一种大景深数码显微系统技术方案

本发明专利技术公开了一种大景深数码显微系统，涉及光学技术领域，其包括显微物镜、带光电转换器件的电子目镜、与光电转换器件连接的数字解调器以及与数字解调器连接的图像输出设备，其特征在于，所述显微物镜与电子目镜之间设有景深延拓器，所述景深延拓器具有相位掩膜片，该相位掩膜片的一面满足式①方程：z(x,y)=ax3+by3+cx4+dy4+ex2y2+fxy3+gx3y①，式①中，a,b,c,d,e,f,g分别为系数，x，y，z(x,y)分别为相位掩膜片满足式①方程的面上任一点在三维笛卡儿坐标系中X、Y、Z轴坐标，所述三维笛卡儿坐标系以相位掩膜片中心为坐标原点，以光轴为Z轴。本发明专利技术大景深数码显微系统在不破坏传统数码显微系统的主要部件结构的前提下，通过外加景深延拓器来实现大景深的功能，具有成本低廉、兼容性强等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学
，具体涉及一种大景深数码显微系统。
技术介绍
光学显微镜自16世纪末在欧洲专利技术后，将人类的视野拓展到一个全新的世界中。显微镜技术在生物、医学、工业等诸多方面有着广泛的应用。经过400余年的发展，显微镜的成像质量日益提高。尤其是上个世纪末，光电转换器件的广泛应用和数字处理技术的不断更新，给这个古老的学科注入新的生命力。现有的数码显微系统包括显微物镜、带光电转换器件的电子目镜、与光电转换器件连接的数字解调器以及与数字解调器连接的图像输出设备，小景深一直是传统数码显微 系统中的重要问题，在中高倍的数码显微系统中尤为严重。数码显微系统中显微物镜的景深d可以表示为波动光学景深和几何光学景深之2Wfftp和rf = -77-T +,7^'，其中，\ 为波长；11表不物方折射率；Μ表不放大倍数；ΝΑ表不显微物NA' M · NA镜的数值孔径；e表示显微物镜在像面上能分辨的最小距离。考虑到显微物镜的像面实际上就是电子目镜的物面，因此，e实际是由电子目镜决定。以普通的生物显微物镜为例，取λ ο为550nm。若采用的是放大倍率为1/3，像元尺寸为7um的光电转换器件，则显微物镜在像面上能分辨的最小距离e为21um。以常用的数值孔径(NA)O. 65，放大倍率(M)40倍的中倍显微物镜和数值孔径(NA) I. 1，放大倍率(M) 100倍的高倍显微物镜为例，将相应的参数代入上式中，可得显微物镜的景深，中高倍显微物镜的主要参数见表I。表I 数值孔径NA 放大倍率M物方折射率η 景深d (Uin) 中倍显微物镜 0Γ6540 Σ 高倍显微物镜 I. I100I. 5O. 78由表I可见，显微物镜的倍率越高，则景深就越小；显微物镜的数值孔径越大，则景深就越小。数码显微系统是通过对整个镜筒的调焦来看清被观察物体的，因此对实现微调的机械结构的精密度要求很高。解决光学系统小景深的问题方法主要有三类。第一类是对光学系统的孔径进行振幅调制，其中以减小相对孔径为代表，但该方法以减小通光量和降低分辨率为代价。第二类是通过共焦成像的方式对每个成像面进行扫描，最后通过数字图像重建的方式来实现，这种方法需要专门的精密电机完成扫描，成本高且耗时长。第三类是通过波前编码技术来拓展景深，它通过在光阑处加上一个Φ = a (x3+y3)的相位片，然后对光电转换器件C⑶或光电转换器件CMOS上得到的图像进行数字滤波，以此来达到拓展景深的要求，它需要对整个显微系统进行重新设计、加工和制作，成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供了一种大景深数码显微系统，在不破坏传统数码显微系统的主要部件结构(包括照明部件、载物部件、显微物镜和电子目镜)的前提下，通过外加景深延拓器来实现大景深的功能，具有成本低廉、兼容性强的特点。 一种大景深数码显微系统,包括显微物镜、带光电转换器件的电子目镜、与光电转换器件连接的数字解调器以及与数字解调器连接的图像输出设备，所述显微物镜与电子目镜之间设有景深延拓器，所述景深延拓器具有相位掩膜片，该相位掩膜片的一面满足式①方程z (x, y) =ax3+by3+cx4+dy4+ex2y2+fxy3+gx3y ①，·式①中，a, b, C，d, e, f, g分别为系数，x, y, z (x, y)分别为相位掩膜片满足式①方程的面上任一点在三维笛卡儿坐标系中X、Y、Z轴坐标，所述三维笛卡儿坐标系以相位掩膜片中心为坐标原点，以光轴为Z轴。作为优选，x，y为落在通光孔径中的笛卡儿坐标，x，y取值范围均为，其中r为通光孔径的半径，只需将通光孔径范围内相位掩膜片的一面满足式①方程即可，就能够实现景深的延拓。