專利名稱：10x-100x大景深數(shù)碼顯微成像系統(tǒng)組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及10X-100X大景深數(shù)碼顯微成像系統(tǒng)組，屬光學技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
顯微鏡在生物，醫(yī)藥、化學，微觀粒子觀測等領(lǐng)域有著廣泛的應用。顯微成像系統(tǒng)屬于短焦距，大孔徑，小視場系統(tǒng)，設(shè)計時一般通過放大率、數(shù)值孔徑和線視場來體現(xiàn)顯微成像系統(tǒng)的光學特性。顯微鏡的數(shù)值孔徑NA與分辨率有著以下的關(guān)系理論分辨率在這里假設(shè)觀察物是不發(fā)光的物體。理論鑒別率計算如下取入=0. 00056，NA = 0. 014，則 <7 =——-(單位mm)(I. I)
NA分辨率的線對距離= i (lp/mm)，考慮到光學設(shè)計與加工會使實際分辨率有所降低，取降低系數(shù)為2，有a =—(1-2)
2(7眼睛所能分開的兩點距離便于眼睛分辨的角度距離一般為2’ -4’(上下限)，則在明視距離250mm處能分辨開的兩點之間的間隔為Cr'= 250a= 0.0127a (mm)(1.3)顯微鏡的景深
「 Inf's 25Qns'nIdx=--(i-4)
NA TNA其中e' = 0.0008(2.75' )n (I. 5)根據(jù)以上公式，可以計算得到顯微鏡物鏡基本參數(shù)及其對應的光學性能，如表I. I所示。表I. I普通顯微鏡物鏡基本參數(shù)及其光學性能
倍率IOX [ 20X I 40X |" 60X100X
NA0.250.50 0.650.8-0.85 1.25-1.5
_び(m_)__0.00112 —_0.00056 0.000431 __0.00035 __0.000224 _
or =(線對/mm) 446 892 1160 1428 2232 _2 Cr______
_景深(mm)__ 0.008 __0.0016__0.00076 __0.00041 __ 0.00016 _
_て作距離(mm)__6.5__3.2__0.48__0.25__0.1_
從表I. I可以發(fā)現(xiàn)，顯微鏡的景深一般都很小，這就要求我們在使用顯微鏡，特別是高倍系統(tǒng)觀察物體吋，確定觀察位置需非常細心，因為即使離開對焦位置很小的距離，系統(tǒng)所成的像將變得模糊不可辨識。為了提高光學系統(tǒng)的景深，現(xiàn)有技術(shù)常用辦法是通過減小數(shù)值孔徑來實現(xiàn)，但這是以損失光通量和降低分辨率為代價的。另ー種常見方法是共焦顯微鏡，通過共焦掃描的方式得到圖像，再利用數(shù)字信號重構(gòu)物體的三維圖像。但是，共焦顯微鏡存在結(jié)構(gòu)復雜，成本高，且獲取影像速度較慢，無法實時顯示等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一套基于相位波前光學調(diào)制數(shù)學解調(diào)理論的10X-100X大景深數(shù)碼顯微成像系統(tǒng)組。本發(fā)明的10X-100X大景深數(shù)碼顯微成像系統(tǒng)組，保留了傳統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)的原有組件，在不改變原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在物鏡組(I)后端安裝ー塊獨特的相位調(diào)制片(2)，該 調(diào)制片的一面滿足方程z (X，y) = ax3+by3,式中a，b分別為系數(shù)，x, y為相位調(diào)制片的笛卡兒座標，z為相位調(diào)制片在光軸方向的厚度。目鏡(8)安裝在分光鏡輸出的一路光路上,方便人眼(9)觀測。電子目鏡(4)及光電轉(zhuǎn)換器件(5)安裝在分光鏡輸出的另一路光路上。數(shù)字解調(diào)器(6)將光電轉(zhuǎn)換器件(5)上探測得到的模糊圖進行數(shù)字解碼得到清晰的大景深圖像后通過顯示器(7)輸出。