The authors have no acknowledgements.

Ölçme 1. Ön Hazırlık Not: Deney için kullanılan örnek bir MEMS elektrottur. Altın elektrotlar asansör kapalı işlemini kullanarak bir silikon yonga üzerine üretilmektedir. Numune 1 mm dönemi ile periyodik yapılar (elektrotlar) ile 18 mm x 18 mm gofret olduğunu <ol><li> sistemini kullanmadan önce defterine oturum açın. </li><li> Bilgisayar, LAZER ve çeviri sahne açın. </li><li> MEMS elektrot / mikro diyafram örnek yerleştirin. <ol><li> Bir cımbız kullanarak numune tutucu ortasında MEMS örnek yerleştirin. </li><li> ışın yolu elektrotlar yerleştirmek için örnek tutucu ayarlayın. Görüş maksimum ölçüm alanı kamera sensör boyutu ile tanımlanır. Bu 2.3 mm x 1.8 mm bir dikdörtgendir. </li></ol></li><li> Dikey yönde motorlu sahne kullanarak, approximatively 1,5 cm uzakta numuneden sistemi taşımak. </li></ol> 2. Yazılım Ayarları Ayarı <ol><li> 3b görünüm açyazılım. 3b görünüm C ++ geliştirilen bizim in-house programıdır. </li><li> Deney için uygun kamerayı seçmek için görüntüleme kaynak düğmesine tıklayın. monokrom CCD kamera seçin. monokromatik diyot lazer kullanılmaktadır yılından bu yana kurulumunda renkli kamera kaçının. renk kameralar kullanarak ek olarak, piksel aynı sayıda, çözünürlük düşük olacaktır. <ol><li> Cihaz ayarları sekmesinde seçin Y800 (1.280 x 960) video formatı ve ikinci bir video oranı 15 kare. </li></ol></li><li> Kamerayı başlatmak için sarı play butonuna tıklayın. baskılı saçak desenleri (Hologram) ile nesnenin görüntüsü görünmelidir. <ol><li> Gerekirse görüntü doygunluğu önlemek için optimum kazanç ve pozlama parametrelerini ayarlayın. </li></ol></li><li> canlı video penceresi kamera görünümünü kullanarak, örnek üzerinde araştırmak için tam alanı seçmek için örnek konumunu ayarlamak. </li><li> Açık ayarları sekmesi. <ol><li> Yapılandırma sekmesinde, (yansıtıcı veya şeffaf) la, dalga boyu yüzeyinin türünü seçinKameranın ser, ve piksel boyutu. Lazer 633 nm çalışan bir diyot lazer. Kameranın piksel boyutu 4650 nm. Numune, yansıtıcı mod seçilmelidir aynasal MEMS elektrot cihazdır. Not: CDHM yapılandırma sadece yansıtıcı yüzeyler ölçülür sağlar. Ancak, program, aynı zamanda farklı bir dijital holografi sistemi 13 kullanıldığı zaman, şeffaf örnekleri ölçmek için kullanılabilir. Bu ortamda bir değişiklik aşamasından yüksekliği hesaplama formülü değiştirir. o nesne kırılma indeksi içerir Nitekim, optik yol farkı hesaplama şeffaf numuneler için biraz farklıdır. </li><li> Konvolusyon rekonstrüksiyon algoritması seçin ve sıfıra yeniden mesafeyi ayarlayın. 1 ya da 2 yeniden yapılanma adımı seçin. Not: yeniden mesafesi parametre hologram elde edilen yoğunluk görüntüsünü dikkate alınarak otomatik odaklama ile daha sonra tanımlanabilir. yeniden adım sayısını tanımlarFresnel integrali uygulamak ve ışın yayılımı simüle etmek için kullanılan adımlar. İlk yöntem, tek bir Fourier Dönüşümü bir kez ayrılmaz değerlendirmek. 2 Bir adım iki ayrılmaz değerlendirecektir. Bu ızgara aralığı daha fazla esneklik katar ancak hesaplama 20 daha az verimlidir. </li><li> sonrası işleme sekmesinde, nihai açılmamış bir görüntü elde etmek için gerekli unwrapping algoritmasını seçin. Seç kalite algoritması eşleştirilmiş. Not: Yazılımda, Goldstein ve Kalite arasındaki seçim algoritması Haritalı yapılabilir. Daha sonra unwrapping sağlam ve hızlı mekansal faz göstermiştir. Kalite eşlenen algoritma 21 de tarif edildiği gibi unwrapping destekli faz dayanır. </li></ol></li></ol> 3. Veri Toplama <ol><li> Fourier Fourier spektrum penceresini açmak için simgeye dönüştürmek basın. Bir 0 düzen ve iki 1, -1 emir görünmelidir. Bu durum söz konusu değilse, numune doğru