顯微鏡是現(xiàn)代醫(yī)學領域的重要檢測工具之一,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。雜散光會使顯微鏡像面圖像對比度下降,從而導致調(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系統(tǒng)能夠獲得高性能成像質(zhì)量的前提和基礎,這就要求光學系統(tǒng)設計成型前必須進行雜散光分析,光學加工裝調(diào)成型后必須進行雜散光測試。隨著計算機光學輔助設計的發(fā)展,顯微物鏡雜散光仿真分析成為可能,本論文根據(jù)顯微物鏡雜散光測試儀的設計需求立題,研究不同測試條件及不同光機表面散射對顯微物鏡雜散光系數(shù)的影響,內(nèi)容包括以下幾個方面:(1)顯微物鏡雜散光測試儀方案設計:根據(jù)黑斑法測量雜散光系數(shù)的理論基礎以及國家標準,設計了測量顯微物鏡雜散光系數(shù)的測試儀,從照明系統(tǒng)到黑斑基板、從被測物鏡到像面測試積分球光電倍增管,均進行了詳細的光能傳播分析,并以此為依據(jù)對雜散光測試儀進行元器件選型,最后對各關(guān)鍵部分的連接進行結(jié)構(gòu)設計,完成了顯微物鏡雜散光測試儀總體設計;(2)基于黑斑法測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、機械設計方案,建立基于黑斑法顯微物鏡雜散光測試儀的模型,并采用TracePro光學仿真軟件進行邊界條件設置,包括光源發(fā)散角和光強、機械零件和光學表面的BRDF參數(shù)、帶黑斑(不帶黑斑)的基板透過率、像面探測器的位置和尺寸大小,對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測量,得出其雜散光系數(shù)為13.07%,驗證了顯微物鏡雜散光測試儀仿真模型的可行性;(3)不同測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驗參數(shù),如照明數(shù)值孔徑、照明視場、離焦量、黑斑在視場中位置等,分別探究了他們對雜散光系數(shù)的影響,并得出以下結(jié)論:雜散光系數(shù)隨照明數(shù)值孔徑和照明視場范圍的增大而增大;對98倍、NA=1.28的顯微物鏡,四倍離焦量為小值,易于通過手動調(diào)焦至視場清晰,所以離焦量對雜散光系數(shù)的影響可以不計考慮;顯微物鏡的雜散光系數(shù)隨黑斑與中心視場偏移量的增大逐漸減小(除邊緣視場外),即最大雜散光系數(shù)來源于中心視場,表明中心視場的雜散光特性具有代表性,體現(xiàn)了顯微物鏡光學系統(tǒng)最大雜散光水平;(4)光機表面散射參數(shù)對顯微物鏡雜散光系數(shù)影響分析:通過對不同NA顯微物鏡光學表面散射BRDF參數(shù)的設定,深入探究光學表面不同粗糙度(2nm、5nm、10nm、20nm)、不同鏡面顆粒污染水平(100、230、500、750)和機械結(jié)構(gòu)表面是否消光染黑對雜散光系數(shù)測量的影響。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--光學精加工中嚴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的消光材料對機械結(jié)構(gòu)表面進行染黑。
【學位單位】：中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所)
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：TH742.1
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 雜散光分析的發(fā)展概況
        1.2.1 國外雜散光分析發(fā)展概況
        1.2.2 國內(nèi)雜散光分析發(fā)展概況
    1.3 論文研究的主要內(nèi)容
第2章 雜散光研究分析的理論基礎
    2.1 雜散光分析基本理論基礎
        2.1.1 雙向散射分布函數(shù)的概念
        2.1.2 應用雜散光研究的常用BRDF模型
    2.2 雜散光來源路徑分析及消除措施
        2.2.1 光學系統(tǒng)雜散光的來源
        2.2.2 光學系統(tǒng)雜散光的危害
        2.2.3 基本能量傳輸方程
        2.2.4 雜散光消除途徑的研究
    2.3 顯微物鏡雜散光系數(shù)測定分析
        2.3.1 黑斑法測量雜散光系數(shù)的理論基礎
        2.3.2 黑斑法測量雜散光系數(shù)的標準分析
    2.4 本章小結(jié)
第3章 顯微物鏡雜散光測試儀方案設計
    3.1 顯微物鏡雜散光測試儀原理設計
    3.2 顯微物鏡雜散光測試儀光能傳播理論分析
        3.2.1 光源至黑斑基板能量計算
        3.2.2 黑斑基板至顯微物鏡像面光照度計算
        3.2.3 測試積分球及光電倍增管光能量計算
        3.2.4 雜散光測試儀元器件選型
    3.3 顯微物鏡雜散光測試儀結(jié)構(gòu)設計
        3.3.1 均勻光源照明系統(tǒng)
        3.3.2 被測物鏡結(jié)構(gòu)系統(tǒng)
        3.3.3 三目觀察及測量系統(tǒng)
        3.3.4 設備外觀及整體
    3.4 本章小結(jié)
第4章 顯微物鏡黑斑法雜散光測試儀建模仿真及實驗
    4.1 顯微物鏡雜散光測試儀的軟件建模設定
        4.1.1 重點采樣及閾值設定的重要性
        4.1.2 大NA生物顯微物鏡光學參數(shù)
        4.1.3 雜散光測試儀建模及屬性設置
    4.2 不同測量條件對雜散光系數(shù)影響的仿真模擬
    4.3 光學表面散射對雜散光系數(shù)影響的仿真模擬
        4.3.1 表面粗糙度對雜散光系數(shù)的影響
        4.3.2 表面顆粒污染水平對雜散光系數(shù)的影響
    4.4 機械表面消光染黑對雜散光系數(shù)影響的仿真模擬
    4.5 本章小結(jié)
第5章 總結(jié)與展望
    5.1 論文總結(jié)及創(chuàng)新點說明
        5.1.1 全文工作總結(jié)
        5.1.2 創(chuàng)新點說明
    5.2 進一步研究的工作展望
參考文獻
在學期間學術(shù)成果情況
指導教師及作者簡介
致謝

【參考文獻】

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本文編號：2873541