1 中国科学院电工研究所，北京 100190
2 中国科学院大学，北京 100049
棒阳极X射线源能够深入到被检物内部进行无损检测，是具有小孔腔特征的金属管壁零部件的可靠性检测的首选方法。具有良好电子光学设计的聚焦系统是棒阳极X射线源获得高分辨率检测的关键之一。首先，从电子光学理论出发，结合棒阳极X射线源的结构特点建立了聚焦系统模型。然后，优化了聚焦系统模型的电子光学参数。最后，搭建了样机，并进行了分辨率测试实验。仿真与实验结果均表明，在50~130 kV加速电压下，样机的分辨率优于50 μm。
X射线光学 棒阳极 长工作距离 电子光学 光学学报
2022, 42(22): 2234001
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Precision Electronics Manufacturing Technology and Equipment, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China
2 Key Laboratory of Optic-Electronics and Communication, Jiangxi Science and Technology Normal University, Nanchang 330038, China
Photoacoustic microscopy (PAM) has quickly developed into a noninvasive biomedical imaging technique to achieve detection, diagnosis, and monitoring. Compared with Q-switched neodymium-doped yttrium aluminum garnet or optical parametric oscillator lasers, a low-cost and small-size laser diode (LD) used as an alternative light source is conducive to achieving the miniaturization and integration for preclinical transformation. However, the LD’s low peak output power needs the high numerical aperture objective to attain tight focus, which limits the working distance (WD) of the system in only 2–3 mm, resulting in not achieving the backward coaxial confocal mode. Here, we present a compact visible LD-based PAM system with a reflective objective to achieve a 22 mm long WD and a 10 µm lateral resolution. Different depth subcutaneous microvascular networks in label-free mouse ears have successfully reappeared in vivo with a signal-to-noise ratio up to 14 dB by a confocal alignment. It will be a promising tool to develop into a handy tool for subcutaneous blood vessel imaging.
photoacoustic microscopy long working distance laser diode reflective objective Chinese Optics Letters
2021, 19(7): 071701
1 中国电子科技集团公司光电研究院, 天津 300308
2 光电信息控制和安全技术重点实验室, 天津 300308
红外显微热成像系统能够分析微小物体或局部细节的温度变化, 在工业检测、医学诊断和科学实验研究等领域已获得广泛的应用。分析了红外变焦显微光学系统的设计方法, 并基于制冷型红外探测器设计了一款成像倍率为0.5×~2×的光学系统。该系统采用机械补偿变焦方式, 以二次成像构型实现与探测器冷光阑的光瞳匹配, 在8片镜片上设计了2个非球面, 矫正了高级像差, 实现了在全倍率范围内的平滑连续变焦。通过zemax宏程序对变焦过程的分析表明, 该光学系统在整个变焦过程中运动平滑, 成像稳定, 弥散斑变化均较小。
显微热像仪 变焦距系统 光学设计 大工作距 thermal microscope zoom microscope optical system optical design long working distance
长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
