宽光谱大数值孔径平场复消色差物镜设计

发布时间：2020-04-21 06:41

【摘要】：近红外光具有良好的组织穿透性、最小生物样本损伤等优势,近红外荧光素在近年来被应用于癌细胞突变基因检测。现有显微物镜工作谱段不能同时覆盖可见光和近红外光,实际检测时需根据荧光素的种类更换物镜。因此,同时覆盖可见光和近红外光的宽光谱显微物镜成为研究热点。针对癌细胞突变基因诱导荧光光谱覆盖范围宽、信号弱、现有显微镜不能胜任检测等局限,本文设计了光谱范围450～800nm、数值孔径0.95的40倍荧光显微物镜。物镜采用+ +-结构,因宽光谱、大数值孔径物镜像差校正难度大、透镜片数多、装调困难,前组设置成敏感组分,承载物镜装调的调校功能,承担90%以上光焦度;中间组为弱光焦度组分,采用多片胶合件组合结构,用于校正大数值孔径下的二级光谱,显著降低了二级光谱校正元件的加工难度;后组为负光焦度组分,用于平像场和增大物镜工作距离。物镜设计结果表明:像质接近衍射极限,满足多种癌细胞突变基因的弱信号生物监测设计要求。并选定了球差、彗差等大数值孔径物镜关键像差的调校元件位置,以显微物镜主要评价指标RMS Spot Radius与RMS Wavefront为标准进行了公差分析,给出了便于实际加工的系统公差,绘制了相关图纸,据此制定完整的装配方案,最终完成了 10组物镜的装配及检验。
【图文】：

二级光谱,校正器

正器的二级光谱与待校正系统的二级光谱大小相等符号相反，此时两者组合就能够达逡逑到复消色差目的［２１］。但是这种二级光谱校正器无法实现倍率色差的校正，后来Ｗｙｎｎｅ逡逑对这种校正器进行了优化，在图１．１结构基础上再增加一个双胶合透镜。理论上能够通逡逑过改变校正器中的两个间隔使组合的系统同时校正二级光谱和倍率色差，但需要两个逡逑间隔的同时配合调节，在与实际系统组合校正色差时操作困难。逡逑４、选用特殊色散玻璃逡逑在Ｐ－ｖ图上，普通玻璃都分布在正常色散线附近，偏离正常色散线较远的玻璃就逡逑是特殊色散玻璃。如果在光学系统中加入特殊色散玻璃，并且合理地分配各组透镜的逡逑光焦度，就可以实现光学系统的复消色差。这种办法必定会使系统所用的玻璃片数增逡逑力口，重量增大，在长焦的大口径望远系统中并不适用，但在小口径光学系统中效果良逡逑好，是显微物镜系统中常用的复消色差方法。逡逑综合以上方法

示意图,复消色差,二级光谱,玻璃

，，，ｉ逦，逦，逦ａ，，逡逑Ｉ逦＞逦Ｉ邋ｉ邋＼逦ｉＭ逦ｉ逦ｉ逦ｉｉｉ逦ｉ逦＞逡逑图２．２二级光谱示意图逡逑近轴条件下，二级光谱与与系统焦距成正比，可以表示为：逡逑ＡＵＸＭ邋＝邋ｍ－ｆ逦（２．５）逡逑将ｍ记做系统二级光谱系数，ｍ与光学系统所用玻璃材料有关，也与光学系统的工逡逑作波段有关。对于用一般玻璃组成的光学系统，在Ｆ、ｄ、Ｃ光谱范围内，ｍ邋？邋０．０００５２［２３］，逡逑而当光谱范围扩展时，ｍ将会增大，如在本文设计谱段４５０？８００ｎｍ内，，以６２５ｎｍ为中逡逑间波长，０．０００７７。相比于Ｆ、ｄ、Ｃ光谱范围，ｍ值约增大５０％，二级光谱明显增逡逑大。逡逑若一个光学系统已经校正了二级光谱，则系统二级光谱系数＾？为0。对于两种材料逡逑组成的系统，其二级光谱系数可表示为式（２．６）。逡逑饥＝一４＾逦（２－６）逡逑根据式（２．６）
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH74

【参考文献】