Численная фокусировка и поле зрения в интерференционной микроскопии
Гребенюк А.А., Клычкова Д.М., Рябухо В.П.

 

Институт проблем точной механики и управления РАН, Саратов, Россия,
Саратовский государственный университет, Саратов, Россия,
Лаборатория Кристиана Допплера OPTRAMED, Центр медицинской физики и биомедицинской техники Медицинского университета Вены, Вена, Австрия

Аннотация:
Представлен анализ эффектов, возникающих на краях поля зрения при численно сфокусированной визуализации оптически расфокусированных объектов в системах интерференционной микроскопии с пространственно когерентным освещением объекта. Получены выражения, описывающие границы областей различного типа в численно сфокусированных изображениях в зависимости от параметров дефокусировки. Получены выражения для оценки допустимых пределов дефокусировки при численно сфокусированной визуализации. Проведено экспериментальное исследование эффектов, возникающих на краях поля зрения при численно сфокусированной визуализации оптически расфокусированных объектов в цифровом голографическом микроскопе с освещением на пропускание.

Ключевые слова:
численная фокусировка, интерференционная микроскопия, цифровая голографическая микроскопия, оптическая когерентная микроскопия.

Цитирование:
Гребенюк, А.А. Численная фокусировка и поле зрения в интерференционной микроскопии / А.А. Гребенюк, Д.М. Клычкова, В.П. Рябухо // Компьютерная оптика. – 2018. – Т. 42, № 1. – С. 28-37. – DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-1-28-37.

Литература:

