本文關(guān)鍵詞：大數(shù)值孔徑生物顯微物鏡雜散光分析及測(cè)量，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)》 2015年

大數(shù)值孔徑生物顯微物鏡雜散光分析及測(cè)量

胡慧杰  

【摘要】：顯微鏡是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重要檢測(cè)工具之一,顯微鏡的性能主要由顯微物鏡決定。一款優(yōu)秀的生物顯微物鏡不僅體現(xiàn)在最優(yōu)的光學(xué)像差控制、精良的加工和裝配,更體現(xiàn)在優(yōu)異的雜散光抑制方面。雜散光會(huì)使顯微鏡像面圖像對(duì)比度下降,從而導(dǎo)致調(diào)制傳遞函數(shù)MTF下降,層次減少,清晰度變壞。因此良好的雜散光抑制是光學(xué)系統(tǒng)能夠獲得高性能成像質(zhì)量的前提和基礎(chǔ),這就要求光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成型前必須進(jìn)行雜散光分析,光學(xué)加工裝調(diào)成型后必須進(jìn)行雜散光測(cè)試。隨著計(jì)算機(jī)光學(xué)輔助設(shè)計(jì)的發(fā)展,顯微物鏡雜散光仿真分析成為可能,本論文根據(jù)顯微物鏡雜散光測(cè)試儀的設(shè)計(jì)需求立題,研究不同測(cè)試條件及不同光機(jī)表面散射對(duì)顯微物鏡雜散光系數(shù)的影響,內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:(1)顯微物鏡雜散光測(cè)試儀方案設(shè)計(jì):根據(jù)黑斑法測(cè)量雜散光系數(shù)的理論基礎(chǔ)以及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)了測(cè)量顯微物鏡雜散光系數(shù)的測(cè)試儀,從照明系統(tǒng)到黑斑基板、從被測(cè)物鏡到像面測(cè)試積分球光電倍增管,均進(jìn)行了詳細(xì)的光能傳播分析,并以此為依據(jù)對(duì)雜散光測(cè)試儀進(jìn)行元器件選型,最后對(duì)各關(guān)鍵部分的連接進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),完成了顯微物鏡雜散光測(cè)試儀總體設(shè)計(jì);(2)基于黑斑法測(cè)量顯微物鏡雜散光物理模型的建立:根據(jù)雜散光理論基礎(chǔ)分析顯微物鏡的散射表面和雜散光路徑,結(jié)合現(xiàn)有物鏡的光學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)方案,建立基于黑斑法顯微物鏡雜散光測(cè)試儀的模型,并采用TracePro光學(xué)仿真軟件進(jìn)行邊界條件設(shè)置,包括光源發(fā)散角和光強(qiáng)、機(jī)械零件和光學(xué)表面的BRDF參數(shù)、帶黑斑(不帶黑斑)的基板透過率、像面探測(cè)器的位置和尺寸大小,對(duì)98倍、NA=1.28的顯微物鏡分別更換帶黑斑基板和不帶黑斑基板來(lái)測(cè)量,得出其雜散光系數(shù)為13.07%,驗(yàn)證了顯微物鏡雜散光測(cè)試儀仿真模型的可行性;(3)不同測(cè)試條件下顯微物鏡雜散光系數(shù)分析:通過更改仿真模型中的實(shí)驗(yàn)參數(shù),如照明數(shù)值孔徑、照明視場(chǎng)、離焦量、黑斑在視場(chǎng)中位置等,分別探究了他們對(duì)雜散光系數(shù)的影響,并得出以下結(jié)論:雜散光系數(shù)隨照明數(shù)值孔徑和照明視場(chǎng)范圍的增大而增大;對(duì)98倍、NA=1.28的顯微物鏡,四倍離焦量為小值,易于通過手動(dòng)調(diào)焦至視場(chǎng)清晰,所以離焦量對(duì)雜散光系數(shù)的影響可以不計(jì)考慮;顯微物鏡的雜散光系數(shù)隨黑斑與中心視場(chǎng)偏移量的增大逐漸減小(除邊緣視場(chǎng)外),即最大雜散光系數(shù)來(lái)源于中心視場(chǎng),表明中心視場(chǎng)的雜散光特性具有代表性,體現(xiàn)了顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)最大雜散光水平;(4)光機(jī)表面散射參數(shù)對(duì)顯微物鏡雜散光系數(shù)影響分析:通過對(duì)不同NA顯微物鏡光學(xué)表面散射BRDF參數(shù)的設(shè)定,深入探究光學(xué)表面不同粗糙度(2nm、5nm、10nm、20nm)、不同鏡面顆粒污染水平(100、230、500、750)和機(jī)械結(jié)構(gòu)表面是否消光染黑對(duì)雜散光系數(shù)測(cè)量的影響。提出有效減小顯微物鏡系統(tǒng)像面雜散光系數(shù)的途徑有--光學(xué)精加工中嚴(yán)格控制表面粗糙度的大小、保證鏡面潔凈程度在基本潔凈水平以下以及采用類似Avian Black-S的消光材料對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行染黑。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH742.1
【目錄】：

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本文編號(hào)：239902