The authors have no acknowledgements.

측정 1. 사전 준비 주 : 실험에 사용 된 시료는 MEMS 전극이다. 금 전극은 리프트 오프 공정을 이용하여 실리콘 웨이퍼 상에 제조된다. 샘플은 1mm 기간과주기적인 구조 (전극)를 가진 18mm X 18mm 웨이퍼이다 <ol><li> 시스템을 사용하기 전에 로그 북에 로그인합니다. </li><li> 컴퓨터, 레이저 및 번역 단계 전원을 켭니다. </li><li> 멤스 전극 / 마이크로 다이어프램 샘플을 놓습니다. <ol><li> 집게를 사용하여 표본 홀더의 중앙에 MEMS 샘플을 놓는다. </li><li> 빔 경로에 전극을 배치하는 샘플 홀더를 조정한다. 뷰의 최대 측정 필드는 카메라 센서의 크기에 의해 정의된다. 그것은 2.3 mm X 1.8 mm의 직사각형이다. </li></ol></li><li> 수직 방향 동력 단계를 사용 approximatively 1.5 cm 떨어진 샘플에서 시스템을 이동합니다. </li></ol> 2. 소프트웨어 설정 조정 <ol><li> 3D보기를 엽니 다소프트웨어. 3D보기는 C ++에서 개발 된 우리의 사내 프로그램입니다. </li><li> 실험에 적합한 카메라를 선택하는 영상 소스 버튼을 클릭합니다. 흑백 CCD 카메라를 선택합니다. 단색 다이오드 레이저를 사용하기 때문에이 설정에서 컬러 카메라를 피하십시오. 컬러 카메라를 사용하는 경우 또한, 동일한 수의 픽셀에 대해, 해상도가 낮은 것이다. <ol><li> 장치 설정 탭에서 [Y800 (1280 X 960) 비디오 포맷 및 제 2 영상 속도 당 15 프레임. </li></ol></li><li> 카메라를 시작하는 노란색 재생 버튼을 클릭합니다. 각인 프린지 패턴 (홀로그램)와 객체의 이미지가 나타납니다. <ol><li> 필요한 경우 이미지의 채도를 방지하기 위해 최적의 이득 및 노출 매개 변수를 조정합니다. </li></ol></li><li> 라이브 비디오 창 카메라 뷰를 사용하여 샘​​플을 조사하기 위해 정확한 영역을 선택하는 샘플 위치를 조정한다. </li><li> 오픈 설정 탭을 클릭합니다. <ol><li> 구성 탭에서 (반사 또는 투명) 라의 파장을 표면의 유형을 선택카메라의 산이, 픽셀 크기입니다. 레이저는 파장 633 nm에서 작동하는 다이오드 레이저이다. 카메라의 픽셀 크기는 4650 ㎚이다. 샘플 때문에 반사 모드가 선택되어야하는 반사 전극 MEMS 장치이다. 주 : CDHM 구성은 반 사면을 측정 할 수있다. 그러나, 소프트웨어는 다른 디지털 홀로그래피 시스템 (13)을 사용하는 경우, 투명 샘플을 측정 할 수있다. 이 설정의 변화는 위상의 높이 계산식을 변경한다. 이 오브젝트의 굴절률을 포함하기 때문에 실제로, 광로 차 계산 투명 샘플 약간 다르다. </li><li> 컨볼 루션 재구성 알고리즘을 선택 0으로 재구성 거리를 설정합니다. 1 또는 2의 재구성 단계를 선택합니다. 주 : 재구성 거리 파라미터 홀로그램으로부터 얻어진 강도 화상을 고려하여 자동 초점을 사용하여 나중에 정의 될 수있다. 재구성 단계의 수를 정의프레 넬 적분을 실행하고, 빔 전달을 시뮬레이션하는 데 사용하는 단계. 첫 번째 방법은 하나의 푸리에 변환에 한 번 적분 평가한다. 2 단계는 두번 적분을 평가할 것이다. 이 그리드 간격에 더 많은 유연성을 추가하지만 계산 (20) 덜 효율적이다. </li><li> 후 처리 탭에서 최종 풀어 이미지를 얻을하는 데 필요한 풀기 알고리즘을 선택합니다. 선택 품질 알고리즘을 매핑. 참고 : 소프트웨어에서 골드 스타 인과 품질 사이의 선택 알고리즘을 매핑이 가능하다. 나중에는 풀기 강력하고 빠른 공간 위상을 보여 주었다. 품질 맵핑 알고리즘 (21)에 기술 된 바와 같이 언 래핑 유도 위상에 기초한다. </li></ol></li></ol> 3. 데이터 수집 <ol><li> 푸리에 푸리에 스펙트럼 창을 엽니 아이콘을 변환 누릅니다. 하나의 공 질서와 두 +1, -1 수주가 나타납니다. 