Author Affiliations
Abstract
1 Anhui Province Key Laboratory of Measuring Theory and Precision Instrument, School of Instrument Science and Opto-electronic Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China
2 Key Laboratory of High Power Laser and Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
Fabrication of high-quality optics puts a strong demand on high-throughput detection of macroscopic bulk defects in optical components. A dark-field line confocal imaging method is proposed with two distinct advantages: (i) a point-to-line confocal scheme formed by a columnar elliptical mirror and an optical fiber bundle breaks through the constraint on light collection angle and field of view in the traditional line confocal microscopy using an objective, allowing for an extended confocal line field of more than 100 mm while maintaining a light collection angle of 27°; (ii) the bulk defects are independently illuminated as a function of time to eliminate the cross talk in the direction of the confocal slit, thus preserving point confocality and showing the optical section thicknesses to be 162 µm in the axial direction, and 19 and 22 µm in the orthogonal transverse directions. The experimental results verify that the method has a minimum detectable bulk defect of less than 5 µm and an imaging efficiency of . The method shows great potential in high-throughput and high-sensitivity bulk defects detection.
line confocal imaging dark-field imaging bulk defects detection Chinese Optics Letters
2023, 21(4): 041203
1 清华大学 深圳国际研究生院，广东 深圳 518055
2 珠海深圳清华大学研究院创新中心，广东 珠海 519080
传统的光学成像技术受限于信息获取和处理方式，只能对视域范围内的目标进行成像。伴随着新型成像设备和高性能计算方法的发展，集光学成像、计算技术和图像处理于一体的非视域成像技术（none-line-of-sight，NLOS）使超越视域范围成像成为可能。文中依据成像机理的差异，将现有非视域成像技术分为三类：基于相干信息的方法、基于二维强度信息的方法和基于光子飞行时间的方法，详细分析了不同成像方法的原理及实现。同时将基于光子飞行时间的方法作为综述重点，在包含多类型目标和室内外场景的公共数据集中，定量比较了代表性方法的成像性能，并进一步设计搭建了阵列式非共焦瞬态成像装置，单曝光采集了真实场景中的非共焦瞬态图像，分析了典型非共焦成像方法在该成像架构下的重建能力。最后讨论了非视域成像技术的未来发展方向并展望了其应用前景。
非视域成像 拐角成像 光子飞行时间 单曝光非共焦成像 散斑相关 non-line-of-sight looking around corner imaging time-of-flight single-shot non-confocal imaging speckle correlation 红外与激光工程
2022, 51(8): 20220305
1 泉州师范学院 光子技术研究中心, 福建、泉州 362000
2 福建省先进微纳光子技术与器件重点实验室, 福建、泉州 362000
3 福建省超精密光学工程技术与应用协同创新中心, 福建、泉州 362000
目前机器视觉常被用于大批量重复性工业生产过程, 以及一些人工视觉难以满足要求的场合, 通过机器视觉检测方法可以大大提高生产的效率和自动化程度。对于一些需要多面高精度检测的物体, 如半导体晶粒, 往往需要每一面配置一套图像采集系统, 利用多套机构实现多面检测, 增加了安装复杂性, 降低了系统可靠性。提出了一种基于双色分离成像法的半导体晶粒双面同时等光程共焦成像检测的装置及方法, 从而减少需配置的图像采集系统的数量, 降低系统复杂性。该装置可实现晶粒相邻面同时完全等光程共焦成像, 可用于需多面检测的机器视觉自动检测领域, 从而可以在实际制造过程中降低成本。
共焦成像 光学系统设计 机器视觉 彩色图片通道分离 confocal imaging optical system design machine vision channel separation of color picture
1 南昌大学机电工程学院, 江西 南昌 330031
2 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏省医用光学重点实验室, 江苏 苏州 215163
3 江苏省医疗器械检验所, 南京 210019
为了对具有陡峭轮廓的物体进行非接触式表面粗糙度测量,常采用共聚焦成像对物体进行分层成像,进而重建出物体的表面三维轮廓,并采用高斯滤波的方法从表面三维轮廓中滤出粗糙度轮廓。在滤波过程中,会出现边界数据的缺失,常规的简单延伸原始轮廓两端数值的方法会导致滤波后的轮廓两端出现失真,该方法只适用于整体轮廓较为平缓的零件。引入了一种新的边界区域修正方法,该方法对表面弧度变化较大的零件也同样适用,能够准确提取物体的粗糙度轮廓。对整体轮廓较为平缓和陡峭的两组粗糙度样本分别进行共聚焦成像测量,对于整体轮廓较为平缓的样本,利用常规方法处理后,得到的均方根误差和粗糙度的平均值分别为0.080和2.86 μm,与该样本粗糙度值2.94 μm相比,相对误差为2.72%;利用边界区域修正方法处理后,得到的均方根误差和粗糙度的平均值分别为0.090和2.85 μm,与该样本粗糙度值的相对误差为3.06%。整体轮廓较为陡峭的样本的粗糙度值为3.2 μm,利用常规方法处理后,得到的均方根误差和粗糙度的平均值分别为0.120和3.31 μm,与该样本粗糙度值的相对误差为3.48%;利用边界区域修正方法处理后,均方根误差和粗糙度的平均值分别为0.045和3.19 μm,与该样本粗糙度值的相对误差为0.31%。研究结果表明,该方法能准确地测量整体轮廓较为陡峭的物体的表面粗糙度,为激光共聚焦粗糙度测量设备的研制提供了参考。
测量 非接触式测量 表面粗糙度 共聚焦成像 轮廓滤波器 激光与光电子学进展
