Dark-field line confocal imaging with point confocality and extended line field for bulk defects detection

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 162μm in the axial direction,and 19 and 22μm in the orthogonal transverse directions.The experimental results verify that the method has a minimum detectable bulk defect of less than 5μm and an imaging efficiency of 400 mm2/s.The method shows great potential in high-throughput and highsensitivity bulk defects detection.

不同处理对采后油茶果油体形态及含油率的影响

采用尼罗红染色和共聚焦激光扫描显微镜技术相结合,探讨有光处理、无光处理、室内阴干和自然晒干4种不同处理方式对采后油茶果油体及含油率的影响,并对制片过程中油茶果的切片厚度及染色时间进行优化。结果表明:切片厚度为60μm,染色12 h后,油体的观察效果较佳,油体均呈规则的圆形球状,直径分别为(23.97±8.94)、(10.57±8.01)、(10.93±6.51)、(16.16±1.34)μm;4种处理方式的油茶果仁含油率分别为53.08%、51.24%、48.95%、47.34%,与含油体率呈线性正相关,拟合度较高。

基于数字微镜器件实现共焦测量的结构光参数

虽然采用并行共焦测量提升了共焦测量速度,但系统中的传统光分束器件参数固化后难以适应不同的被测对象。本文利用数字微镜器件(Digital Micromirror Device,DMD)可产生柔性化结构光的特点,将其作为光分束器件引入共焦测量装置以提升系统对被测对象的适应性。理论分析了DMD的空间调制方法,搭建了DMD的共焦测量装置,研究了DMD结构光参数对共焦测量轴向分辨率、横向分辨率以及图像对比度等指标的影响。实验表明,在光学系统参数匹配的条件下,结构光光点参数越小,测量分辨率越高。同时,利用DMD进行柔性化照明,改善了因光点参数小造成的图像对比度下降的问题。得到的结果为研究基于DMD的跨尺度测量方法提供了研究基础。

无扫描光源调制层析成象显微镜(1)-理论

分析普通显微镜的成象过程可以看到 ,它不能进行层析成象的原因在于并非所有的空间频率都随着离焦量的增加而衰减 .通过改装普通显微镜的照明光路 ,采用调制光源照明物体 ,从而获得物体的层析象与普通显微镜成象的叠加象 ,该叠加象经过快速算法运算后 ,可实时获得类似于共焦显微镜的层析象 ,最终实现层析成象 .本文通过对本显微镜成象光学系统物理模型的简化 ,解释了该系统的层析能力和解码方法 .根据分析可以发现 ,这种照明调制显微镜实际上是一种选择性照明显微镜 ,即选择有限宽度的层进行照明 .

浅谈共聚焦显微技术

共聚焦显微镜以其高对比度、高分辨率及可重建三维图像的独特优势,在生物医学研究、微细加工、半导体和高分子材料的生产检测等领域获得广泛应用。常用的共聚焦技术方法有:传统的激光扫描共聚焦显微镜(LSCM),其特点是获得的图像对比度和分辨率高,但需要逐点扫描,帧成像时间长,系统复杂,体积大,价格昂贵;碟片共聚焦显微镜(SDCM)是采用多光束扫描的方法来获得共聚焦图像,速度可以大大提高,但牺牲了共聚焦图像的分辨率,系统更为复杂,且不能调整轴向分辨率;结构光显微镜(SIM)具有方法简单,可模块化设计,成本低,成像质量接近于激光扫描共聚焦显微镜,成像速度快,性价比较高。

斜照明式彩色共聚焦测量系统设计及其实验研究

彩色共聚焦测量技术因无需轴向扫描,测量精度和测量效率高等优点,被广泛应用于工业领域,如高度测量和透明材料厚度检测等。然而,常见的彩色共聚焦系统多为同轴照明结构,即照明光轴和成像光轴都垂直于被测试样,系统的信噪比和光能利用率大大降低。现有的斜照明系统成像面光点漂移量较大,测量精度和应用范围受限。为此,本文提出一种改进的斜照明式彩色共聚焦测量方法,将现有斜照明系统的“V字形”结构调整为“三轴结构”,通过增加调节支路限制光点的漂移;同时,利用面阵彩色相机作为光电接收器件,结合颜色转换算法通过光点颜色得到所需高度值。本文先进行标定实验确定本装置的测量范围及精度;再依次以自制台阶和透明材料作为测量对象,得到相应的被测值。同时,为了验证改进后的系统性能,在相同条件下利用“V字型”系统进行对比实验。实验结果表明,该系统的轴向测量范围为350μm,重复性优于1.69,轴向测量精度可达到微米级,且该系统具有良好的透明材料厚度测量能力。通过对比试验可以验证,系统对于光点漂移具有良好的抑制效果,且抑制后系统的测量准确度有明显提升。