그렇지 않은 경우, 샘플은 올바른 위치에 있는지 확인하고, 이득 조정다시 D 노출 시간. </li><li> 라이브 측정 모드를 중지합니다. 필터 도구를 사용하여 회절 오더 (양 또는 음의 주파수) 중 하나를 선택한다. 선택된 영역은 위상의 검색을 위해 필요한 모든 주파수가 존재하는 정도로 충분히 커야한다. 다시 라이브 모드를 전환합니다. 주 : 음의 순서의 선택은 바로 즉, 최종 결과에 위상의 기호에 영향을 미칠 것입니다, 최종 3D 이미지가 반전됩니다. </li><li> 상 창을 엽니 다. 언 래핑 모드가 활성화되지 않았는지 확인합니다. 포장 변두리로 각인 오브젝트의 회색 단계 이미지가 나타납니다. </li><li> 위상 이미지 프린지의 수를 줄이기 위해 수직 동력 스테이지를 이용한다. 단지 하나 또는 2 개의 줄무늬는 이미지에 남아있는 경우, 모터 스테이지 멈춘다. 주 :이 시스템은 간섭에 기초한다. 따라서 진동에 민감합니다. 래핑 된 위상 전압 강하 이미지가 표시되기 전에, Z 방향 모터 구동 스테이지를 이동 한 후, 사용자는 1 또는 2 초를 기다려야엔. 안정된 위상 이미지를 얻기 위해 측정시의 진동을 방지하는 것도 중요하다. </li><li> 최고의 재건 거리를 찾기 위해 자동 초점 (22) 버튼을 클릭합니다. 하나는 강도 이미지가 선명 나타날 때까지 최적의 재구성 거리에 접근하는 오토 포커스를 여러 번 사용해야 할 수도 있습니다. 22에 기재된 바와 같이, 오토 포커스 효율적이고 시간 효율적인 각도 스펙트럼 법에 기초한다. 참고 : 초점 슬라이더 바는 미세 조정에 사용할 수 있습니다. 그런 다음, 현재 재건 거리를 기록하는 중앙 초점 버튼을 클릭합니다. 최적의 초점은 자동 초점 옵션을 찾을 수 없다는 종종 나타납니다. 이 경우, 수동 입력 재구성 거리가 최적의 초점을 찾을 수있다. </li><li> 랩의 해제 버튼을 클릭하여 언 래핑 된 위상 이미지를 볼 수있는 래핑 모드를 활성화합니다. </li></ol> 정적 측정 4. 데이터 시각화 및 분석 <ol><li> 최종 3D를 볼 수있는 3D 이미지 창을 엽니 다샘플 이미지입니다. (회전, 컬러지도, 스케일 디스플레이 ...) 최종 결과를 관찰하기 위해 사용할 수있는 옵션을 사용합니다. </li><li> 비 중복으로 창을 정렬하고 모든 측정 창을 표시 할 타일 창 버튼을 클릭합니다. </li><li> 언 래핑 된 위상 이미지의 관심 영역에 선을 그릴 라인 눈금자를 사용합니다. 라인 플롯 창에서 관심 영역의 단면 프로필 줄거리는 관찰 할 수있다. 개체 (그림 5)의 대략적인 높이를 추출하기 위해 두 개의 녹색 라인 마커를 사용합니다. 표면 거칠기는 또한 샘플의 평면 상부에 얻을 수있다. </li><li> 필요한 경우 다른 소프트웨어로 가져 .JPEG 형식의 마지막 단계 이미지를 저장합니다. </li></ol> 동적 측정을위한 샘플 및 데이터 분석 5. 준비 <ol><li> 가열 스테이션 접시에 마이크로 다이어프램을 놓습니다. 실험이 종료 될 때까지 샘플을 플레이트로부터 제거되지 않을 것이다. </li><li> MICR의 홀로그램을 기록O 다이어프램 부 (2)와 (3) 그것은 변형 분석을위한 기준으로서 사용되는 상술 한 절차에 따라 실온에서. </li><li> 컴퓨터의 위상 데이터를 저장합니다. </li><li> 실험실 가열 플레이트를 켭니다. </li><li> 온도 조절기를 사용하여, 300 ° C 내지 50 ° C 내지 50 ° C의 단계에서의 온도를 변화. 각 온도 단계, .JPEG 형식의 위상지도 이미지를 저장한다. </li><li> 변형 된 데이터를 획득하기 위해 기록 된 다른 위상지도의 초기 주위 온도 위상지도를 뺀다. 주 :이 후 처리 단계는 간단한 MATLAB 코드로 실현 될 수있다. 얻어진 다른 MATLAB 상에로드되고 단순 매트릭스 감산을 행한다. 이어서 다른 변형 단계의 단면 그래프를 얻을 수있다. </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.