2020, 57(21): 211203
福建师范大学 光电与信息工程学院 医学光电科学与技术教育部重点实验室，福建 福州 350007
为了克服太空环境的复杂性，满足航天工程的空间使用要求，研制一款2 500万像素宽光谱共焦成像的微型星载相机光学系统。该系统适应卫星发射和在轨道运行的恶劣环境，具有抗冲击震动、耐太空高温差强辐射，体积小，质量轻等优点。设计的系统可在450 nm～800 nm的谱段内清晰成像，焦距181 mm，入瞳口径45 mm，视场角10.4°，边缘相对照度0.81，轴上点MTF：0.57@55 lp/mm，0.33@110 lp/mm，畸变1.2%，镜头质量622 g，外形尺寸Φ58.3 mm×117 mm，抗辐照性能≥5 krad。通过温度适应性的模拟和优化，用户进行?30 ℃～+70 ℃光学镜头热真空试验，可正常工作。该系统已成功应用于天宫二号伴飞卫星相机中，获得的图像清晰稳定，为空间遥感实验观测发挥了重要的作用。
光学设计 星载相机 共焦成像 多光谱 高分辨率 optical design space-borne camera confocal imaging multispectral high resolution
Author Affiliations
Abstract
1 Wuhan Children's Hospital (Wuhan Maternal and Child Healthcare Hospital), Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, P. R. China
2 Britton Chance Center for Biomedical Photonics, Wuhan National Laboratory for Optoelectronics — Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, P. R. China
3 Division of Histology and Embryology, School of Basic Medicine, Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, P. R. China
2-Aminoethyldiphenyl borate (2-APB) is the most commonly used pharmacological agent in the study of calcium release-activated channels (CRACs); however, its inhibitory mechanism to CRACs remains unclear. To address this issue, we systematically employed confocal imaging, dual-wavelength excitation photometry and FRET to examine the effects of 2-APB on the dynamic activities and function of STIM1 and Orai1, two key components of CRACs. Imaging results support that there are two signaling pathways (Orai1-independent and Orai1-dependent) for the formation of STIM1 puncta. 2-APB could dose dependently block Orai1-independent but not Orai1-dependent STIM1 puncta formation, despite its obvious inhibition effect on storeoperated Ca2+ entry (SOCE). In addition, we found that although 2-APB could not visibly alter near plasma membrane CAD-eYFP localization, it could completely block CAD-YFP-induced constitutive Ca2+ entry and promote the interaction between Orai1 and CAD by FRET measurements. Therefore, we proposed that inhibitory action of 2-APB on SOCE might attribute to its direct inhibitory effects on Orai1 channel itself, but not the interference on puncta formation between STIM1 and Orai1.
SOCE CRAC 2-aminoethyldiphenyl borate STIM1 Orai1 confocal imaging FRET Journal of Innovative Optical Health Sciences
2018, 11(2): 1850003
1 上海大学机电工程与自动化学院, 上海 200072
2 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏省医用光学重点实验室, 江苏 苏州 215163
3 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所光健康研究中心, 江苏 苏州 215163
数字微镜器件(DMD)的灵活性有助于实现并行共焦成像。设计并搭建了基于DMD的并行共焦成像系统,分析了DMD光点阵列对轴向分辨率、横向分辨率和图像对比度的影响,得出了最优光点阵列参数。结果表明:光点越小,则横向和轴向分辨率越高;当光点间距大于光点大小时,增大光点间距对成像的横向分辨率无明显改善;对于1×1微镜,光点间距为光点大小的4倍时对应的图像对比度最高,即1×1光点大小、4倍光点间距为最优光点阵列。对数值孔径为0.25的物镜而言,最优光点阵列对应的横向分辨率优于512 lp/mm,轴向分辨率可达7.82 μm,均达到衍射极限。基于最优光点阵列的三维体光栅成像比宽场成像具有更高的分辨率和明显的层切效果,与激光扫描共焦成像相比无较大差距。基于DMD的并行共焦成像系统在保证高速成像的前提下,实现了高分辨率和高图像对比度的光学层切成像,在实时成像和三维成像中有一定的优势和应用前景。
显微 应用光学 并行共焦成像 数字微镜器件 轴向分辨率 横向分辨率 图像对比度
1 清华大学医学院， 北京 100084
2 北京航空航天大学北京学院， 北京100191
3 首都医科大学生物医学工程学院， 北京 100069
4 生物芯片北京国家工程研究中心， 北京 102206
目前临床病原菌检测主要依赖细菌培养的方法，该方法周期长、准确性低，且容易产生交叉污染和人体感染等问题。提出微流控芯片核酸恒温扩增分子诊断技术，开发离心进样空气隔离微流控芯片和共焦面成像光学检测系统，采用旋转扫描信号采集方法和薄层空气浴流动加热比例-积分-微分温控方法对呼吸道病原菌进行实验和分析。研制恒温扩增微流控芯片核酸分析系统，将系统检测灵敏度提高至10 copies，降低样品试剂消耗量至0.94 μL，在45 min内能够同时进行多种病原菌指标的并行分析鉴定。通过100例临床样品实验测试，得到所提系统与传统聚合酶链反应所得结果的总符合率大于98%，可满足医院、社区医疗、乡镇卫生诊所等低成本精准医疗应用的需要。
医用光学 生物医学光子学 核酸分析 分子诊断 精准医学 微流控芯片 恒温扩增 共焦面成像