以X轴、Y轴、Z轴建立一个三维笛卡儿坐标系，X, y分别为X轴、Y轴对应的坐标，z(x, y)为不同x，y取值下在Z轴方向上的坐标，Z轴即为光轴，将三维笛卡儿坐标系的坐标原点作为相位掩膜片的中心，x，y均在范围内取值，得到不同的z(x，y)，不同的点连续组合在一起，形成满足式①方程的相位掩膜片的一面，相对于该面的另一面可以根据需要设置成曲面或平面。相位掩膜片可以采用一面为平面、另一面满足上述方程的透明板，也可以直接将透镜作为相位掩膜片，在透镜上设置满足上述方程的一个面，另一面为曲面，从而实现大景深的目的。即所述相位掩膜片相对于满足式①方程一面的另一面为平面或者曲面。作为优选，所述景深延拓器包括依次布置在显微物镜和电子目镜之间的前透镜、相位掩膜片和后透镜，相位掩膜片朝向前透镜的一面满足式①方程，朝向后透镜的一面为平面。前透镜和后透镜沿光路方向前后设置，即所述前透镜靠近显微物镜，所述后透镜靠近电子目镜。作为优选，所述景深延拓器包括依次布置在显微物镜和电子目镜之间的前透镜和相位掩膜片，所述相位掩膜片朝向前透镜一面满足式①方程，另一面为曲面。前透镜和相位掩膜片沿光路方向前后设置，即所述前透镜靠近显微物镜，所述相位掩膜片靠近电子目镜。上述的两种具体形式可以根据需要进行设置，均能够实现大景深的目的。本专利技术大景深数码显微系统的原理如下大景深数码显微系统中的显微物镜和电子目镜是相对独立的，两者能配合成像的关键在于显微物镜的像面和电子目镜的物面是完全重合的。因此，在本专利技术中，增加景深延拓器后，本专利技术大景深数码显微系统要顺利成像，需要满足以下几点要求第一，显微物镜的像面和景深延拓器的物面重合；第二，景深延拓器的像面与电子目镜的物面相重合；第三，景深延拓器前后的光束结构应保持不变；第四，为了保证原显微系统的放大倍率，景深延拓器的放大率为I。在此要求的基础上设计景深延拓器。本专利技术大景深数码显微系统中的景深延拓器通过相位掩膜对光瞳函数的调制，使得调制传递函数和点扩散函数对物距不敏感。非相干光源产生的光线通过显微物镜后，经景深延拓器进行调制，由电子目镜中的光电转换器件将物方图像转换成数据流，将经数字解调器解调后的高分辨率的图像输出至显示终端或打印终端。作为优选，式①方程中，a= (4 6)X1(T3，b= (4 6) X 1(T3，c=_(O. 9 I. 3) X 1(Γ6，d=- (O. 9 I. 3) X 1(T6，e=(2. 5 3· 5) X 1(T7，f=-(0. 8 I. 2) X 1(T7，g=- (O. 8 I. 2) X 1(Γ7，进一步优选，式①方程中，a=5 X ICT3, b=5 X ICT3, c=-l. I X ICT6, d=-l. I X ICT6, e=3 X ICT7,f=-ixio_7，g=-ixio_7，该相位掩膜片的一面满足该具体方程，可以明显提高本专利技术大景深数码显微系统的景深。作为优选，所述的光电转换器件为CCD光电传感器、CMOS光电传感器、光电倍增 管。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果一、本专利技术大景深数码显微系统通过在传统数码显微系统中加入一个景深延拓器，就可方便地升级成大景深数码显微系统，不会破坏原有数码显微系统的主要结构及放大率等主要光学参数，具有兼容性好的优点。二、本专利技术大景深数码显微系统由于景深延拓器使用之后，对多种像差不敏感，因而除了景深延拓器本身，其余的光学部件包括显微物镜和电子目镜，它们的加工容差也很大，成本也能降低，从而可在低端传统数码显微系统基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大景深数码显微系统，包括显微物镜、带光电转换器件的电子目镜、与光电转换器件连接的数字解调器以及与数字解调器连接的图像输出设备，其特征在于，所述显微物镜与电子目镜之间设有景深延拓器，所述景深延拓器具有相位掩膜片，该相位掩膜片的一面满足式①方程：z(x,y)=ax3+by3+cx4+dy4+ex2y2+fxy3+gx3y？？？？①，式①中，a,b,c,d,e,f,g分别为系数，x，y，z(x,y)分别为相位掩膜片满足式①方程的面上任一点在三维笛卡儿坐标系中X、Y、Z轴坐标，所述三维笛卡儿坐标系以相位掩膜片中心为坐标原点，以光轴为Z轴。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵廷玉，刘爱萍，刘钦晓，余飞鸿，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：