at nanometer and piconewton scale.

The system described herein employs a traditional optical trap as well as an independent holographic optical trapping line, capable of creating and manipulating multiple traps. This allows for the creation of complex geometric arrangements of refractive particles while also permitting simultaneous high-speed, high-resolution measurements of the activity of biological enzymes.

بناء مجهر عالي الدقة مع التقليدية والتصوير المجسم قدرات ملائمة بصري

High resolution microscope systems with optical traps allow for precise manipulation of various refractive objects, such as dielectric beads 1 or cellular ...

Lensless Fluorescent Microscopy on a Chip

On-chip lensless imaging in general aims to replace bulky lens-based optical microscopes with simpler and more compact designs, especially for high-throughput screening applications. This emerging technology platform has the potential to eliminate the need for bulky and/or costly optical components through the help of novel theories and digital reconstruction algorithms. Along the same lines, here we demonstrate an on-chip fluorescent microscopy modality that can achieve e.g., &lt;4&mu;m spatial resolution over an ultra-wide field-of-view (FOV) of &gt;0.6-8 cm2 without the use of any lenses, mechanical-scanning or thin-film based interference filters. In this technique, fluorescent excitation is achieved through a prism or hemispherical-glass interface illuminated by an incoherent source. After interacting with the entire object volume, this excitation light is rejected by total-internal-reflection (TIR) process that is occurring at the bottom of the sample micro-fluidic chip. The fluorescent emission from the excited objects is then collected by a fiber-optic faceplate or a taper and is delivered to an optoelectronic sensor array such as a charge-coupled-device (CCD). By using a compressive-sampling based decoding algorithm, the acquired lensfree raw fluorescent images of the sample can be rapidly processed to yield e.g., &lt;4&mu;m resolution over an FOV of &gt;0.6-8 cm2. Moreover, vertically stacked micro-channels that are separated by e.g., 50-100 &mu;m can also be successfully imaged using the same lensfree on-chip microscopy platform, which further increases the overall throughput of this modality. This compact on-chip fluorescent imaging platform, with a rapid compressive decoder behind it, could be rather valuable for high-throughput cytometry, rare-cell research and microarray-analysis.

A lensless on-chip fluorescent microscopy platform is demonstrated that can image fluorescent objects over an ultra-wide field-of-view of e.g., &#62;0.6-8 cm2 with &#60;4&#956;m resolution using a compressive sampling based decoding algorithm. Such a compact and wide-field fluorescent on-chip imaging modality could be valuable for high-throughput cytometry, rare-cell research and microarray-analysis.

نيون الميكروسكوب Lensless على رقاقة

On-chip lensless imaging in general aims to replace bulky lens-based optical microscopes with simpler and more compact designs, especially for ...

Bioengineering

Lensfree On-chip Tomographic Microscopy Employing Multi-angle Illumination and Pixel Super-resolution

Tomographic imaging has been a widely used tool in medicine as it can provide three-dimensional (3D) structural information regarding objects of different size scales. In micrometer and millimeter scales, optical microscopy modalities find increasing use owing to the non-ionizing nature of visible light, and the availability of a rich set of illumination sources (such as lasers and light-emitting-diodes) and detection elements (such as large format CCD and CMOS detector-arrays). Among the recently developed optical tomographic microscopy modalities, one can include optical coherence tomography, optical diffraction tomography, optical projection tomography and light-sheet microscopy. 1-6 These platforms provide sectional imaging of cells, microorganisms and model animals such as C. elegans, zebrafish and mouse embryos.
Existing 3D optical imagers generally have relatively bulky and complex architectures, limiting the availability of these equipments to advanced laboratories, and impeding their integration with lab-on-a-chip platforms and microfluidic chips. To provide an alternative tomographic microscope, we recently developed lensfree optical tomography (LOT) as a high-throughput, compact and cost-effective optical tomography modality. 7 LOT discards the use of lenses and bulky optical components, and instead relies on multi-angle illumination and digital computation to achieve depth-resolved imaging of micro-objects over a large imaging volume. LOT can image biological specimen at a spatial resolution of &lt;1 &mu;m x &lt;1 &mu;m x &lt;3 &mu;m in the x, y and z dimensions, respectively, over a large imaging volume of 15-100 mm3, and can be particularly useful for lab-on-a-chip platforms.