pozisyonda olup olmadığını kontrol edin ve bir kazanç ayarlamaYine d maruz kalma süresi. </li><li> Canlı ölçüm modunu durdurmak. Filtre aracını kullanarak kırınan siparişler (pozitif veya negatif frekans) birini seçin. Seçilen alan faz alımı için gerekli olan tüm frekanslarda, bu yüzden bu kadar büyük olmalıdır. Yine canlı modda açın. Not: Negatif düzenin seçimi sadece, yani nihai sonuca, faz işareti etkileyecek, nihai 3D görüntü ters olacaktır. </li><li> Faz penceresini açın. Çizelgesi modu etkin olup olmadığını kontrol edin. sarılmış saçaklar ile baskılı nesnenin gri faz görüntüsü görünmelidir. </li><li> Faz görüntüdeki saçaklar sayısını azaltmak için motorlu dikey sahne yararlanın. sadece 1 veya 2 saçaklar resmin üzerine bırakıldığında, motorlu sahne durdurun. Not: Sistem interferometriye dayanmaktadır. Böylece titreşim duyarlıdır. sarılmış faz görüntü agai görünmeden önce z yönünde motorlu sahne taşındıktan sonra, kullanıcı 1 veya 2 sn beklemeniz gerekirn. Istikrarlı bir faz görüntü elde etmek için ölçüm sırasında titreşimleri önlemek için de önemlidir. </li><li> En iyi rekonstrüksiyon mesafeyi bulmak için otomatik odak 22 düğmesini tıklayın. Bir yoğunluk görüntü keskin ve net görünene kadar optimum yeniden mesafeyi yaklaşım otofokus birkaç kez kullanmanız gerekebilir. 22 anlatıldığı gibi otofokus verimli ve zaman etkili açısal spektrum yöntemine dayanmaktadır. Not: Odak kaydırma çubuğu ince ayar için kullanılabilir. Ardından, mevcut imar mesafe kaydetmek için merkez odak butonuna tıklayın. En iyi odak otofokus seçeneği ile bulunmazsa bazen görünür. Bu durumda, el ile giriş imar mesafesi en odak bulmak için. </li><li> Unwrapping düğmesine tıklayarak Çizelgesi faz görüntüyü görmek için açılmamış modunu etkinleştirin. </li></ol> Statik Ölçümü için 4. Veri Görselleştirme ve Analizi <ol><li> Nihai 3D görmek için 3D görüntü penceresini açınörnek görüntüsü. (Döndürme, renk haritası, ölçek ekran ...) nihai sonucu gözlemlemek için mevcut seçenekleri kullanın. </li><li> örtüşmeyen olarak pencereleri düzenlemek ve tüm ölçümler pencereleri görüntülemek için çini pencere butonuna tıklayın. </li><li> adlı kullanıcıya faz resmin üzerine ilgi bir alanda bir çizgi çizmek için çizgi cetveli kullanın. Çizgi taslağı penceresinde, ilgi alanı bir kesit profili grafiği görülmektedir. Nesne (Şekil 5) yaklaşık bir yüksekliğe çıkarmak için iki yeşil hat işaretçileri kullanın. Yüzey pürüzlülüğü numunenin düz tepe kısmında elde edilebilir. </li><li> Gerekirse diğer yazılım ithal etmek JPEG formatında son aşaması görüntü kaydetme. </li></ol> Dinamik Ölçüm Numune ve Veri Analizi 5. Hazırlık <ol><li> bir ısıtma istasyonu plaka üzerinde mikro diyafram yerleştirin. Deney sona erene kadar numune plaka kaldırılır olmayacaktır. </li><li> MICR bir hologram kayıtO diyafram bölüm 2 ve 3 Bu şekil analizi için referans olarak kullanılacaktır, yukarıda tarif edilen prosedür takip edilerek çevre sıcaklığında karıştırılmıştır. </li><li> bilgisayardaki faz verileri kaydetmek. </li><li> laboratuvar ısıtma plakası açın. </li><li> Sıcaklık düğmeyi kullanarak, 300 ° C&#39;ye kadar 50 ° C ila 50 ° C &#39;lik adımlarla sıcaklığına göre değişir. Her sıcaklık adımı için, JPEG formatında faz harita görüntüsünü kaydedin. </li><li> deformasyon veri elde etmek için kaydedilen diğer faz haritadan başlangıç ​​ortam sıcaklığı faz haritası çıkarma. Not: Bu yazı işleme adımı basit MATLAB kodu ile gerçekleştirilebilir. Elde edilen farklı fazlar MATLAB yüklenir ve basit matris çıkarma yapılır. Daha sonra, farklı deformasyonun aşamalarının kesit çizimleri elde edilebilir. </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.