暗场共焦布里渊光谱探测系统

共焦布里渊光谱技术因其具有无创、无标记、高空间分辨等优点,被广泛应用在物理化学、材料科学、矿物学等领域。但自发布里渊散射强度弱,在探测系统消光比不足的情况下,布里渊信号光谱容易与弹性背景光发生交叠甚至是被湮没,因而无法实现对布里渊频移的精确测量。尤其在生物医学等前沿领域,浑浊介质粘弹性探测需求的日益增加对布里渊光谱探测系统的抗弹性背景光性能提出了更高的要求,解决共焦布里渊光谱探测系统消光比不足这一问题刻不容缓。为了提高共焦布里渊光谱探测系统的消光比,本文构建了一种暗场共焦布里渊光谱探测系统,将暗场照明应用于共焦布里渊探测中,利用光阑实现了中心遮挡的环形照明、中心通光的圆形收集的光路配置。照明光路与收集光路非交叉的特殊配置,保证了激发光强的同时避免了系统对镜面反射光的收集,因而使得弹性背景光被削弱,布里渊信号光谱显露,提高了系统的消光比。实验表明:相较于传统明场照明配置,暗场共焦布里渊探测系统的抗弹性背景光性能提升,消光比提高了20 dB;0.001%浓度的脂肪乳溶液在暗场配置下背景光得到明显压制,布里渊信号光谱显露,实现了对浑浊介质的布里渊频移数据的精确测量;选取蒸馏水、聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅玻璃三个标准样品验证暗场配置下的非严格背向散射角,理论分析与实验相吻合,保证了后续轴向声速、纵向弹性模量等参数的计算结果的准确有效。暗场共焦布里渊光谱探测系统综合暗场照明与共焦探测的优点,既拥有共焦探测的高空间分辨率,又借助暗场光路配置提升了系统的抗弹性背景光性能,实现了高消光比、高空间分辨的布里渊光谱探测,为生物医学、材料科学等前沿领域实现对物质机械性能的实时无损探测提供了新的思路。

曲面光学元件表面微缺陷透射式偏振检测

国内外近些年来,对于光学元件表面缺陷的检测技术越来越重视。由于光学元件表面质量的好坏会直接影响到光学系统的性能。文章主要针对曲面光学元件中球面和柱面光学元件表面微缺陷的检测问题,提出了一种基于光偏振特性的检测方法。利用光学元件表面缺陷与无缺陷区域之间透射光偏振态的差异,提高整幅图像中缺陷的对比度。首先基于光的偏振理论,利用偏振片获得偏振照明光,并采用共焦照明的方式获得同时对焦的曲面光学元件缺陷图像。其后,利用计算机对缺陷图像进行处理。结果表明采用光的偏振特性对曲面光学元件表面微缺陷的检测,能够获得高对比度、高分辨率的缺陷特征。此方法很好的提高了曲面光学元件表面微缺陷的检测准确度和检测效率,结果表明缺陷的检测准确率达到了95%。

共聚焦超分辨率成像与SIM超分辨率成像在蒿草生物组织样本荧光成像中的使用价值分析

目的研究分析共聚焦超分辨率成像与SIM超分辨率成像在蒿草生物组织样本荧光成像中的使用价值。方法使用激光扫描共聚焦显微镜对蒿草生物组织样本进行荧光成像和使用结构光照明显微镜对蒿草生物组织样本进行SIM超分辨率荧光成像。实验分为三组。(1)使用激光扫描共聚焦显微镜对蒿草组织样本共聚焦普通成像;(2)使用激光扫描共聚焦显微镜的超分辨率成像模块对蒿草组织样本超分辨率成像;(3)使用结构光照明显微镜对蒿草组织样本SIM超分辨率成像。结果激光扫描共聚焦显微镜不仅可获取蒿草组织样本的不同倍数共聚焦普通图像,而且可获取蒿草组织样本的共聚焦超分辨率图像;结构光照明显微镜可获取蒿草组织样本的SIM超分辨率荧光图像。结论激光扫描共聚焦显微镜和结构光照明显微镜均可对生物组织样本进行超分辨率成像。共聚焦超分辨率成像图像清晰度较高,色彩对比度明显,而SIM超分辨率成像具有显示组织样本局部的超微结构细节更加突出的特点。