Lensfree optical tomography is a three-dimensional microscopy technique that offers a spatial resolution of &lt;1 &mu;m &times; &lt;1 &mu;m &times; &lt;3 &mu;m in x, y and z dimensions, respectively, over a large imaging-volume of 15-100 mm3, which can be particularly useful for integration with lab-on-a-chip platforms.

Lensfree الميكروسكوب تصوير الشعاعي الطبقي على رقاقة ويعمل لدى الشركة متعددة زاوية الإضاءة وبكسل سوبر قرار

Tomographic imaging has been a widely used tool in medicine as it can provide three-dimensional (3D) structural information regarding objects of different ...

Demonstration of a Hyperlens-integrated Microscope and Super-resolution Imaging

The use of super-resolution imaging to overcome the diffraction limit of conventional microscopy has attracted the interest of researchers in biology and nanotechnology. Although near-field scanning microscopy and superlenses have improved the resolution in the near-field region, far-field imaging in real-time remains a significant challenge. Recently, the hyperlens, which magnifies and converts evanescent waves into propagating waves, has emerged as a novel approach to far-field imaging. Here, we report the fabrication of a spherical hyperlens composed of alternating silver (Ag) and titanium oxide (TiO2) thin layers. Unlike a conventional cylindrical hyperlens, the spherical hyperlens allows for two-dimensional magnification. Thus, incorporation into conventional microscopy is straightforward. A new optical system integrated with the hyperlens is proposed, allowing for a sub-wavelength image to be obtained in the far-field region in real time. In this study, the fabrication and imaging setup methods are explained in detail. This work also describes the accessibility and possibility of the hyperlens, as well as practical applications of real-time imaging in living cells, which can lead to a revolution in biology and nanotechnology.

The use of a hyperlens has been regarded as a novel super-resolution imaging technique due to its advantages in real-time imaging and its simple implementation with conventional optics. Here, we present a protocol describing the fabrication and imaging applications of a spherical hyperlens.

مظاهرة مجهر المتكاملة هايبرلينس وتصوير القرار فائقة

The use of super-resolution imaging to overcome the diffraction limit of conventional microscopy has attracted the interest of researchers in biology and ...

Spectral and Angle-Resolved Magneto-Optical Characterization of Photonic Nanostructures

Photonic crystals are periodic nanostructures that can support a variety of confined electromagnetic modes. Such confined modes are usually accompanied by local enhancement of electric field intensity that strengthens light-matter interactions, enabling applications such as surface-enhanced Raman scattering (SERS) and surface plasmon enhanced sensing. In the presence of magneto-optically active materials, the local field enhancement gives rise to anomalous magneto-optical activity. Typically, the confined modes of a given photonic crystal depend strongly on the wavelength and incidence angle of the incident electromagnetic radiation. Thus, spectral and angular-resolved measurements are needed to fully identify them as well as to establish their relationship with the magneto-optical activity of the crystal. In this article, we describe how to use a Fourier-plane (back focal plane) microscope to characterize magneto-optically active samples. As a model system, here we use a plasmonic grating built out of magneto-optically active Au/Co/Au multilayer. In the experiments, we apply a magnetic field on the grating in situ and measure its reciprocal space response, obtaining the magneto-optical response of the grating over a range of wavelengths and incident angles. This information enables us to build a complete map of the plasmonic band structure of the grating and the angle and wavelength dependent magneto-optical activity. These two images allow us to pinpoint the effect that the plasmon resonances have on the magneto-optical response of the grating. The relatively small magnitude of magneto-optical effects requires a careful treatment of the acquired optical signals. To this end, an image processing protocol for obtaining magneto-optical response from the acquired raw data is laid out.

Photonic band structure enables understanding how confined electromagnetic modes propagate within a photonic crystal. In photonic crystals that incorporate magnetic elements, such confined and resonant optical modes are accompanied by enhanced and modified magneto-optical activity. We describe a measurement procedure to extract the magneto-optical band structure by Fourier space microscopy.

الطيفية وزاوية حل مغناطيسي-البصرية توصيف النانو الضوئية

Photonic crystals are periodic nanostructures that can support a variety of confined electromagnetic modes. Such confined modes are usually accompanied by ...

