1 北京信息科技大学光电测试技术北京市重点实验室, 北京100192
2 北京信息科技大学生物医学检测技术及仪器北京实验室, 北京100192
3 北京航天发射技术研究所, 北京100076
激光光斑中心的准确定位对共焦显微系统有着重要作用。为了提高光斑中心定位的准确性, 设计了一种基于OpenCV的高精度光斑中心定位检测方法。首先对采集到的光斑图像进行降噪滤波, 再通过聚类分析, 筛选连通域排除粗大误差, 然后对目标连通域边缘进行形态学处理, 最后将边缘数据拟合成椭圆定位光斑中心。仿真与实验结果表明：该方法与其他传统光斑中心定位方法相比, 具有小于0.1 pixel的亚像素级定位精度, 检测结果更稳定, 是一种高精度的光斑中心定位方法。
共焦显微系统 光斑中心定位 滤波降噪 聚类分析 形态学 confocal microscope system spot center positioning filtering and noise reduction cluster analysis morphology
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院 上海市现代光学系统重点实验室， 上海 200093
紫外显微检测系统在生命科学及半导体工业等领域具有越来越广泛的应用，筒镜是无限共轭显微系统的重要组成部分。针对目前紫外显微筒镜系统对变倍性能的要求与变倍精确性之间存在的矛盾，设计了一款工作波段为355~500nm，具有三倍率、高分辨率、大视场及低畸变特性的近紫外-可见筒镜系统。其结构特殊之处在于由共用前固定组和齐焦后更换组构成，可通过更换后组实现筒镜放大倍率的准确切换。使用Zemax软件对筒镜系统进行优化设计，并分析了系统的像差和调制传递函数。设计结果表明: 系统在三种倍率模式下，空间频率70lp/mm处系统各视场的MTF均接近衍射极限; 畸变均小于0.5%，具有高相对像面照度，在合理的公差参数下能较好地满足设计指标，可适配多种紫外显微物镜进行准确的显微检测成像。
应用光学 光学设计 紫外显微系统 筒镜 变倍 applied optics optical design ultraviolet microscopic system tube lens zoom
长春理工大学 生命科学技术学院, 吉林 长春 130022
由于现有实验室显微镜物距较小, 且光源发散角较大, 无法实时对培养罐中细胞进行观测, 设计了一款用于不同容量细胞培养罐外部观测的显微系统, 系统工作距离45mm, NA=0.19, 像方分辨率δ=10.8μm, 实现在细胞培养罐外部进行检测。设计结果表明子午线与胡矢线重合较好, 与理论衍射极限接近, 在空间频率88lp/mm下,各视场MTF均在0.05以上,具有较高的分辨力, 各视场的弥散斑均小于艾里斑半径, 成像质量良好。
高分辨率 显微系统 折射系统 景深 high resolution microsystem refraction system depth of field
红外与激光工程
2021, 50(2): 20200153
光声成像是在最近一段时间里发展飞速的一种非侵入式的三维成像技术, 它不仅包含纯光学成像的高对比度的特性, 也有纯超声成像的高穿透深度的特性, 因此光声成像可以得到高分辨率和高对比度的组织成像。这种技术为研究生物组织的结构形态、代谢功能、生理特征以及病理特征等提供了非常重要的手段, 在整个组织结构以及功能成像上有着非常广泛的应用前景。本文主要是对光声成像技术的原理、光声成像技术和方法、光声成像在生物医学上的应用情况作一个简单介绍。
光声成像 三维成像技术 多模态光声显微系统 Photoacoustic Imaging Three-dimensional imaging technology Multimode photoacoustic microscopy system
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 教育部光学仪器与系统工程研究中心, 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
提出一种非轴向扫描的细胞显微深度成像技术, 在显微系统中加入菲涅耳透镜, 利用菲涅耳透镜的色散将不同激发光波长聚焦到不同的轴向位置, 以实现对两个或多个焦平面同时成像.基于405 nm和532 nm两种激发光波长, 在传统的荧光显微镜的激发路径中加入对应的两个成像探测器来探测两个不同焦平面所对应像面的成像信息, 搭建得到一个能够实现探测深度约为12 μm的基于菲涅耳透镜的荧光显微深度成像系统, 并与基于显微物镜色差无菲涅耳透镜的荧光显微深度成像系统的成像深度和轴向分辨率进行实验对比.实验结果表明: 加入菲涅耳透镜能够实现系统对不同焦面的同时成像; 对于同一荧光波段, 保证系统横向分辨率的同时, 扩大了成像景深.该系统可以实现荧光生物细胞内部不同深度处的多波段同时探测.
