留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

应用于大视场生物成像分析仪的离轴三反显微物镜设计

刘广兴 张洋 朱海龙 尹焕才 唐玉国

刘广兴, 张洋, 朱海龙, 尹焕才, 唐玉国. 应用于大视场生物成像分析仪的离轴三反显微物镜设计[J]. 中国光学, 2021, 14(5): 1177-1183. doi: 10.37188/CO.2021-0020
引用本文: 刘广兴, 张洋, 朱海龙, 尹焕才, 唐玉国. 应用于大视场生物成像分析仪的离轴三反显微物镜设计[J]. 中国光学, 2021, 14(5): 1177-1183. doi: 10.37188/CO.2021-0020
LIU Guang-xing, ZHANG Yang, ZHU Hai-long, YIN Huan-cai, TANG Yu-guo. Objective lens design with off-axis three-mirror system for large field of view biological imaging analyzer[J]. Chinese Optics, 2021, 14(5): 1177-1183. doi: 10.37188/CO.2021-0020
Citation: LIU Guang-xing, ZHANG Yang, ZHU Hai-long, YIN Huan-cai, TANG Yu-guo. Objective lens design with off-axis three-mirror system for large field of view biological imaging analyzer[J]. Chinese Optics, 2021, 14(5): 1177-1183. doi: 10.37188/CO.2021-0020

应用于大视场生物成像分析仪的离轴三反显微物镜设计

doi: 10.37188/CO.2021-0020
基金项目: 国家重点研发计划项目(No. 2017YFF0108603);吉林省与中国科学院科技合作高技术产业化专项资金项目(No. 2020SYHZ0027);苏州市民生科技项目(No. SYS2018101)
详细信息
    作者简介:

    刘广兴(1983—),男,甘肃酒泉人,博士研究生,硕士生导师,副研究员,2009年于西北工业大学获得硕士学位,现为中国科学院苏州生物医学工程技术研究所科技发展部部长,中国科技大学博士研究生,主要从事生物医学光学成像及应用开发方面的研究。E-mail:liugx@sibet.ac.cn

    张 洋(1986—),女,黑龙江齐齐哈尔人,博士,2011年、2017年于哈尔滨工业大学分别获得硕士、博士学位,现为中国科学院苏州生物医学工程技术研究所博士后,主要从事精密机电系统设计、智能材料驱动、显微成像技术等方面的研究。E-mail:zhangyang@sibet.ac.cn

    朱海龙(1990—),男,江苏徐州人,硕士,2013年、2018年于长春理工大学分别获得学士、硕士学位,主要从事医疗器械中光学系统设计的研究。E-mail:153440645@qq.com

    尹焕才(1982—),男,吉林辽源人,研究员,博士生导师,2009年于西北工业大学获得硕士学位,2017年于中国科学院大学获得博士学位,现为中国科学院生物医学检验技术重点实验室副主任,中国科学院苏州生物医学工程技术研究所检验室副主任,主要研究方向为体外诊断试剂与仪器、病原微生物检测/鉴定等。E-mail:yinhc@sibet.ac.cn

    唐玉国(1967—),男,山东费县人,研究员,博士生导师,1991年于吉林工业大学应用物理系获得硕士学位;1995年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位,现为中国科学院苏州生物医学工程技术研究所所长/中国科学院生物医学检验技术重点实验室主任,主要研究方向为应用光学、光谱学、医学光学技术等。E-mail:tangyg@sibet.ac.cn

    通讯作者:

    刘广兴(1983-),男,甘肃酒泉人,硕士生导师,副研究员,主要从事生物医学光学成像及应用开发方面的研究。E-mail:liugx@sibet.ac.cn

  • 中图分类号: TH742.65

Objective lens design with off-axis three-mirror system for large field of view biological imaging analyzer

Funds: Supported by National key Research and Development Program of China (No. 2017YFF0108603); Special Fund Project for High-tech Industrialization of Science and Technology Coorperation between Jilin-Province and CAS (No. 2020SYHZ0027); Science and Technology Project of Suzhou (No. SYS2018101)
More Information
  • 摘要: 大视场生物成像分析仪能够满足对于稀有细胞和痕量病原微生物等待测样本量大,目标物稀少情况下的快速和准确检测需求,在生命科学、食品药品检测、环境安全等领域中有极其重要的作用。针对其核心部分,本文以同轴三反成像理论为基础,采用视场离轴的方式设计了离轴三反显微物镜,并进行光学仿真分析。该系统光谱范围为350~1100 nm、放大倍数β=?1,视场范围为150 mm×20 mm,数值孔径为0.1,点列图直径的均方根小于3.5 μm,在空间截止频率178 lp/mm处,全视场的MTF均值大于0.35,畸变为0。实验结果表明:该成像系统视场大、分辨率高,大视场生物成像分析仪系统检出率为98%。本文设计的离轴三反显微物镜成像质量良好,可满足应用需求。
  • 图  1  同轴三反结构图

    Figure  1.  Coaxial three-mirror system

    图  2  系统结构示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of designed system

    图  3  离轴三反系统MTF曲线

    Figure  3.  MTF curves of coaxial three-mirror system

    图  4  系统畸变图

    Figure  4.  System distortion diagram

    图  5  系统点列图

    Figure  5.  Systerm spot diagram

    图  6  分辨率测试图

    Figure  6.  Resolution test

    图  7  (a)空白微球SEM表征及(b)荧光微球MERGE图

    Figure  7.  (a) SEM characterization of blank microspheres and (b) fluorescent microsphere MERGE diagram

