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光学显微技术范文1
1 荧光原位杂交技术的发展与改进
荧光原位杂交是在放射性同位素原位杂交的基础上改进而来的，Manning等[3]在1975年最早用非放射性的生物素通过细胞色素C与RNA分子链接，开创了非放射性标记，Rudkin等1977年在放射性同位素标记的基础上发明了用间接免疫荧光法检测目的DNA的非同位素原位杂交技术，Langer等在1982年成功地实现了首例用生物素标记探针的原位杂交，自此荧光原位杂交技术真正建立并不断发展改进。随着分子生物学技术的发展，FISH技术还衍生出了引物原位标记、间期核FISH、染色体原位抑制技术等，并且还发展出M- FISH、3D-FISH、Rx-FISH技术、CGH 以及近年来微阵列技术等这些更为完善的FISH技术。
1.1 FISH中探针的发展改进
特异探针序列的正确选择是FISH技术中的一个关键，随着FISH技术发展，针对不同的研究对象和目的，探针的类型也有了许多改进，主要有以下几种：1）染色体特异重复序列探针：rDNA、端粒、着丝粒以及类似于α卫星、卫星Ⅲ等重复序列上重复元件可达106拷贝数，其杂交靶位点大于1Mb，杂交信号易于检测，常用于检测非整倍体；2）基因组探针：高等动物基因组DNA除过很小一部分的编码序列外有一些高频率的重复序列，进化上的保守性使其具有物种特异性，作为探针，可分析多倍体的起源、进化、基因组成等；3）单拷贝序列探针：针对靶片段中的单拷贝序列而选择的此类探针，通常是某个基因的DNA克隆、RFLP或RAPD标记或是用大的插入片段；4）染色体文库探针：此类探针由从基因组文库中的一条染色体或某一区域核酸片段组成，片段较小，因此被破坏的可能性小。用于鉴定染色体的易位与畸形以及分析中期染色体重组和间期核结构；5）RNA探针：RNA探针敏感性强，不需要变性，就可形成比DNA探针紧密的杂交体。RNA探针包括的ssRNA探针和寡核苷酸RNA探针两种。
1.2 FISH中靶的发展与改进
在FISH中根据不同目的不同对象确定靶片段的类型是提高分辨率的关键因素，靶目标的类型有以下几类：1）中期染色体：此时期染色体可以通过简单的染色体制片技术获得，但因其高度凝缩，分辨率只能达到1Mb～3Mb的水平；2）粗线染色体：处于减数分裂的粗线期染色体浓缩程度比中期低得多，而且Jiming等人证实用玉米粗线期染色体固定于4%福尔马林可以使染色体伸长到原来的20倍[4]，进而提高了FISH分辨率；3）间期细胞核：处于间期的细胞核染色质浓缩程度比粗线期低，因此其分辨率相对较高；4）游离染色质：处理细胞核释放出游离染色质，进一步降低DNA的浓缩程度，这种方法能有效地将分辨率提高到1Mb范围内；5）DNA纤维：伸长的DNA纤维是的DNA分子，暴露出更多的杂交位点，更大程度的提高了分辨率，具有高效快速直接的优点。此外Valfirik等[5]发展了一种超伸展的流式分拣植物染色体FISH技术，大大提高了FISH的分辨率。此方法可获得比中期染色体长100倍以上的伸展的染色体纤维，同时保持了染色体的完整性，用于某些方面的研究，比DNA纤维荧光原位杂交更具优势。
1.3 探针标记方法的发展与改进
FISH中探针的荧光标记方法是由放射性标记方法改进而来，可分为直接法和间接法两种。直接法是将荧光物直接与探针核苷酸的磷酸戊糖共价结合，杂交后简单冲洗即可检测。间接法是先在探针DNA上结合诸如生物素或地高辛等半抗原，杂交结束后再用标记有荧光素的相应半抗原的抗体进行检测，间接标记可分为PCR法、不依赖序列的扩增法、缺口平移法三种。直接法虽然操作简单，但信号放大程度不如间接法，灵敏度差一些，间接法灵敏度高，应用较为广泛。早先的荧光标记只用一种颜色的荧光素，随着FISH技术的发展，在一次杂交种用多种探针多种荧光素的多彩FISH技术已成为可能。双标记的寡核苷酸探针荧光原位杂交可提高信号强度且不引起特异性问题还能增加rRNA可访问性。