    1. Cuche, E. Simultaneous amplitude-contrast and quantitative phase-contrast microscopy by numerical reconstruction of Fresnel off-axis holograms / E. Cuche, P. Marquet, C. Depeursinge // Applied Optics. – 1999. – Vol. 38, Issue 34. – P. 6994-7001. – DOI: 10.1364/AO.38.006994.
    2. Mann, C.J. High-resolution quantitative phase-contrast microscopy by digital holography / C.J. Mann, L. Yu, C.-M. Lo, M.K. Kim // Optics Express. – 2005. – Vol. 13, Issue 22. – P. 8693-8698. – DOI: 10.1364/OPEX.13.008693.
    3. Dubois, F. Partial spatial coherence effects in digital holographic microscopy with a laser source / F. Dubois, M.-L.N. Requena, C. Minetti, O. Monnom, E. Istasse // Applied Optics. – 2004. – Vol. 43, Issue 5. – P. 1131-1139. – DOI: 10.1364/AO.43.001131.
    4. Kemper, B. Digital holographic microscopy for live cell applications and technical inspection / B. Kemper, G. von Bally // Applied Optics. – 2008. – Vol. 47, Issue 4. – P. A52-A61. – DOI: 10.1364/AO.47.000A52.
    5. Massatsch, P. Time-domain optical coherence tomography with digital holographic microscopy / P. Massatsch, F. Charrière, E. Cuche, P. Marquet, C.D. Depeursinge // Applied Optics. – 2005. – Vol. 44, Issue 10. – P. 1806-1812. – DOI: 10.1364/AO.44.001806.
    6. Yu, L.F. Wavelength-scanning digital interference holography for tomographic three-dimensional imaging by use of the angular spectrum method / L.F. Yu, M.K. Kim // Optics Letters. – 2005. – Vol. 30, Issue 16. – P. 2092-2094. – DOI: 10.1364/OL.30.002092.
    7. Ralston, T.S. Interferometric synthetic aperture microscopy / T.S. Ralston, D.L. Marks, P.S. Carney, S.A. Boppart // Nature Physics. – 2007. – Vol. 3. – P. 129-134. – DOI: 10.1038/nphys514.
    8. Marks, D.L. Inverse scattering for frequency-scanned full-field optical coherence tomography / D.L. Marks, T.S. Ralston, S.A. Boppart, P.S. Carney // Journal of Optical Society of America A. – 2007. – Vol. 24, Issue 4. – P. 1034-1041. – DOI: 10.1364/JOSAA.24.001034.
    9. Hillmann, D. Holoscopy-holographic optical coherence tomography / D. Hillmann, C. Lührs, T. Bonin, P. Koch, G. Hüttmann // Optics Letters. – 2011. – Vol. 36, Issue 13. – P. 2390-2392. - DOI: 10.1364/OL.36.002390.
    10. Shabanov, D.V. Broadband digital holographic technique of optical coherence tomography for 3-dimensional biotissue visualization / D.V. Shabanov, G.V. Gelikonov, V.M. Gelikonov // Laser Physics Letters. – 2009. – Vol. 6, Issue 10. – P. 753-758. – DOI: 10.1002/lapl.200910052.
    11. Kumar, A. Subaperture correlation based digital adaptive optics for full field optical coherence tomography / A. Kumar, W. Drexler, R.A. Leitgeb // Optics Express. – 2013. – Vol. 21, Issue 9. – P. 10850-10866. – DOI: 10.1364/OE.21.010850.
    12. Kumar, A. Numerical focusing methods for full field OCT: a comparison based on a common signal model / A. Kumar, W. Drexler, R.A. Leitgeb // Optics Express. – 2014. – Vol. 22, Issue 13. – P. 16061-16078. - DOI: 10.1364/OE.22.016061.
    13. Grebenyuk, A.A. Numerical correction of coherence gate in full-field swept-source interference microscopy / A.A. Gre­benyuk, V.P. Ryabukho // Optics Letters. – 2012. – Vol. 37, Issue 13. – P. 2529-2531. – DOI: 10.1364/OL.37.002529.
    14. Grebenyuk, A. Numerically focused full-field swept-source optical coherence microscopy with low spatial coherence illumination / A. Grebenyuk, A. Federici, V. Ryabukho, A. Dubois // Applied Optics. – 2014. – Vol. 53, Issue 8. – P. 1697-1708. – DOI: 10.1364/AO.53.001697.
    15. Talaikova, N.A. Numerical focusing in diffraction phase microscopy / N.A. Talaikova, A.A. Grebenyuk, A.L. Kalya­nov, V.P. Ryabukho // Proceedings of the SPIE. – 2016. – Vol. 9917. – 99171V. - DOI: 10.1117/12.2229881.
    16. Cuche, E. Aperture apodization using cubic spline interpolation: application in digital holographic microscopy / E. Cuche, P. Marquet, C. Depeursinge // Optics Communications. – 2000. – Vol. 182, Issues 1-3. – P. 59-69. – DOI: 10.1016/S0030-4018(00)00747-1.
    17. Dubois, F. Border processing in digital holography by extension of the digital hologram and reduction of the higher spatial frequencies / F. Dubois, O. Monnom, C. Youras­sowsky, J.-C. Legros // Applied Optics. – 2002. – Vol. 41, Issue 14. – P. 2621-2626.
    18. Kozacki, T. Numerical errors of diffraction computing using plane wave spectrum decomposition / T. Kozacki // Optics Communications. – 2008. – Vol. 281, Issue 17. – P. 4219-4223. – DOI: 10.1016/j.optcom.2008.05.023.
    19. Matsushima, K. Band-limited angular spectrum method for numerical simulation of free-space propagation in far and near fields // K. Matsushima, T. Shimobaba // Optics Express. – 2009. – Vol. 17, Issue 22. – P. 19662-19673. – DOI: 10.1364/OE.17.019662.
    20. Grebenyuk, A.A. Field of view of numerically focused images in digital holographic microscopy / A.A. Grebenyuk, V.P. Ryabukho // Saratov Fall Meeting 2013 – 1st International Symposium on Optics and Biophotonics, 2013, Saratov, Russia. – 2013.
    21. Grebenyuk, A.A. Numerical reconstruction of volumetric image in swept-source interference microscopy / A.A. Gre­benyuk, V.P. Ryabukho // AIP Conference Proceedings. – 2013. – Vol. 1537. – P. 147-154. – DOI: 10.1063/1.4809704.
    22. Grebenyuk, A.A. Theoretical model of volumetric objects imaging in a microscope / A.A. Grebenyuk, V.P. Ryabukho // Proceedings of the SPIE. – 2012. – Vol. 8430. – 84301B. – DOI: 10.1117/12.922198.
    23. Grebenyuk, A.A. Coherence effects of thick objects imaging in interference microscopy / A.A. Grebenyuk, V.P. Ryabukho // Proceedings of the SPIE. – 2012. – Vol. 8427. – 84271M. - DOI: 10.1117/12.922108.
    24. Гребенюк, А.А. Дефокусировка и численная фокусировка в интерференционной микроскопии с широким временным спектром поля освещения / А.А. Гребенюк, В.П. Рябухо // Компьютерная оптика. – 2016. – Т. 40, № 6. – С. 772-780. – DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-6-772-780.
    25. Grebenyuk, A.A. Theory of imaging and coherence effects in full-field optical coherence microscopy / A.A. Grebenyuk, V.P. Ryabukho. – In Book: Handbook of full-field optical coherence microscopy / ed. A. Dubois. – Chapter 2. – Singapore: Pan Stanford Publishing, 2016. – P. 53-89. – ISBN: 978-981-4669-16-0.
    26. Goodman, J.W. Introduction to Fourier optics / J.W. Goodman. – 2nd ed. – New York: McGraw-Hill, 1996. – 441 p. – ISBN: 978-0-07-024254-8.
    27. Grebenyuk, A.A. Numerical focusing in digital holographic microscopy with partially spatially coherent illumination in transmission / A.A. Grebenyuk, V.P. Ryabukho // Proceedings of SPIE. – 2014. – Vol. 9031. – 903119 (8 p.). – ISBN: 10.1117/12.2052837.
    28. Grebenyuk, A.A. An off-axis digital holographic microscope with quasimonochromatic partially spatially coherent illumination in transmission / A.A. Grebenyuk, Y.V. Tarakanchikova, V.P. Ryabukho // Journal of Optics. – 2014. – Vol. 16, Issue 10. – 105301 (6 p.). – DOI: 10.1088/2040-8978/16/10/105301.
    29. Dubois, F. Improved three-dimensional imaging with a digital holography microscope with a source of partial spatial coherence / F. Dubois, L. Joannes, J.-C. Legros // Applied Optics. – 1999. – Vol. 38, Issue 34. – P. 7085-7094. – DOI: 10.1364/AO.38.007085.

    © 2009, IPSI RAS
    Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20