反射式数字全息显微镜的光学系统设计开题报告.docx

反射式数字全息显微镜的光学系统设计1开题报告填写要求1. 开题报告作为毕业设计论文辩论委员会对学生辩论资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计论文工作前期内完成。2. 开题报告内容必需按教务处统一设计的电子文档标准格式可从教务处网页上下载填写并打印制止打印在其它纸上后剪贴，完成后应准时交给指导教师批阅。3. 开题报告字数应在 1500 字以上，参考文献应不少于 15 篇不包括辞典、手册，其中外文文献至少 3 篇，文中引用参考文献处应标出文献序号，“参考文献”应按附件中参考文献“注释格式”的要求书写。4. 年、月、日的日期一律用阿拉伯数字书写，例：“2023 年 11 月 26 日”。5. 开题报告增加封面，封面格式：题目：宋体，加粗，二号；系别等内容格式：宋体，四号，居中。21、题目背景和意义随着计算机和 CCD 技术的进步而快速进展起来的数字全息技术，不仅继承了全息技术可以记录、再现光场相位的优点，而且实现了光场记录、存储和再现的全数字化，因而应用广泛。其中全息技术与显微技术交融形成的数字全息显微术 ,其应用已涵盖了形貌测量、微电路检测、粒度分析、生物细胞观测、变形和振动测量，以及构件缺陷检测等领域，并取得了一些成果。为了将现有的显微系统与全息显微系统结合起来，需要设计一种样式的数字全息显微镜，此题目主要争论这种型的反射式全息显微镜的光学系统。全息术包括记录和再现两个过程,其中任意一个环节消灭问题都会引起再现像与原物像有误差,导致图像失真.常见的问题有物光波前的相位畸变、参考光波不是抱负的平行光或球面光波,特别是在数字全息中干预条纹过密超出了CCD 的区分本领等. 对这些问题,不少争论者从不同的角度进展了探究,取得了很多有价值的进展。2、国内外争论现状数字全息显微记录光路的争论预放大数字全息记录光路是目前数字全息显微系统普遍承受的记录光路“不过,不同国家的争论者在光路的具体配置和细节上有各自的技巧为了进一步提高成像区分率,合成孔径数字全息显微记录光路也被提了出来,但在记录和再现方面增加了简单性此外,记录系统的小型化和有用化是数字全息显微技术进展的必定趋势,为此,已将光纤入数字全息显微记录光路中在上述主流光路根底上,很多其它记录光路被相继提了出来,如双波长数字全息显微术多波长数字全息显微术局部相干光数字全息显微术外差式数字全息术浸没式数字全息显微术等。数字全息显微像的重建算法的争论 “数字全息显微术是数字全息术和显微技术相结合的产物,数字全息显微图的重建算法和数字全息的重建算法一样“重建的理论依据是瑞利一索末菲衍射积分理论,在记录距离满足菲涅耳近似条件下可以利用菲涅耳近似衍射积分来实现,依据瑞利一索末菲衍射积分公式的不同表示形式 ,又提出了卷积重建算法和空间角谱重建算法“这三种方法被称为数字全息的三种标准重建算法由于承受了快速傅里叶变换技术,使得利用上述三种标准重建算法均能够实现准实时再现因此,人们对这些标准算法赐予了特别的关注,从算法的适用范围优劣准确性等方面开放了剧烈的争论,并对不同算法的评价存在着分歧基于小波变换的重建算法 ,近来年也受到了肯定的关注,但这种算法还很不成熟,有待进一步争论另外,Leibling 在 2023 年提出了一种利用最小二乘法计算得到全息图面物光波分布的算法 2023 年,Ferraro 提出了横向剪切重建法。数字全息显微三维物场重建方法的争论数字全息最大的优势是能够同时得到定量的强度像和相位像,强度像可以通过重建算法直接猎取,而相位像的猎取则比较困难, 由于记录时的参考光波参数显微物镜的球面因子以及像差等都会影响相位分布因此3数字全息显微三维物场重建方法的争论是当前数字全息显微技术争论的重点 “目前,已经取得成功的重建方法有:意大利争论组提出的减去参考全息图再现波前的方法以及瑞士争论组在此根底上进展的将同一张全息图作参考全息图的方法意大利争论组提出的横向剪切重建方法提出并由德国争论组继承的空间相移重建方法瑞士争论组提出的自动位相补偿方法以及由加坡争论组提出的物理补偿法近几年,我国很多争论机构和高校在数字全息显微方面的争论也逐步开展起来 ,并且进展快速,但大多停留在根本实现方法和强度再现的争论上仅有少数几所大学取得了相位重建结果,但无论从区分率还是实际应用来说,与国外争论还差得很远,尤其在技术开发与应用层面和国外相比有更大的差距 ,国内尚很多字全息显微镜整机系统的争论报道。3、数字全息显微技术技术原理利用干预原理将物体发出的特定光波以干预条纹的形式记录下来 ,使物光波前的全部信息都贮存在记录介质中,记录的干预条纹图样被称作全息图当光波照耀全息图时,由衍射原理能重现出原始物光波,从而形成与原物体逼真的三维像,这个波前记录和重现的过程称为全息术或全息照相。全息术具有以下突出的特点和优点： 三维立体性全息照相再现的像是三维立体的，具有 如同观看真实物体一样的立体感，这一性质与现有的用偏振镜 观看的立体电影有着本质的区分。 可分割性 全息照片的碎片照旧能反映出整个物体 的像来，不会因照片的裂开而失去像的完整性。 信息容量大全息显微术是全息与显微(利用光学系统或电子光学系统设备，观看肉眼所不能区分的微小物体形态构造及其特性的技术)相结合的技术。