Bu derlemede, doğru dijital holografi dayanarak bir kompakt sistem kullanılarak farklı MEMS cihazlarının kantitatif morfolojisi kurtarmak için bir protokol sağlar. Statik ve dinamik modda MEMS gösterilmektedir. Bir mikro kanal MEMS Kantitatif 3D verileri elde edilir. sisteminin doğruluğunu onaylamak için, sonuçlar CDHM ve AFM arasında karşılaştırıldı. İyi bir anlaşma dijital holografi 3D görüntüleme için güvenilir bir teknik olabilir yani bulunmuştur. Sonuçlar sistemi 10 nm derinlik rezolusyo...

mikro ve nano nesnelerin Metroloji sanayi ve araştırmacılar açısından büyük önem taşımaktadır. Gerçekten de, nesnelerin minyatür optik metroloji için yeni bir sorun teşkil etmektedir. Genellikle tanımlanan Mikro elektro mekanik sistemler (MEMS) elektromekanik sistemler minyatür ve genellikle mikro sensörler, mikro aktüatörler, mikroelektronik ve mikroyapılar olarak bileşenleri içermektedir gelmiştir. Böyle biyoteknoloji, tıp, iletişim ve 1 algılama gibi çeşitli alanda birçok uygulama bulmuştur. Son zamanlarda, artan karmaşıklık yanı sıra test nesnesinin ilerici minyatür MEMS için uygun karakterizasyon tekniklerinin geliştirilmesi çağrısını sahiptir. Bu karmaşık mikrosistemlerin yüksek verim üretim karakteristik parametreleri ve proses koşullarına 2 yol açtığı ile ilgili kusurları ölçmek için, gelişmiş satır içi ölçüm tekniklerinin uygulanmasını gerektirir. geometrik param Örneğin, sapmaolan bir MEMS cihazında etreleri sistem özelliklerini etkiler ve karakterize edici özelliği olması gerekir. Buna ek olarak, sanayi gibi tam üç boyutlu (3D) metroloji, görünümü, yüksek görüntüleme çözünürlüğü büyük fi eld, ve gerçek zamanlı analizi gibi yüksek çözünürlüklü ölçüm performansı gerektirir. Bu durumda, kalite kontrol ve denetim işlemi güvenilir sağlamak için gereklidir. Ayrıca, mevcut altyapılar yüklü olması bir üretim hattı üzerinde kolayca uygulanabilir ve böylece nispeten kompakt olmasını ölçüm sistemi gerektirir. İlk Gabor 3 tarafından tanıtıldı Holografi, bir referans ve bir ışığa ortama bir nesne dalga arasındaki parazitleri kaydederek bir nesnenin tam nicel bilgilerin giderilmesini sağlar bir tekniktir. kayıt olarak bilinen bu işlem sırasında, bir alanın amplitüd, faz ve polarizasyon ortamında saklanır. Sonra nesne dalga alan üstüme referans ışını gönderilerek elde edilebilirdium, hologram, optik okuma olarak bilinen bir proses. geleneksel bir dedektör sadece dalga şiddeti kaydeder beri, holografi elektrik alanında ek bilgilere erişim sağlar bu yana geçen elli yıl içinde büyük ilgi çeken bir konu olmuştur. Bununla birlikte, geleneksel holografi çeşitli yönleri sanayi uygulamaları için kullanışsız hale. Gerçekten de, ışığa duyarlı malzemeler pahalıdır ve kayıt işlemi genel olarak bir denge yapılması gereklidir. Böyle ücret birleştiğinde cihaz (CCD) gibi yüksek çözünürlüklü kamera sensörleri ilerlemeler dijital metroloji için yeni bir yaklaşım açtı. Bu tekniklerden biri dijital holografi 4 olarak bilinmektedir. Dijital Holografi (DH) hologram kamera (kayıt ortamı) üzerine kaydedilir ve sayısal işlemler aşaması ve yoğunluk bilgilerini yeniden kullanılır. Fi gösterildiği gibi kayıt ve yeniden: Konvansiyonel holografi olduğu gibi, sonuç