《中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)》2015年硕士论文

发布时间：2017-02-04 15:45

  本文关键词：大数值孔径生物显微物镜杂散光分析及测量，，由笔耕文化传播整理发布。

《中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)》 2015年

大数值孔径生物显微物镜杂散光分析及测量

胡慧杰  

【摘要】：显微镜是现代医学领域的重要检测工具之一,显微镜的性能主要由显微物镜决定。一款优秀的生物显微物镜不仅体现在最优的光学像差控制、精良的加工和装配,更体现在优异的杂散光抑制方面。杂散光会使显微镜像面图像对比度下降,从而导致调制传递函数MTF下降,层次减少,清晰度变坏。因此良好的杂散光抑制是光学系统能够获得高性能成像质量的前提和基础,这就要求光学系统设计成型前必须进行杂散光分析,光学加工装调成型后必须进行杂散光测试。随着计算机光学辅助设计的发展,显微物镜杂散光仿真分析成为可能,本论文根据显微物镜杂散光测试仪的设计需求立题,研究不同测试条件及不同光机表面散射对显微物镜杂散光系数的影响,内容包括以下几个方面:(1)显微物镜杂散光测试仪方案设计:根据黑斑法测量杂散光系数的理论基础以及国家标准,设计了测量显微物镜杂散光系数的测试仪,从照明系统到黑斑基板、从被测物镜到像面测试积分球光电倍增管,均进行了详细的光能传播分析,并以此为依据对杂散光测试仪进行元器件选型,最后对各关键部分的连接进行结构设计,完成了显微物镜杂散光测试仪总体设计;(2)基于黑斑法测量显微物镜杂散光物理模型的建立:根据杂散光理论基础分析显微物镜的散射表面和杂散光路径,结合现有物镜的光学、机械设计方案,建立基于黑斑法显微物镜杂散光测试仪的模型,并采用TracePro光学仿真软件进行边界条件设置,包括光源发散角和光强、机械零件和光学表面的BRDF参数、带黑斑(不带黑斑)的基板透过率、像面探测器的位置和尺寸大小,对98倍、NA=1.28的显微物镜分别更换带黑斑基板和不带黑斑基板来测量,得出其杂散光系数为13.07%,验证了显微物镜杂散光测试仪仿真模型的可行性;(3)不同测试条件下显微物镜杂散光系数分析:通过更改仿真模型中的实验参数,如照明数值孔径、照明视场、离焦量、黑斑在视场中位置等,分别探究了他们对杂散光系数的影响,并得出以下结论:杂散光系数随照明数值孔径和照明视场范围的增大而增大;对98倍、NA=1.28的显微物镜,四倍离焦量为小值,易于通过手动调焦至视场清晰,所以离焦量对杂散光系数的影响可以不计考虑;显微物镜的杂散光系数随黑斑与中心视场偏移量的增大逐渐减小(除边缘视场外),即最大杂散光系数来源于中心视场,表明中心视场的杂散光特性具有代表性,体现了显微物镜光学系统最大杂散光水平;(4)光机表面散射参数对显微物镜杂散光系数影响分析:通过对不同NA显微物镜光学表面散射BRDF参数的设定,深入探究光学表面不同粗糙度(2nm、5nm、10nm、20nm)、不同镜面颗粒污染水平(100、230、500、750)和机械结构表面是否消光染黑对杂散光系数测量的影响。提出有效减小显微物镜系统像面杂散光系数的途径有--光学精加工中严格控制表面粗糙度的大小、保证镜面洁净程度在基本洁净水平以下以及采用类似Avian Black-S的消光材料对机械结构表面进行染黑。

【关键词】：
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH742.1
【目录】：

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  本文关键词：大数值孔径生物显微物镜杂散光分析及测量，由笔耕文化传播整理发布。

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