与一般显微术相比, 其优点是能存储标本物整体, 无须制备标本物的切片。尤其是对一些活的标本物 ,它可以用高功率的连续光或脉冲激光拍照全息图,长期保存, 再现像具有立体性, 能显示样品的细节。数字全息(数字全息是用光电传感器件代替干板记录全息图，然后将全息图存入计算机，用计算机模拟光学衍射过程来实现被记录物体的全息再现和处理 )显微术把数字全息和全息显微相结合,用 CCD 代替传统的全息干板来实现全息显微过程。将数字全息技术和显微镜相结合,称为数字全息显微镜决了一般显微镜中区分本领与景深的冲突, 避开了像差影响而到达很小衍射极限, 可以获得更大的视野。4、主要争论内容1、查阅资料，生疏一般显微镜的光学系统和全息显微镜的光学系统； 2、分析一般显微镜和全息显微镜的结合形式及构造特点； 3、针对科研工程中已经设计的4一般显微镜的构造上设计全息显微镜的光学系统； 4、对可能影响测量的因素进展分析。技术要求： 显微镜倍率：5 倍、10 倍、20 倍、40 倍； 全息像面：1/2 英寸 CCD； 给出系统各个部件的具体参数。5、设计方案光学系统设计是依据使用要求，来打算满足适用要求的各种数据，即打算光学系统性能的参数，外形尺寸和各光组的构造等。因此可以把光学设计过程分为四个阶段: 外形尺寸计算、初始构造计算、像差校正和平衡以及象质评价。1、初始构造计算这个阶段里要求设计拟定出光学系统原理图，确定根本光学特性，使其满足给定技术要求，即确定放大率或焦距、线视场或角视场、或数值孔径或相对孔径、共轭距、后工作距离、光阑位置和外形尺寸等。2、初始构造计算依据初级象差理论求解初始构造，这种方法是依据外形尺寸计算得到的根本特 性，利用初级象差理论来求解满足成象质量要求的初始构造，即确定系统各光学零件的曲率半径，透镜厚度和间隔。玻璃折射率和色散等。3、像差校正和平衡初始构造选好后，要在计算机上进展光路计算，或用象差自动校正程序进展象差自动校正。然后依据计算结果画出象差曲线，分析象差曲线找出缘由，在反复进展象差校正和平衡，直到满足要求为止。6、争论重点及难点本课题的重点:理解并把握数字全息显微镜的工作原理并生疏每个构造的特性并具体了解一般显微镜与全息显微镜的差异。本课题的难点:系统的光路计算、系统初始构造设计、相差的校正。7、前期已开放工作进展了数字全息显微镜的构造了解，查阅了关于数字全息显微镜的相关厂家介绍以及国内高校对其进展的争论成果报告及文献，并重温了应用光学 、光学设计这两门课关于显微镜相关的学问。8、完本钱课题的工作方案及进度打算第一周至其次周查找有关资料，了解设计方法。第三周至第四周 对查阅的资料进展总结，设计系统开发方案，撰写开题报告。第六周至第七周 深入分析设计方法，初步建立本课题系统，完成光路图设计。第八周至第十一周 开发反射式数字全息显微镜的光学系统设计。第十二周至第十四周 对本课题进展总结，并完成论文的撰写。5第十五周进展辩论。参考文献l杨国光.近代光学测试技术.杭州:浙江大学出版社,2023.2 王冬生,王春明,胡桂珍.MEMS 技术概述.机械设计与制造,2023,3:106-108.3 张成,张大成,王阳元.MEMS 概况及进展趋势.微纳电子技术,2023,40(1):22-27. 4张玺银.微光机电系统 MOEMS 浅说.机械与电子,2023,2:62-63.6 HP 赫尔齐克主编,周海宪,王永年等译.微光学:元件!系统和应用.北京:国防工业出版社,2023.7 朱杰, 孙润广. 原子力显微镜的根本原理及其方法学争论. 生命科学仪器,2023,3(l):22-26.8 边心田 , 苏显 渝, 陈文 静. 基 于条纹 投影的 三维坐标 测量方 法. 光 学学报,2023,30(2):416-420.9 毛先富, 苏显渝, 陈文雅. 改进傅里叶变换轮廓术的测量算法争论. 光学学报,2023,28(7):1291-1295.10 任伟锋,苏显渝,向立群.双频光栅用于动态过程裂开外表的三维重建 .光电工程,2023,37(3):144-150.11 黄琳.激光共焦扫描显微镜系统中显微图像处理的争论 .南京理工大学 ,博上论文,2023.12 陈业仙,周党培,关小泉,伍广胜一种型迈克尔逊干预仪条纹计数器的设计 .大学物理试验,2023,3:64-67.13AHofflllan,MGoetz,MVieth,PRGalle,MFNeurath,RKiesslieh.Confoeallaseren domicroscopy:technicalStatusandeurrentindieations.Endoseopy,2023,38(12):1 275-83.14JBPawley.HandbookofBiologiealConfoealMieroseoPy(3rded.).Berlin:SPring er.2023.15YBTian,KShieh,andCFWildsoet,Performaneeoffoeusmeasuresinthereseneeofn ondefoeusaberrations.J.Opt.Soe.Am.A,2023,24(12):B165-B-73.6指导教师意见对课题的深度、广度及工作量的意见指导教师：年月日所在系审查意见：系主管领导：年月日7