본 검토에서는 정확하게 디지털 홀로그래피에 의존 컴팩트 한 시스템을 사용하여 다른 MEMS 디바이스의 형태를 정량적으로 회수 할 수있는 프로토콜을 제공한다. 정적 및 동적 두 모드에서 MEMS 특성이 설명된다. 마이크로 채널 MEMS 정량 3D 데이터가 얻어진다. 시스템의 정확성을 검증하기 위해, 결과 CDHM 및 AFM을 비교 하​​였다. 좋은 계약은 디지털 홀로그래피는 3D 영상에 대한 신뢰할 수있는 기?...

마이크로 및 나노 물체의 계측 업계와 연구자 모두에게 매우 중요하다. 사실, 개체의 소형화는 광학 계측을위한 새로운 도전을 나타냅니다. 일반적으로 정의 된 마이크로 전자 기계 시스템 (MEMS)은 전자 기계 시스템을 소형화 일반적으로 마이크로 센서, 마이크로 액츄에이터, 마이크로 전자 및 마이크로와 같은 구성 요소를 포함하고있다. 여기에는 생명 공학, 의학, 통신, 1 감지 등 다양한 분야에서 많은 응용 프로그램을 발견했다. 최근, 증가하는 복잡성뿐만 아니라 테스트 객체의 미세화에 적합한 특성 MEMS 기술의 발달에 대한 호출을 특징으로한다. 이러한 복잡한 마이크로 시스템의 고 스루풋 특성은 제조 변수와 공정 조건 (2)에 의한 관련 결함을 정량화 고급 인라인 측정 기술의 구현을 필요로한다. 기하학적 PARAM의 예를 들면, 편차멤스 장치 eters는 시스템 특성에 영향을 미치는 특징되어야한다. 또한, 업계는 전체 세 가지 차원 (3D) 계측,보기, 높은 영상 해상도의 대형 과학 ELD, 실시간 분석과 같은 높은 해상도의 측정 성능을 필요로한다. 따라서, 품질 관리 검사 공정 신뢰성을 보장하기 위해 필수적이다. 또한, 기존의 인프라 스트럭처에 설치 될 생산 라인에서 용이하게 구현 가능하고, 따라서 상대적으로 컴팩트하게 측정 시스템을 필요로한다. 제 가버 (3)에 의해 도입 된 홀로그램은, 기준 및 감광 매체의 물체 웨이브 사이의 간섭을 기록하여 객체의 전체 정량적 정보의 복구를 허용하는 기술이다. 기록으로 알려진이 과정에서, 필드의 진폭, 위상 및 편광은 상기 매체에 저장된다. 다음 객체 파 필드는 저에 참조광을 전송하여 회수 할 수있다dium, 홀로그램의 광학적 판독 알려진 방법. 종래의 검출기 만 전파의 강도를 기록하기 때문에, 홀로그램은 전계에 대한 추가 정보에 액세스 할 수 있기 때문에 지난 50 년 동안 많은 관심의 대상이되어왔다. 그러나, 종래의 홀로그래피의 여러 측면은 산업 애플리케이션에 비실합니다. 실제로, 감광성 재료는 고가이며, 기록 공정은 일반적으로 고도의 안정성을 요구한다. 이러한 충전 결합 소자 (CCD)와 같은 고해상도 카메라 센서의 발전은 디지털 계측에 대한 새로운 접근 방식을 열었습니다. 이러한 기술 중 하나는 디지털 홀로그래피 (4)로서 알려져있다. 디지털 홀로그래피 (DH)에있어서, 홀로그램 카메라 (기록 매체)에 기록하는 수치 프로세스는 위상 및 세기 정보를 재구성하는데 사용된다. 인터넷에 도시 된 바와 같이 기록 재 : 종래 홀로그래피와 같이, 그 결과는 두 가지 절차 후에 얻을 수있다녹음이 기존의 홀로그래피 유사한 경우 gure 1. 