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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.76.2018.tde-09102018-081726
Documento
Autor
Nome completo
Camila de Paula D'Almeida
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2018
Orientador
Banca examinadora
Pratavieira, Sebastião (Presidente)
Bachmann, Luciano
Silva, René Alfonso Nome
Título em português
Desenvolvimento e caracterização de um microscópio óptico holográfico sem lentes in-line
Palavras-chave em português
Holografia
Microscópio óptico
Portátil
Recuperação de fase
Sem lentes
Resumo em português
O microscópio é um instrumento de grande relevância para o contexto científico. Dentre as variadas montagens desse instrumento óptico, os microscópios sem lentes têm chamado atenção por serem robustos, reduzidos em tamanho e custo, e ainda possibilitarem imagens com amplo campo de visão (usualmente da ordem de algumas dezenas de mm2). Dentro dessa categoria, existem os microscópios holográficos in-line, os quais obtêm a imagem da amostra a partir da reconstrução numérica de um holograma adquirido por um sensor digital de imagem. Este trabalho tem o objetivo de construir um desses microscópios para observar amostras semitransparentes. O microscópio desenvolvido ao longo deste trabalho tem sua iluminação baseada no uso de um LED associado a um pinhole, cuja finalidade é aumentar a coerência temporal da luz. Com isso, a iluminação proveniente do pinhole percorre uma distância de aproximadamente 10 cm até atingir a amostra, posicionada sobre uma lâmina de vidro. À uma distância mínima da amostra, está posicionado um sensor CMOS, responsável pela aquisição do padrão de interferência da parcela da luz que foi transmitida sem desvio pela amostra e da parte da luz que foi difratada por ela. Esse padrão de intensidade, chamado holograma, é reconstruído numericamente de modo a obter uma boa imagem do objeto-alvo. A reconstrução da imagem medida é feita considerando a propagação da luz de volta ao plano de do objeto e, depois, estimando a fase referente à luz incidente no sensor no instante da medida. Essa primeira etapa resulta na imagem da amostra com a influência de um artefato muito conhecido na holografia: a imagem gêmea. Enquanto a reconstrução de fase reconstrói a imagem de uma forma mais completa, reduzindo a influência de tais artefatos. A reconstrução de fase é feita com o método multialturas, o qual faz uso de mais de uma imagem medida, com distâncias diferentes entre a amostra e o sensor, como entrada para o algoritmo desenvolvido. Utilizando um sensor de 10 MP (3856 x 2764 pixels), com o pixel de 1,67 μm, construímos um microscópio holográfico sem lentes com um campo de visão de quase 30 mm2 e resolução de aproximadamente 3 μm.
Título em inglês
Development and characterization of an in-line lensless holographic optical microscope
Palavras-chave em inglês
Holography
Lensless
Optical microscope
Phase recovery
Portable
Resumo em inglês
The microscope is an instrument of great relevance in the scientific context. Among various assembly of this optic instrument, the lensless microscope have had drawing attention by been robust, with small size and low cost and, in addiction, enable imaging with a large field of view (usually about tens of mm2). Inside this category, there is the in-line holographic microscopes, which achieve the sample image from the numerical reconstruction of a hologram acquired by an image digital sensor. This study have the objective of develop one of these microscopes to image semitransparent samples. The microscope developed over this study has its illumination based on the use of an LED associated with a pinhole, whose purpose is to increase the light temporal coherence. Therefore, illumination from the pinhole goes 10 cm until reach the sample, positioned over the glass slide. From a minimal distance of the sample, a CMOS sensor is positioned, which is responsible to acquire the interference pattern of the transmitted light with the diffracted light. This intensity pattern, called hologram, is numerically reconstructed in order to get a great image of target object. The reconstruction of the measured image is performed considering the back propagation of the light to the object plane and, then, estimating the phase related to the incident light over the sensor at the time of the measurement. This first step results in a sample image influenced by an artifact well-known in the holography: the twin-image. Whereas phase reconstruction reconstruct the image more fully, reducing the artifact influence. Phase reconstruction is performed using the multiheigh method, which uses more than one measured image, with different distances between the sample and sensor, as input to the developed algorithm. Using a 10 MP (3856 x 2764 pixels) sensor, with a pixel size of 1.67 μm, we built a lensless holographic microscope with a field of view near of 30 mm2 and resolution of approximately 3 μm.
 
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Data de Publicação
2018-10-17
 
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