    图  8  试验装置图

    Figure  8.  Test device diagram

    图  9  试验结果

    Figure  9.  Test results

    表  1  光学系统的设计结构参数

    Table  1.   Configuration parameters of optical system

    Radius/mmThickness/mmConic2nd4th6th
    物面731.7?4.57E-171.27E-22
    主镜?795.5292?478.10.1281
    次镜?403.0539478.10.9035
    三镜?795.5292725.40.1281?4.57E-171.27E-22
    下载: 导出CSV

    表  2  系统各视场MTF值

    Table  2.   MTF values of the system with different field of views

    视场0±22.5 mm
    (±0.3)
    ±37.5 mm
    (±0.5)
    ±53.25 mm
    (±0.71)
    ±75 mm
    (±1.0)
    MTFS0.3780.3610.3350.3210.371
    T0.3820.3700.3500.3320.373
    视场平均MTF0.3800.3660.3430.3270.372
    MTF(平均)0.357(@178 lp/mm)
    下载: 导出CSV

    表  3  系统各个视场RMS直径

    Table  3.   RMS spot sizes of the system with different field of views

    视场0±15 mm±30 mm±60 mm±75 mm
    视场平均/μm3.353.484.093.853.03
    平均/μm3.56
    下载: 导出CSV
    ag币游app_币游娱乐官网(官网推荐)
  • [1] 宋婉云. 用于捕获血液中稀有细胞的功能化材料表面与器件[D]. 南京: 南京大学, 2019.

    SONG W Y. Functional material surfaces and devices for capturing rare cells in blood[D]. Nanjing: Nanjing University, 2019. (in Chinese).
    [2] 王银环, 钱凌, 董芳华, 等. 流式细胞术和平板计数法用于地衣芽孢杆菌活菌制剂检测的比较研究[J]. 中国现代应用药学,2018,35(3):352-356.

    WANG Y H, QIAN L, DONG F H, et al. Comparative research on the detection of viable organism preparation of Bacillus licheniformis between flow cytometry and plate counting method[J]. Chinese Journal of Modern Applied Pharmacy, 2018, 35(3): 352-356. (in Chinese)
    [3] LIN Y F, DIAO, et al. Fast cell counting of brightfield microscopic images based on digital image processing[J]. Chinese Journal of Pharmacology and Toxicology, 2019, 33(10): 179.
    [4] WANG L N, WANG H CH, ZHAO CH J, et al. The standardization of the report for urine cell counting—A converting factor for Sysmex UF‐1000i[J]. Journal of Clinical Laboratory Analysis, 2019, 33(4): e22857. doi: 10.1002/jcla.22857
    [5] 徐奉刚. 大视场高分辨率成像光学系统设计研究[D]. 长春: 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 2017.

    XU F G. Research on design of wide field of view high resolution imaging optical system[D]. Changchun: Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, 2017. (in Chinese).
    [6] MENG Q Y, WANG H Y, LIANG W J, et al. Design of off-axis three-mirror systems with ultrawide field of view based on an expansion process of surface freeform and field of view[J]. Applied Optics, 2019, 58(3): 609-615. doi: 10.1364/AO.58.000609
    [7] 王孝坤, 薛栋林, 张学军. 大口径非球面系统的共基准加工与检验[J]. 光学 精密工程,2018,26(4):743-748. doi: 10.3788/OPE.20182604.0743

    WANG X K, XUE D L, ZHANG X J. Fabrication and testing of large aspheric system based on common reference[J]. Optics and Precision Engineering, 2018, 26(4): 743-748. (in Chinese) doi: 10.3788/OPE.20182604.0743
    [8] WANG L, FAN X W, NI D W, et al. Optical design of off-axis three-mirror system with long focal length and wide field of view[J]. Proceedings of SPIE, 2019, 10837: 1083710.
    [9] 赵宇宸, 何欣, 张凯, 等. 轻小型大视场自由曲面离轴光学系统设计[J]. 红外与激光工程,2018,47(12):1218001. doi: 10.3788/IRLA201847.1218001

    ZHAO Y CH, HE X, ZHANG K, et al. Optical design of miniaturized and large field of view off-axis optical system based on freeform surface[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(12): 1218001. (in Chinese) doi: 10.3788/IRLA201847.1218001
    [10] 孙永雪, 夏振涛, 韩海波, 等. 大口径红外离轴三反光学系统设计及公差分析[J]. 应用光学,2018,39(6):803-808.

    SUN Y X, XIA ZH T, HAN H B, et al. Design and tolerance analysis of infrared off-axis three-mirror optical system with large aperture[J]. Journal of Applied Optics, 2018, 39(6): 803-808. (in Chinese)
    [11] 毛文炜. 现代光学镜头设计方法与实例[M]. 北京: 机械工业出版社, 2013.

    MAO W W. Modern Optical Lens Design: Methods and Examples[M]. Beijing: China Machine Press, 2013. (in Chinese).
    [12] 刘晓梅, 向阳. 宽视场成像光谱仪前置远心离轴三反光学系统设计[J]. 光学学报,2011,31(6):0622004. doi: 10.3788/AOS201131.0622004

    LIU X M, XIANG Y. Design of telecentric off-axis three-mirror system of imaging spectrometer with wide field-of-view[J]. Acta Optica Sinica, 2011, 31(6): 0622004. (in Chinese) doi: 10.3788/AOS201131.0622004
  • 加载中
图(9) / 表(3)
计量
  • 文章访问数:  122
  • HTML全文浏览量:  42
  • PDF下载量:  18
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-01-22
  • 修回日期:  2021-02-22
  • 网络出版日期:  2021-05-12
  • 刊出日期:  2021-09-18

目录

    /

    返回文章
    返回