2 FISH技术的应用
2.1 FISH在植物基因定位上的应用
由于FISH技术可在同一张切片上同时观察几种DNA探针的定位，直接得到它们的相关位置和顺序，因而已广泛应用于生物基因组和功能基因定位研究[6]。王永等[7]利用FISH技术研究发现羽衣甘蓝2号染色体上存在3个5SrDNA串联重复位点，并且这3个位点都位于2号染色体的长臂靠着丝粒处。杨学明等采用顺序基因组原位杂交和双色荧光原位杂交技术，对普通小麦-簇毛麦6V代换系K0736 的 45SrDNA和 5SrDNA基因位点进行了分析。结果表明，该代换系2n=42，有 1 对簇毛麦 6V 染色体，为6V/6A 代换系，45SrDNA位点有8对，位于7对染色体上。5SrDNA位点有6对，分别位于6 对染色体上[8]。周树军等[9]利用FISH技术对麝香百合、柠檬色百合、天香百合及豹纹百合染色体上的 45SrDNA 进行了定位，其结果显示 45SrDNA 在这四种百合中都分布在染色体的着丝点附近，但其位点数量、所存在的染色体和信号的强度有很大的变化。
光学显微技术范文2
高职院校的主要目标是培养具有高素质的技术型人才和应用型人才，并且能够适应社会经济发展需要，这种教育在一定程度上满足了社会对于就业者的需求，是具有职业特征的一种定向教育。因此，职业指导工作也就成了职业教育的核心内容和基本特征。
职业指导的意义
高职院校通过开展行之有效的职业指导课程，来帮助学生培养积极科学的就业观，使学生不断调整自己的人生目标和学习计划，来适应社会需求，全面提高自己的综合素质，从而正确地选择职业。这样不但提高了高职院校本身的声誉和地位，也提高了毕业生就业率，从而保证了高职院校的可持续发展。
高职院校中职业指导的现状
随着我国高校在校生数量和高职院校规模的迅速扩大，高职院校毕业生的就业工作和教学质量的提高受到国家的高度重视，并且将毕业生就业率与学校当年招生计划挂钩，所以每年毕业生就业率尤其受到关注。为了保持自身优势，大部分高职院校都设置了学生职业指导部门，并有一大批专业的或者兼职的职业指导老师通过努力，保证了在生源市场和毕业生就业市场上的竞争力。但由于受传统观念模式影响较深，且老师们思想上对职业指导的认识不足，职业指导工作只侧重于毕业生的就业推荐工作。这样的结果导致毕业生的就业质量低，工作达不到效果。虽然在近期能够帮助学生提高就业率，但毕业生获得的工作岗位质量不高，且跳槽频繁、稳定性差，这样反而使学生就业之后的再次失业率大大提升，又给毕业生造成了严重的就业压力，浪费了人力资源，长此以往，对于国家、社会和家庭的稳定发展都有着严重的影响。
职业指导工作方法的改进
高职院校职业指导工作大多人员配备不足，教师素质水平参差不齐，机构不完善，且以“就业安置”为理念，不能有效提升就业质量。职业指导工作效果不理想，这种现状可以通过以下途径来改变。
1.观念需转变
职业指导是思想政治教育关键的组成部分。高职院校的职业指导需要始终贯彻“以学生为本”的工作理念，教育内容主要包括职业能力、职业修养、职业意识等，使学生在学习过程中能够养成科学的职业价值观；这有利于提升学生在职业发展道路中的可持续性，并能够帮助学生做好职业规划、了解自我，提高自主决策能力。
2.采取多样化职业指导方式
在职业指导课程教学以外还可以结合网上职业指导、学校宣传栏、广播、学校组织的招聘会，搭建职业指导平台，让学生深入其中接受教育。还可以采取座谈、聊天等灵活的方式，让他们在就业前就做好足够的心理准备。同时，鼓励学生参加各种职业培训，形成终生学习的观念，促进学生自身素质的提高。