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于I. 10X-100X大景深數(shù)碼顯微成像系統(tǒng)組通過對光瞳函數(shù)的調(diào)制來實現(xiàn)景深延拓，因此對光通量和分辨率沒有影響。2.結(jié)構(gòu)簡單，成本低。本系統(tǒng)通過在10X-100X普通數(shù)碼顯微成像系統(tǒng)中加入相位調(diào)制片，即可升級成大景深數(shù)碼顯微成像系統(tǒng)組。3. 10X-100X大景深數(shù)碼顯微成像系統(tǒng)組通過簡單地引入一片相位調(diào)制片和數(shù)字解調(diào)器，不對原有顯微鏡系統(tǒng)造成額外的改變，具有較好的兼容性；同時用戶根據(jù)對獲取圖像質(zhì)量的要求和處理時間的長短可以選擇對圖像是否解調(diào)，使用自由度大。


圖I為本發(fā)明的10X-100X大景深數(shù)碼顯微成像系統(tǒng)組具體結(jié)構(gòu)示意圖。其中(I)顯微物鏡，(2)相位調(diào)制片，(3)分光鏡，(4)目鏡，(5)光電轉(zhuǎn)換器件，(6)數(shù)字解調(diào)器，(7)輸出顯示屏，⑶目鏡，(9)人眼；圖2為相位調(diào)制片安裝示意圖；圖3為普通IOX顯微成像系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)；圖4為本發(fā)明的大景深I(lǐng)OX顯微成像系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)；圖5為普通40X顯微成像系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)；圖6為本發(fā)明的大景深40X顯微成像系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進ー步說明。
圖I為10X-100X大景深數(shù)碼顯微成像系統(tǒng)組具體結(jié)構(gòu)示意圖，具體包括10X-100X顯微物鏡(I)、共用相位調(diào)制片(2)、將顯微物鏡輸出光分成兩路的分光鏡(3)、電子目鏡(4)、光電轉(zhuǎn)換器件(5)、數(shù)字解調(diào)器(6)及輸出顯示屏(7)、另外一路上的目鏡(8)和人眼(9)。圖I所示具體實施例中，顯微物鏡(I)是ー套可以調(diào)節(jié)進入光路的10X，20X，40X，60X，100X物鏡組，其后端同一光路上放置相位調(diào)制片(2)。相位調(diào)制片一面為平面，另一面滿足方程z (X, y) = ax3+by3,式中a, b為系數(shù)，x, y為相位調(diào)制片的笛卡兒座標，z為相位調(diào)制片在光軸方向的厚度。其安裝方式如圖2所示相位調(diào)制片的平面首先安裝進行隔圈套件，并和配合面固定，然后再將光闌套件裝入隔圈套件，整個組件再裝入顯微鏡組系統(tǒng)，形成10X-100X大景深數(shù)碼顯微成像系統(tǒng)組。相位調(diào)制片的系數(shù)為0. 00001彡a，b彡0. 001，值越小，其調(diào)制能力越弱，相應的數(shù)字解碼的壓力越小，相應的景深延拓越?。环粗?，相位調(diào)制片的調(diào)制能力越強，數(shù)字解碼的壓カ越大，景深延拓越明顯。當a，b = 0. 0002時，我們以IOX和40X普通系統(tǒng)的和大景深系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)為例說明其景深延拓能力。用不相干光源照明時，并利用IOX普通顯微物鏡系統(tǒng)和IOX大景深顯微物鏡系統(tǒng)成像時系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)曲線分別如圖3和圖4所示。從圖中可以看出，加入相位調(diào)制 片后，雖然小視場的調(diào)制傳遞函數(shù)被相位調(diào)制函數(shù)調(diào)制后，相對于普通系統(tǒng)有所降低，但是對于不同視場其調(diào)制傳遞函數(shù)形狀基本保持一致。