激光内雕机在进行激光内雕时, 经常会存在激光“炸点”不均匀的情况, 需要对其进行放大分析, 从而更好地控制激光束的能量。根据企业激光内雕“炸点”观察需求, 设计了一款长工作距变焦显微物镜。玻璃内部的“炸点”观察范围为9~32 mm, 系统采用光学变焦方式, 变焦范围为6~24 mm, 放大倍率为4×~16×, 变倍比为4倍。探测器采用了一款型号为VA-1MG2的1/2 in(1 in=2.54 cm)CCD, 其像元大小为5.5 ?滋m。利用Zemax进行光学系统设计优化, 在截止频率91 lp/mm处, 各组态下各视场的MTF值均大于0.4, 在中心视场和0.7视场处均接近衍射极限。点列图的RMS半径也均小于艾里斑半径, 满足长工作距变焦显微系统的各项指标需求。
长工作距离 变焦显微物镜 光学设计 激光“炸点” long working distance zoom microscope objective optical design laser "explosion points" 红外与激光工程
2019, 48(6): 0618003
长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
为了实现对细胞工厂中细胞的实时监测, 设计一款高分辨率、长工作距离的视频显微镜。采用卡塞格林式物镜与折射式显微系统相结合的设计方法, 在反射式系统中加入厚弯月形透镜补偿系统产生的像差, 缩短光学系统的横向尺寸, 校正像差。针对被观察细胞的具体特征, 设计了一种工作距离100mm、分辨率1.2μm、线视场2mm的视频显微镜, 达到高清水平, 系统很好地校正色差、球差、场曲和畸变, 达到了平场消色差显微镜的要求。实现对细胞状态的高清实时监测。
视频显微镜 高清 长工作距 折反射式 video microscope high definition long working distance catadioptric
上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
干涉显微物镜是干涉测量显微镜的关键部件，在微纳表面三维形貌测量中应用广泛。设计了一款无限远共轭大倍率Mirau干涉显微物镜，其放大倍率为50×，数值孔径为0.5。基于系统长工作距的特性，干涉物镜采用反远距物镜结构。根据二级光谱理论，分析了干涉物镜的二级色差校正，合理选择了玻璃材料和初始结构。利用光学设计软件Code-V进行系统优化设计，设计结果表明，光学系统全视场范围内在800 lp/mm处的调制传递函数大于0.3，其他各项指标满足设计要求。通过非序列模式建模对所设计的干涉物镜进行光线追迹，仿真分析得到清晰的牛顿环干涉图，结果验证了设计的合理性。
光学设计 Mirau干涉显微物镜 长工作距 二级光谱 干涉图 激光与光电子学进展
2017, 54(11): 112205
福建师范大学 光电与信息工程学院 福建省光子技术重点实验室, 福建 福州 350007
在光纤熔接过程中,为了实现光纤高质量熔接,需要一个高清显微物镜来确保纤芯的准确对准。运用Zemax软件设计一款用于光纤纤芯对准的显微物镜,该物镜由6片透镜组成,放大率为8倍,数值孔径为0.25,工作距为13.4 mm,共轭距为85 mm,以CCD作为图像接收器件。显微物镜采用正向光路进行优化设计,正向光路设计的显微物镜更能贴近实际使用状态,能够更加清晰准确地检测到纤芯位置。该物镜工作波长为486～656 nm,具有工作距离长、共轭距短、精度高等特点。
光学设计 显微物镜 正向光路 长工作距离 optical design microscope objective Zemax Zemax forward optical path long working distance
长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
视频显微镜随着CCD探测器的发展得到了广泛应用。但其工作距离受以往折射式光学系统的限制, 工作距离较短, 影响了其应用范围。分析了长工作距视频显微镜的像差特点, 并结合其长工作距离, 利用光学设计软件Zemax进行光学成像效果的仿真, 给出了工作距84.5 mm, 数值孔径0.16, 光学放大倍率5倍, 物方线视场1.2 mm, 分辨率7.7 μm的折反射式显微镜光学系统的设计结果。
视频显微镜 长工作距 光学设计 折反射式 video microscope long working distance optical design catadioptric configuration
显微镜是有着漫长发展史的经典光学仪器之一, 它的性能在不断提高, 但显微物镜工作距离短在很大程度上限制了其应用。随着市场对长工作距离显微镜的迫切需求, 其研发将具有重要意义。本文根据设计要求, 初定物镜结构, 然后利用 ZEMAX进行设计、优化, 给出了一工作距离 150 mm、线视场 0.8、放大倍率 5倍、分辨力 6 μm的折射式以及折反射式显微物镜的设计结果, 并对比了二者的优缺点。
长工作距离 显微物镜 折射式 折反射式 long working distance microscope objective refraction catadioptric
基于目前国内对于细胞工厂（1~40层培养皿）监测观察方法的局限性，为了方便观察，节省时间，提高工作效率，设计出一款用于监测“细胞工厂”中培养细胞的长工作距离的视频显微物镜。设计利用卡塞格林反射系统，放大倍率为5×，工作距离85 mm，数值孔径(NA)达到0.3，根据培养皿中的细胞大小，经过计算，运用ZEMAX软件进行模拟，配以维视图像生产的MV-200UC 1/3″电荷耦合器件(CCD)进行观察，接以视频显示器二次放大，总放大倍率M在200倍左右，系统分辨的最小距离在1.1 μm左右，满足分辨培养皿细胞的要求。
光学设计 高分辨率 细胞工厂 长工作距 显微物镜 中国激光
2014, 41(10): 1016002