3.全员参与职业指导
职业指导工作需要动员各方面的力量，在整个过程中需要各部门之间的通力配合与支持，因此为了提升职业指的质量必须贯彻全员参与的原则。高职院校应建立以学院职业指导中心为主，各院、系专业课、公共课教师以及思政教育老师全员参与职业指导的工作制度。每名教职员工都有着属于自己的职业指导任务。此外，职业指导工作体系还应该得到全体学生的支持与配合。
除上述人员需要担负自己的学生职业指导工作之外，还需要专业课老师在专业课程教学中不断渗透职业指导，因为他们在专业课程教学和实践环节中，对学生的影响是潜移默化的。因此，高职院校要突出在学生职业指导中专业课教师的作用，同时应该赋予他们相应的权力和责任，让每个教职员工参与职业指导，这样对于推进职业指导工作有着重大的作用。
4.职业指导队伍专业化
相关数据表明，高职院校需要保证兼职人员和专业职业指导人员与毕业生人数的比例高于1：500。尤其强调了职业指导人员的知识结构以及学校对职业指导人员的聘用标准，在这些方面都做了严格的规范，高职院校在开展职业指导人员的继续教育工作的时候应该遵循有条理、有重点、有计划的原则，从教育部的要求出发，打造一支高素质、强技能、专业化的职业指导师资团队。
广东工程职业技术学院目前的职业指导队伍素质高、能力强，具有高级职业指导资格职称的教师就有113名，并且每年对全体教师进行职业指导资格培训，每年审核持有职业指导资格证持的教师，及时淘汰不合格者。在拥有大量专业高素质指导师的同时，强化非专职职业指导师的职业水平非常重要，最终的目的是让每个教职员工在专业课程上都能够对学生进行潜移默化的职业指导。
5.实现职业指导多元化
职业指导是帮助毕业生快速实现社会角色转换和顺利就业的重要环节，能促进学生全面发展和个性的养成。学院采取多种手段，建立社会实践基地，从而让学生体会到毕业生真正求职时的心情。并且还聘请职业策划的专家、校友及成功人士，开设就业指导讲座，帮助学生设计简历，增强就业竞争力。
促进职业指导的信息化，就要建立及时有效的就业供需信息系统。第一，把毕业生的性别、姓名、特长、专业、就业意愿等个人资料通过计算机编辑汇总，便于就业单位查看。第二，学校应与公共职业介绍机构、人才市场以及各就业单位做好密切的接洽工作，了解到最新的招聘信息和就业政策，以便及时传达给学生。第三，在就业供需信息系统上最新的就业信息，以便增强毕业生与就业单位之间的沟通交流，进一步推行网上签约。第四，及时了解就业后的毕业生对于岗位工作的信息反馈，了解就业单位的质量以及相应待遇，有利于及时调整学校职业指导的方向、模式和目标，从而提高教育教学质量。
光学显微技术范文3
1.1检测系统简介共聚焦显微测量光学零件亚表层损伤的原理，是利用了亚表层损伤缺陷对入射光的散射特性，散射光的强度反映了缺陷信息[56]。
如图1所示共聚焦显微系统利用放置在光源后的照明针孔S和放置在检测器前的探测针孔P实现点照明和点探测，只有来自焦平面O点的光才能全部通过共聚焦针孔P并被探测器捕获和成像。其余位置的散射光被阻挡，由此获得被检测元件焦平面下样品内部各个位置的亚表层损伤分布；然后通过改变共聚焦显微镜聚焦平面的位置，对不同点进行轴向扫描，得到各个位置的切面图像。其最大的优点是层析技术，层析技术是通过针孔阻挡聚焦平面前后的离焦光，改变聚焦深度而获得样品的一个个光学切片层，从而得到亚表层的损伤信息。
1.2仿真理论基础本文采用FDTD法分析光学零件亚表层损伤的光学散射问题，该方法是一种有效的电磁学数值计算方法[79]，近来也被应用于光学零件亚表面的光学散射分析。相对于Mie理论，它通过FDTD网格离散（见图2），能够对任意几何结构、任意材料组成的零件表面进行计算。不同材料零件表面具有不同折射率，所以在FDTD网格剖分的时候，也就包含了零件微表面的结构信息。