iki ana işlemlerden sonra elde edilebilirKayıt geleneksel holografi benzer olup olmadığını şekil 1. Ancak, imar 5 sadece sayısal olduğunu. Sayısal rekonstrüksiyon işlemi Şekil 2&#39;de gösterilmiştir. İki prosedürler yeniden inşa sürecine dahil olmaktadır. Birincisi, nesne dalga alan hologram alınır. Hologram hologram düzleminde nesne wavefront almak için sayısal referans dalga ile çarpılır. İkincisi, karmaşık nesne Wavefront sayısal görüntü düzlemine yayılır. Sistemimizde, bu adım konvolüsyon yöntem 6 kullanılarak gerçekleştirilir. Elde edilen yeniden alan karmaşık bir fonksiyon ve böylece faz ve yoğunluğu ilgi nesne üzerinde nicel yükseklik bilgi veren elde edilebilir olduğunu. holografi yöntemiyle bütün saha bilgi depolama kapasitesi ve hızlı veri işleme için bilgisayar teknolojisinin kullanımı deneysel yapılandırmaya daha fazla esneklik sunar ve anlamlı Spee artırmakyeni olanaklar açılması deneysel sürecin d MEMS ve mikro sistemlerin 7,8 için dinamik bir metrolojik araç olarak DH geliştirmektir. Faz kontrast görüntüleme dijital holografi kullanılması artık iyi bilinmektedir ve ilk on yıldan fazla önce 9 sunuldu. Nitekim, dijital holografiyi ve mikroskopi birleştirerek mikroskobik cihazların araştırılması birçok çalışmada 10, 11, 12, 13 yapılmıştır. Yüksek tutarlılık 14 ve düşük tutarlılık 15 kaynağa göre çeşitli sistemler yanı sıra geometri 13, 16 farklı türde, 17 (çizgi, eksen, ortak yolu kapalı ...) sunulmuştur. Buna ek olarak, gelen sayısal holografi MEMS cihazının 18, 19 karakterizasyonu daha önce kullanılmıştır. Bununla birlikte, bu sistemler, genel olarak uygulanması zor ve hacimlidir endüstriyel uygulamalar için uygun olmayacak hale getirmeyecek. Bu çalışmada, biz kapalı axi tabanlı ücretsiz, kompakt, basit ve lens sistemi öneriyoruzGerçek zamanlı MEMS muayene ve karakterizasyonu için dijital holografi yetenekli s. Kompakt Dijital Holografik mikroskobu (CDHM) bir mercek daha az dijital holografik sistem geliştirildi ve mikro boyutlu yansıtıcı nesnelerin 3D morfolojisi elde etmek patentli olduğunu. Sistemimizde, 10 mW olarak, son derece istikrarlı, 638 nm çalışan ısı kontrollü diode lazer mono-modlu fiber içine bağlanır. Şekil 3&#39;te gösterildiği gibi, lif çıkan ayrılan ışını bir ışın dağıtıcı aracılığı ile, bir referans ve bir amacı, kiriş ayrılmıştır. Referans ışın yolu kapalı eksen geometri gerçekleştirmek için bir eğik ayna içerir. nesne ışın dağınık ve numune ile yansıtılır. iki ışın hologramı veren CCD müdahale. görüntü üzerine basılmış girişim deseni mekansal taşıyıcı denir ve sadece tek bir görüntü ile kantitatif faz bilgilerinin kurtarma izin edilir. Sayısal rekonstrüksiyon ortak Fourier dönüşümü ve sta olarak evrişim algoritması kullanılarak yapılırDaha önce ted. mercek az yapılandırma cazip hale birçok avantajı vardır. Hiçbir lensler kullanıldığı gibi, giriş ışın genişleyen bir dalga doğal geometrik büyütme sağlayan ve böylece sistem çözünürlüğü artırmak olduğunu. Ayrıca, tipik optik sistemlerde karşılaşılan sapmaları ücretsizdir. Şekil 3B&#39;de görüldüğü gibi, sistem kompakt (55x75x125 mm 3) hafif (400 g) yapılabilir, ve bu nedenle kolayca endüstriyel üretim hatlarına entegre edilebilir.