显微系统 荧光显微成像 菲涅耳透镜 荧光细胞 焦距偏移 深度成像 轴向分辨率 Microscopy system Fluorescent microscopic imaging Fresnel lens Fluorescent cell Focal shift Depth imaging Axial resolution
本文针对生物显微镜对于自动调焦的要求，通过光学仿真和实验验证了液体镜头技术在生物医学显微镜自动调焦方面的应用。首先基于液体镜头的分类介绍了市场上具有代表性的Varioptics 和Optotune lens 公司的液体镜头产品的原理和特点，通过对比这两种液体透镜的特点，选择Optotune 公司的液体镜头作为显微镜自动调焦装置。其次，本文根据液体镜头的光学参数，将其集成到现有的显微镜系统中，使用Zemax 软件模拟了系统的变焦过程，并仿真了系统的光学性能。最后对Optotune 液体镜头在生物显微镜上的调焦功能进行了实验验证，并获取了系统在不同焦距的图像。实验结果表明，液体透镜可以使系统的景深扩展1 mm 以上，并且保持了良好的成像质量。基于液体镜头技术的显微镜自动调焦技术具有结构紧凑，低成本，快速调焦的特点，同时也能满足较高的成像质量。
液体透镜 显微系统 自动调焦 生物医学成像 liquid lens microscope autofocus medical imaging
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,教育部光学仪器与系统工程研究中心,上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
将数字微镜器件加入到荧光显微成像系统中,代替传统共焦显微系统中的照明针孔,利用其调制特性,通过在数字微镜器件上加载不同图片,实现对光束的分割.对马铃薯细胞分别进行四通道、六通道、九通道的荧光细胞探测,同时采用平面反射镜作为样品,测试得到系统的深度响应曲线,分析了系统的分辨率.实验结果表明,数字微镜器件的加入实现了从点对点共焦成像变为多点并行共焦显微成像,提高了显微成像的探测速度,同时具有较高的分辨率.
显微系统 共焦 数字微镜器件 荧光细胞 并行探测 成像 深度响应 Microscopy Confocal Digital micromirror device Fluorescence cell Parallel detection Imaging Depth response
1 湖南大学 汽车车身先进设计制造国家重点实验室，长沙 410082
2 湖南大学 激光研究所，长沙 410082
为了寻求超硬磨料砂轮的修锐新方法，采用脉冲光纤激光径向辐照，对青铜结合剂金刚石砂轮进行了修锐试验研究。理论分析了脉冲激光修锐青铜结合剂金刚石砂轮的基本原理；借助超景深3维显微系统和粗糙度测试仪，获得了脉冲光纤激光烧蚀青铜结合剂轮烧蚀凹坑的表面形貌和深度，总结了激光平均功率、脉冲重复频率和离焦量等参量对烧蚀效果的影响规律；根据试验结果选择最佳工艺参量(Pm= 20W， f=70kHz，Δ=00mm)，开展了激光修锐青铜结合剂金刚石砂轮的试验，并采用超景深3维显微系统对修锐后的砂轮表面形貌进行观测。结果表明，在合理工艺参量下，脉冲光纤激光径向辐照修锐青铜结合剂金刚石砂轮，可获得良好的修锐效果。
激光技术 激光修锐 光纤激光器 超景深3维显微系统 青铜结合剂金刚石砂轮 laser technique laser dressing fiber laser super depth of field 3-D video microscopy system bronze-bonded diamond grinding wheel
1 青岛大学物理科学学院, 山东 青岛 266071
2 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学实验室, 上海 201800
利用矢量衍射理论设计了适用于共焦显微等大数值孔径系统的三区二元相位型超分辨光瞳滤波器。数值模拟了等效数值孔径为1.4的共焦显微系统焦点附近的光强分布，根据系统所需要的斯特雷尔比和轴向分辨率，采用优化搜索算法求解了能够实现光学超分辨的三区二元相位型光瞳滤波器结构。结果表明，利用所设计的三区二元相位型光瞳滤波器可以在较低旁瓣能量的前提下实现共焦显微系统及其它大数值孔径系统的轴向超分辨率。
共焦显微系统 光学超分辨 矢量衍射理论 相位型光瞳滤波器