Lensless On-chip Imaging of Cells Provides a New Tool for High-throughput Cell-Biology and Medical Diagnostics

Conventional optical microscopes image cells by use of objective lenses that work together with other lenses and optical components. While quite effective, this classical approach has certain limitations for miniaturization of the imaging platform to make it compatible with the advanced state of the art in microfluidics. In this report, we introduce experimental details of a lensless on-chip imaging concept termed LUCAS (Lensless Ultra-wide field-of-view Cell monitoring Array platform based on Shadow imaging) that does not require any microscope objectives or other bulky optical components to image a heterogeneous cell solution over an ultra-wide field of view that can span as large as ~18 cm2. Moreover, unlike conventional microscopes, LUCAS can image a heterogeneous cell solution of interest over a depth-of-field of ~5 mm without the need for refocusing which corresponds to up to ~9 mL sample volume. This imaging platform records the shadows (i.e., lensless digital holograms) of each cell of interest within its field of view, and automated digital processing of these cell shadows can determine the type, the count and the relative positions of cells within the solution. Because it does not require any bulky optical components or mechanical scanning stages it offers a significantly miniaturized platform that at the same time reduces the cost, which is quite important for especially point of care diagnostic tools. Furthermore, the imaging throughput of this platform is orders of magnitude better than conventional optical microscopes, which could be exceedingly valuable for high-throughput cell-biology experiments.

Lensfree on-chip imaging and characterization of cells is illustrated. This on-chip cell imaging approach provides a compact and cost-effective tool for medical diagnostics and high-throughput cell biology applications, making it especially suitable for resource poor settings.

Lensless على رقاقة التصوير من الخلايا يوفر أداة جديدة للإنتاجية عالية الأحياء الخلوي والتشخيص الطبي

Conventional optical microscopes image cells by use of objective lenses that work together with other lenses and optical components. While quite ...

Biology

Uncovering Hidden Dynamics of Natural Photonic Structures Using Holographic Imaging

In this method, the potential of optics and holography to uncover hidden details of a natural system's dynamical response at the nanoscale is exploited. In the first part, the optical and holographic studies of natural photonic structures are presented as well as conditions for the appearance of the photophoretic effect, namely, the displacement or deformation of a nanostructure due to a light-induced thermal gradient, at the nanoscale. This effect is revealed by real-time digital holographic interferometry monitoring the deformation of scales covering the wings of insects induced by temperature. The link between geometry and nanocorrugation that leads to the emergence of the photophoretic effect is experimentally demonstrated and confirmed. In the second part, it is shown how holography can be potentially used to uncover hidden details in the chemical system with nonlinear dynamics, such as the phase transition phenomenon that occurs in complex oscillatory Briggs-Rauscher (BR) reaction. The presented potential of holography at the nanoscale could open enormous possibilities for controlling and molding the photophoretic effect and pattern formation for various applications such as particle trapping and levitation, including the movement of unburnt hydrocarbons in the atmosphere and separation of different aerosols, decomposition of microplastics and fractionation of particles in general, and assessment of temperature and thermal conductivity of micron-size fuel particles.

The paper is primarily focused on the combined power of optical (linear and nonlinear) and holographic methods used to reveal phenomena at the nanoscale. The results obtained from the biophotonic and oscillatory chemical reactions' studies are given as representative examples, highlighting holography's ability to reveal dynamics at a nanoscale.

الكشف عن الديناميكيات الخفية للهياكل الضوئية الطبيعية باستخدام التصوير المجسم

In this method, the potential of optics and holography to uncover hidden details of a natural system's dynamical response at the nanoscale is exploited. ...

Chemistry

Quantifying Microorganisms at Low Concentrations Using Digital Holographic Microscopy (DHM)

Accurately detecting and counting sparse bacterial samples has many applications in the food, beverage, and pharmaceutical processing industries, in medical diagnostics, and for life detection by robotic missions to other planets and moons of the solar system. Currently, sparse bacterial samples are counted by culture plating or epifluorescence microscopy. Culture plates require long incubation times (days to weeks), and epifluorescence microscopy requires extensive staining and concentration of the sample. Here, we demonstrate how to use off-axis digital holographic microscopy (DHM) to enumerate bacteria in very dilute cultures (100-104 cells/mL). First, the construction of the custom DHM is discussed, along with detailed instructions on building a low-cost instrument. The principles of holography are discussed, and a statistical model is used to estimate how long videos should be to detect cells, based on the optical performance characteristics of the instrument and the concentration of the bacterial solution (Table 2). Video detection of cells at 105, 104, 103, and 100 cells/mL is demonstrated in real time using un-reconstructed holograms. Reconstruction of amplitude and phase images is demonstrated using an open-source software package.