그러나, 재건은 5 만 숫자입니다. 수치 재구성 처리는도 2에 도시되어있다. 두 방법은 재구성 프로세스에 참여한다. 우선, 오브젝트 파 필드 홀로그램로부터 검색된다. 홀로그램은 홀로그램면에있는 객체의 파면을 얻을 수있는 수치 기준 파형과 곱합니다. 둘째, 복잡한 객체 파면 수치 화상면에 전파된다. 우리의 시스템에서,이 단계는 회선 방법 6을 이용하여 수행된다. 얻어진 재구성 필드는 복소 함수 따라서 위상 및 강도가 관심의 대상에 정량적 높이 정보를 제공하는 추출 할 수있다. 홀로그래피 방식에서 전체 파이 ELD 정보 기억 능력 및 빠른 데이터 처리를위한 컴퓨터 기술의 사용은 실험 구성의 유연성을 제공하며, 상당히 속도 시간을 증대새로운 가능성을 열어 실험 과정의 d를, MEMS 및 마이크로 시스템 7, 8에 대한 동적 계량 도구로 DH를 개발. 위상차 영상 디지털 홀로그래피의 사용은 지금 잘 설립하고 첫 번째 10 년 이상 전 9 제시했다. 실제로 디지털 홀로그래피와 현미경을 조합하여 미세 소자의 조사 많은 연구 10, 11, 12, 13에서 수행되었다.이 높은 코 히어 런스 (14) 및 저 간섭 15 소스에 기초하여 여러 시스템뿐만 아니라 구조 (13) (16)의 다른 유형 17 (줄, 축, 일반적인 경로 떨어져 ...) 제시되었다. 또한, 라인 디지털 홀로그래피는 MEMS 디바이스 (18, 19)의 특성화 이전에 사용되어왔다. 그러나, 이러한 시스템은 일반적으로 구현이 어렵고 부피가 산업용 애플리케이션에 적합하지 않다. 본 연구에서는 오프 AXI 기반으로하는 무료, 컴팩트 간단하고 렌즈 시스템을 제안한다실시간 MEMS 검사 및 특성에 대한 디지털 홀로그래피는 할 수에요. 컴팩트 디지털 홀로그램 현미경 (CDHM)는 렌즈 적은 디지털 홀로그래피 시스템 개발 및 마이크로 크기의 반사 물체의 3 차원 형태를 얻기 위해 특허이다. 우리의 시스템, 10 mW의에서는 매우 안정 638 nm에서 동작하는 온도 제어 다이오드 레이저는 단일 모드 광섬유로 연결된다. 도 3에 도시 된 바와 같이, 광섬유에서 발산하는 발산 빔은 빔 스플리터에 의해 기준 및 오브젝트 빔으로 분할된다. 참조광 경로는 오프 축 형상을 실현하는 경사 거울을 포함한다. 대상 빔이 산란되어 시료에 의해 반사된다. 두 빔이 홀로그램을 CCD에주는 간섭. 이미지 상에 인쇄 된 간섭 줄무늬는 공간 캐리어 불리는 단 하나의 이미지와 정량적 위상 정보의 복구를 허용한다. 수치 재구성 공통 푸리에 변환 및 역 같은 컨벌루션 알고리즘을 사용하여 수행이전 테드. 렌즈가없는 구성은 매력적 여러 가지 장점을 갖는다. 어떤 렌즈를 사용하지 않는 바와 같이, 입력 빔이 발산 파 자연 기하학적 인 배율을 제공함으로써, 시스템의 해상도를 향상시키는 것이다. 또한, 일반적인 광학계에서 발생하는 수차의 자유이다. 도 3b에서 알 수있는 바와 같이, 시스템은 컴팩트 (55x75x125 mm 3), 경량 (400g)을 만들 수 있고, 따라서 용이하게 공업 생산 라인에 통합 될 수있다.