<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.

Yukarıda tarif edilen protokol incelemek ve CDHM sistemi kullanılarak MEMS ve Micro Devices karakterize etmek için tasarlanmıştır. Sistemimizde, tek modlu fiber 633 nm dalga boyunda çalışan bir diyot lazer kuple edilir. Nedeniyle ayrılan kiriş konfigürasyonuna için, yeniden inşa edilebilir bir hologram elde etmek için nesnenin ışın ve referans ışın yolu eşleştirmek için önemlidir. Bu sisteme göre, numunenin dikkat dikey konumlandırma yoluyla elde edilir. Hesapl...

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

Biz MEMS cihazlarının muayene ve karakterizasyonu için kompakt bir yansıma dijital holografik sistemini (CDHM) sunuyoruz. Doğal geometrik büyütme sağlayan uzaklaşan giriş dalga kullanan bir lens daha az tasarım gösterilmiştir. Hem statik ve dinamik çalışmalar sunulmuştur.

MEMS Muayene ve Karakterizasyonu için kompakt Lens az Dijital Holografik Mikroskop

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 Görüntüleme.  Nanyang Technological University.  Biz MEMS cihazlarının muayene ve karakterizasyonu için kompakt bir yansıma dijital holografik sistemini (CDHM) sunuyoruz. Doğal geometrik büyütme sağlayan uzaklaşan giriş dalga kullanan bir lens daha az tasarım gösterilmiştir. Hem statik ve dinamik çalışmalar sunulmuştur. 

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.

Geleneksel ve Holografik Optik Yakalama Yetenekleri ile bir Yüksek Çözünürlüklü Mikroskop İnşaatı

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

Mühendislik

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.

Bir Chip Lensless Floresan Mikroskopi

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

Biyomühendislik

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.

Çok açılı Aydınlatma ve Pixel Super çözünürlüklü istihdam Lensfree On-chip Tomografik Mikroskopi

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.

Gösteri bir mikroskop Hyperlens entegre ve süper kararlılık düşsel

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.

Fotonik Nanoyapıların Spektral ve Açı Çözümlü Manyeto-Optik Karakterizasyonu

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.

Hücre Lensless-çip Görüntüleme Yüksek throughput Hücre Biyolojisi ve Tıbbi Teşhis için Yeni Aracı sağlar.

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

Biyoloji

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.

Holografik Görüntüleme Kullanarak Doğal Fotonik Yapıların Gizli Dinamiklerini Ortaya Çıkarmak

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. ...

Kimya

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.

Mikroorganizmaların düşük konsantrasyonlarda dijital holografik mikroskobu (DHM) kullanarak miktarının

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.

Zayıf-saçılma Konular Dijital Inline Holografik Mikroskop (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.