且相對于普通系統(tǒng)，其調(diào)制傳遞函數(shù)對離焦不敏感，使得通過數(shù)字解調(diào)器對中間圖像解碼達到景深延拓成為可能。用不相干光源照明時，并利用40X普通顯微物鏡系統(tǒng)和40X大景深顯微物鏡系統(tǒng)成像時系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)曲線分別如圖5和圖6所示。從圖中可以看出，同樣的經(jīng)相位調(diào)制片調(diào)制后，整個系統(tǒng)對小視場的調(diào)制傳遞函數(shù)被相位調(diào)制函數(shù)調(diào)制后，相對于普通系統(tǒng)有所降低，但是對于不同視場其調(diào)制傳遞函數(shù)形狀基本保持一致。且相對于普通系統(tǒng)，其調(diào)制傳遞函數(shù)對離焦不敏感，使得通過數(shù)字解調(diào)器對中間圖像解碼達到景深延拓成為可倉^:。同樣的對于20X、60X和100X，在z (x, y) = ax3+by3相位調(diào)制片作用下，系統(tǒng)具有和IOX和40X系統(tǒng)有著類似的特點。這種特點決定了系統(tǒng)的圖像可以通過后端的數(shù)字解調(diào)器解碼，在不同視場和不同離焦距離條件下可以恢復得到質(zhì)量較為一致的清晰圖像，也即達到了其景深延拓的效果和目的，由此構(gòu)建了ー組性能一致的大景深顯微系統(tǒng)。綜上所述，本發(fā)明的10X-100X大景深數(shù)碼顯微成像系統(tǒng)組可以在普通顯微系統(tǒng)上進行簡單改進得到，是ー種提高顯微成像系統(tǒng)性能的經(jīng)濟有效的新型技木。
權(quán)利要求
1.10X-100X大景深數(shù)碼顯微成像系統(tǒng)組，其特征在于利用相位調(diào)制片對光瞳函數(shù)的調(diào)制來補償視場變化帶來的像差，達到景深延拓的效果和目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的10X-100X大景深數(shù)碼顯微成像系統(tǒng)組，其特征在于所使用的相位調(diào)制片的一面為平面，另一面滿足方程Z (X，y) = ax3+by3，式中a，b為系數(shù)，x, y為調(diào)制片的笛卡兒座標，z為相位調(diào)制片在光軸方向的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的10X-100X大景深數(shù)碼顯微成像系統(tǒng)組，其特征在于系統(tǒng)組采用同一相位調(diào)制片，其系數(shù)為O. 00001 ( a，b ( O. 001，靠近物鏡置于顯微成像物鏡和分光鏡之間。
全文摘要
一種新型的相位調(diào)制片改進的10X-100X大景深數(shù)碼顯微成像系統(tǒng)組，具體包括1)一組10X、20X、40X、60X和100X顯微成像物鏡；2)相位調(diào)制片；3)分光鏡、目鏡、光電轉(zhuǎn)換器件、顯示屏和連接輸出終端的數(shù)字解調(diào)器。相位調(diào)制片置于顯微成像物鏡后端，其一面滿足方程z(x，y)＝ax3+by3，另一面為平面，能夠?qū)崿F(xiàn)對光瞳函數(shù)的調(diào)制以補償視場變化帶來的像差，從而達到數(shù)碼顯微成像系統(tǒng)景深延拓的效果和目的。本發(fā)明的10X-100X大景深數(shù)碼顯微成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、兼容性好，在不減小光通量、不調(diào)焦的前提下，采用通用相位調(diào)制片大幅度提高10X-100X顯微成像系統(tǒng)的成像能力，解決傳統(tǒng)顯微成像統(tǒng)景深小的問題。
文檔編號G02B21/36GK102798971SQ201210109829
公開日2012年11月28日 申請日期2012年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月9日
發(fā)明者陳燕平, 劉欽曉, 余飛鴻 申請人:寧波工程學院, 劉欽曉, 余飛鴻