<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.

상기 프로토콜은 검사하고 CDHM 시스템을 사용하는 MEMS 및 마이크로 소자의 특성을 설계 하였다. 우리의 시스템에서, 단일 모드 광섬유는 633 nm 파장에서 작동하는 다이오드 레이저에 결합된다. 인해 발산 빔 구성, 재구성 될 수있는 홀로그램을 얻기 위해 대상 빔 및 기준 빔 경로와 일치하는 것이 중요하다. 이는 시스템에 대해 샘플을 조심 수직 위치를 통해 달성된다. 계산...

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

우리는 MEMS 장치의 검사 및 특성화를위한 소형 반사 디지털 홀로 그래픽 시스템 (CDHM)을 제시한다. 자연의 기하학적 배율을​​ 제공 발산 입력 파를 사용하는 렌즈없는 디자인이 설명된다. 모두 정적 및 동적 연구가되게됩니다.

MEMS 검사 및 특성화를위한 소형 렌즈가없는 디지털 홀로그램 현미경

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 조회수.  Nanyang Technological University.  우리는 MEMS 장치의 검사 및 특성화를위한 소형 반사 디지털 홀로 그래픽 시스템 (CDHM)을 제시한다. 자연의 기하학적 배율을​​ 제공 발산 입력 파를 사용하는 렌즈없는 디자인이 설명된다. 모두 정적 및 동적 연구가되게됩니다. 

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

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.

칩에 Lensless 형광 현미경

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

연구

생체공학

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.

멀티 앵글 조명 및 픽셀 슈퍼 해상도를 채용 Lensfree 온칩 단층 현미경

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.

Hyperlens 통합 현미경 및 슈퍼 해상도 영상

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

공학

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.

광나노구조체의 스펙트럼 및 각도 해결 된 자기 광학 특성 분석

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.

셀 Lensless 온 - 칩 영상은 높은 처리량 세포 생물학 및 의료 진단을위한 새로운 도구를 제공합니다

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

생물학

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.

홀로그램 이미징을 사용하여 자연 광자 구조의 숨겨진 역학 발견

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. ...

화학

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.

디지털 홀로그램 현미경 (DHM)를 사용 하 여 낮은 농도에서 미생물 측정

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.

약하게 산란 주제의 디지털 인라인 홀로그램 현미경 (DIHM)

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.

이광자 홀로그램 현미경을 사용한 신경 활동의 평가 및 조작

Recent advances in optical bioimaging and optogenetics have enabled the visualization and manipulation of biological phenomena, including cellular ...

신경과학

Lens-free Video Microscopy for the Dynamic and Quantitative Analysis of Adherent Cell Culture

Here, we demonstrate that lens-free video microscopy enables us to simultaneously capture the kinetics of thousands of cells directly inside the incubator and that it is possible to monitor and quantify single cells along several cell cycles. We describe the full protocol used to monitor and quantify a HeLa cell culture for 2.7 days. First, cell culture acquisition is performed with a lens-free video microscope, and then the data is analyzed following a four-step process: multi-wavelength holographic reconstruction, cell-tracking, cell segmentation and cell division detection algorithms. As a result, we show that it is possible to gather a dataset featuring more than 10,000 cell cycle tracks and more than 2 x 106 cell morphological measurements.

Lens-free video microscopy enables us to monitor cell cultures directly inside the incubator. Here we describe the full protocol used to acquire and analyze a 2.7 day long acquisition of cultured HeLa cells, leading to a dataset of 2.2 x 106 measurements of individual cell morphology and 10584 cell cycle tracks.

동적에 대 한 렌즈 무료 비디오 현미경 및 부착 세포 배양의 정량 분석

Here, we demonstrate that lens-free video microscopy enables us to simultaneously capture the kinetics of thousands of cells directly inside the incubator ...