Quantifying Microorganisms at Low Concentrations Using Digital Holographic Microscopy DHM

Digital holographic microscopy (DHM) is a volumetric technique that allows imaging samples 50-100X thicker than brightfield microscopy at comparable resolution, with focusing performed post-processing. Here DHM is used for identifying, counting, and tracking microorganisms at very low densities and compared with optical density measurements, plate count, and direct count.

التحديد الكمي للكائنات الحية الدقيقة في تركيزات منخفضة باستخدام المجهر المجسم الرقمي (DHM)

Accurately detecting and counting sparse bacterial samples has many applications in the food, beverage, and pharmaceutical processing industries, in ...

Digital Inline Holographic Microscopy (DIHM) of Weakly-scattering Subjects

Weakly-scattering objects, such as small colloidal particles and most biological cells, are frequently encountered in microscopy. Indeed, a range of techniques have been developed to better visualize these phase objects; phase contrast and DIC are among the most popular methods for enhancing contrast. However, recording position and shape in the out-of-imaging-plane direction remains challenging. This report introduces a simple experimental method to accurately determine the location and geometry of objects in three dimensions, using digital inline holographic microscopy (DIHM). Broadly speaking, the accessible sample volume is defined by the camera sensor size in the lateral direction, and the illumination coherence in the axial direction. Typical sample volumes range from 200 &#181;m&#160;x 200 &#181;m&#160;x 200 &#181;m using LED illumination, to 5 mm&#160;x 5 mm&#160;x 5 mm or larger using laser illumination. This illumination light is configured so that plane waves are incident on the sample. Objects in the sample volume then scatter light, which interferes with the unscattered light to form interference patterns perpendicular to the illumination direction. This image (the hologram) contains the depth information required for three-dimensional reconstruction, and can be captured on a standard imaging device such as a CMOS or CCD camera. The Rayleigh-Sommerfeld back propagation method is employed to numerically refocus microscope images, and a simple imaging heuristic based on the Gouy phase anomaly is used to identify scattering objects within the reconstructed volume. This simple but robust method results in an unambiguous, model-free measurement of the location and shape of objects in microscopic samples.

Digital Inline Holographic Microscopy DIHM of Weakly-scattering Subjects

The three-dimensional locations of weakly-scattering objects can be uniquely identified using digital inline holographic microscopy (DIHM), which involves a minor modification to a standard microscope. Our software uses a simple imaging heuristic coupled with Rayleigh-Sommerfeld back-propagation to yield the three-dimensional position and geometry of a microscopic phase object.

الرقمية المضمنة المجسم مجهرية (DIHM) من الموضوعات وكلي نثر

Weakly-scattering objects, such as small colloidal particles and most biological cells, are frequently encountered in microscopy. Indeed, a range of ...

Evaluation and Manipulation of Neural Activity Using Two-Photon Holographic Microscopy

Recent advances in optical bioimaging and optogenetics have enabled the visualization and manipulation of biological phenomena, including cellular activities, in living animals. In the field of neuroscience, detailed neural activity related to brain functions, such as learning and memory, has now been revealed, and it has become feasible to artificially manipulate this activity to express brain functions. However, the conventional evaluation of neural activity by two-photon Ca2+ imaging has the problem of low temporal resolution. In addition, manipulation of neural activity by conventional optogenetics through the optic fiber can only simultaneously regulate the activity of neurons with the same genetic background, making it difficult to control the activity of individual neurons. To solve this issue, we recently developed a microscope with a high spatiotemporal resolution for biological applications by combining optogenetics with digital holographic technology that can modify femtosecond infrared laser beams. Here, we describe protocols for the visualization, evaluation, and manipulation of neural activity, including the preparation of samples and operation of a two-photon holographic microscope (Figure 1). These protocols provide accurate spatiotemporal information on neural activity, which may be useful for elucidating the pathogenesis of neuropsychiatric disorders that lead to abnormalities in neural activity.

We developed a two-photon holographic microscope that can visualize, assess, and manipulate neural activity using high spatiotemporal resolution, with the aim of elucidating the pathogenesis of neuropsychiatric disorders that are associated with abnormal neural activity.