基于光纤的反射模式的声分辨光声显微系统

提出一种简单的基于光纤照明的暗场反射型声分辨光声显微(AR-PAM)系统。9根光纤均匀分布在超声换能器周围,每根光纤与声换能器中心轴线夹角为45°,光纤传输脉冲激光进入样本内部,形成一个中心无光的环形聚焦区域,与声换能器的焦面重合,实现暗场共焦光声成像。声换能器的中心频率为50 MHz,带宽为30 MHz,声透镜的焦距为4.1mm,F值为1.4。使用本文系统分别对打印的200μm宽黑格子和大鼠耳朵进行扫描成像实验,成像的黑格子宽度与实际宽度相符合,而且在大鼠耳朵扫描图像上可以清晰分辨出扫描部位的血管。实验结果证明,基于简单光纤照明的共焦暗场AR-PAM系统具有较高的分辨率、对比度和大的成像深度。

基于共聚焦亚像素扫描的高分辨三维成像

激光雷达技术因具有高精度、高分辨率和工作距离远等优点被广泛应用于三维成像。然而,受光学系统衍射极限的限制,激光雷达的空间分辨率随着目标距离的增大而显著降低。为解决上述问题,结合共聚焦照明技术和亚像素扫描技术,提出一种聚焦照明亚像素扫描光子计数激光雷达,并在实验室内进行了10 m成像实验。结果表明,相较于准直照明光束,采用共聚焦照明光束可将系统空间分辨率由5.0 mm提高到0.9 mm,不仅实现了超光学系统衍射极限成像,还有效降低了多重回波的影响,增强了回波强度。

基于共焦照明的合成孔径成像方法

合成孔径成像技术利用虚拟大尺寸孔径可实现局部被遮挡目标的有效探测,但是当场景中存在强背向散射时,重聚焦图像质量大大降低。针对上述问题,提出了一种基于共焦照明的合成孔径成像方法。该方法根据场景目标分布的深度信息对照明光源进行调制,有效实现聚焦面目标和非聚焦面目标接收的光照度差异;同时结合合成孔径成像重聚焦方法,实现了局部被遮挡的共焦照明面目标的高质量重建。利用反镜阵列搭建了共焦照明合成孔径成像系统,对指定深度目标进行共焦照明重聚焦成像,结果表明,所提方法能够有效区分场景中聚焦面和非聚焦面目标反射光的强度,并能获取共焦照明面目标的高质量图像信息,效果远远优于现有的合成孔径成像方法。

稀疏结构光照明三维层析显微技术

光学显微具有对样品损伤低、可特异性成像等优点,是生物医学、生命科学、材料化学等多个领域中必不可少的成像手段。然而,传统光学显微镜多采用平行光照明整个样品,无法有效区分在焦信号和离焦背景,不具备三维层析成像能力。基于此,提出一种基于共振扫描的稀疏结构光照明三维层析显微(SSI-3DSM)技术,通过共振扫描聚焦光斑快速生成稀疏条纹结构光,利用多步相移减除背景噪声实现对待测样品的三维层析成像。相较于扫描宽场成像,该方法将轴向分辨率提升1.3倍,信背比提升12倍。此外,该技术性能稳定、成本较低、便于商业化开发,可与结构光照明、单分子定位等超分辨显微成像技术相结合以进一步提高横向分辨率。

并行差动共焦轴向测量宽场误差修正方法

并行差动共焦三维成像方法通过将照明光分割为多光束,实现多点并行探测,解决了传统差动共焦成像中逐点扫描导致的成像效率偏低的问题,是一种理想的快速高精度三维成像方法。然而,在并行差动共焦检测过程中,系统光照不均和光学成像系统的场曲都会引起测量误差。分析了宽场成像过程中不可避免的光照不均及光学系统场曲等因素对并行差动共焦轴向测量的影响,提出了一种宽场误差的修正方法,建立了并行差动共焦轴向测量宽场误差修正的理论模型。实验证明,该方法可以有效地抑制系统光照不均对测量结果的影响,并且校正了光学成像系统场曲等引起的轴向测量误差,保证了并行差动共焦纳米量级轴向测量准确度在全视场范围内的普适性。该方法实施过程简便,适用于其他并行共焦检测方法的误差修正。