3模拟仿真试验本文利用式（2）}其中k0=2πf/c（5）式中E0为振幅，r为球面波半径，j为虚部，ω为角频率，f为频率，t为周期。
3.1常见损伤缺陷散射模拟假设光波扫描汇聚点坐标（30，0），激励源入射方向沿水平方向从左到右。图5给出了常见的缺陷类型气泡（椭圆形）和微裂纹（长条形）对入射光波的散射分布。通过计算探测器接收范围内的散射光强。
3.2积分区域描述激光扫描共聚焦显微系统测量端物镜NA=0.65，探测器只能接收一定角度范围内的信号，模型中定义积分范围以聚焦点α为端点，沿光波入射方向的反方向，夹角62°相交正方形于β、γ点，Δαβγ可近似为探测器的信号光强接收范围。图6描述了散射由损伤缺陷气泡引起时，且光波聚焦点在坐标（30，0）；按照积分区域定义，可设积分区域坐标（30，0），（0，35），（0，85），探测器接收范围角度约为62°。激光扫描共聚焦显微系统的探测器仅能接收到此角度范围内的散射光强，因此模型对Δαβγ内部（图中深色区域）进行积分求和即可模拟计算探测器接收到的散射光强强度。正方形边长120表示零件亚表面区域，纵坐标表示零件表面宽度，横坐标表示零件亚表面深度，单位μm。
3.3光波聚焦点对接收信号强度的影响假设当缺陷位置大小固定不变，光波聚焦点间隔1 μm偏离缺陷时，起始点位于缺陷的边界上任意一点，要求扫描点从缺陷的某一边界开始，沿着远离缺陷的方向等间隔移动，模拟探测器收信号光强信号大小，其主要是为了验证当聚焦点在缺陷附近移动时，引起的散射分布变化情况。模型分别对椭圆形、矩形、梅花形、三角形和无规则形的缺陷类型进行模拟，缺陷长度范围30～60 μm之间，宽度范围0～5 μm之间。以下分别对探测器接收信号强度进行积分拟合。图7所示为椭圆形、三角形、梅花形、矩形和无规则形缺陷的光场强度分布趋势。
通过模拟实验，得到探测器接收信号强度分布（见图7）。由此可见，当扫描点逐渐远离缺陷时，探测器接收信号强度先增大，然后减小，并且，当偏离距离为8～10 μm达到最大。光电探测器是通过光敏电阻对光的响应灵敏度进行探测光强信号的，其纵向响应函数曲线图需满足方程y=（sinx/x）2（见图8），由此可见，探测器接收信号强度分布曲线与纵向响应函数曲线变化趋势相同。综上所述，仿真试验中扫描点沿远离损伤缺陷边界偏离时，探测器接收信号光强满足其纵向响应函数趋势，即探测器所接收的散射信号能够反馈光学零件亚表面损伤信息，能够为我们测量损伤缺陷的位置和大小信息提供依据，即激光扫描共聚焦显微法能够实现对光学零件亚表面的测量。4结论共聚焦显微成像技术是利用了亚表层损伤缺陷结构对入射光的强度散射，以散射光信号的强度来反映缺陷信息。模拟仿真入射波聚焦点沿固定间隔逐渐偏离缺陷时的散射分布形态，对进一步改进针对光学零件亚表层损伤的激光共聚焦层析测量系统有重要的理论指导意义。本文结合光学零件亚表层损伤的激光共聚焦层析测量系统，并在一定模拟假设的基础上，建立了仿真测量模型。采用FDTD算法结合仿真软件模拟实现了聚焦光斑在具有不同亚表层损 伤类型的光学零件内部的散射光场分布，可以得到探测器接收的散射信号强度分布与纵向响应函数趋势相同，且扫描聚焦点在相距缺陷表面一定范围时实现接收光强能量最大，符合激光扫描共焦检测理论原理。因此，仿真研究结果表明，采用激光共焦测量亚表面损伤的方法是有效的。
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光学显微技术范文4
关键词： 光学设计； 显微物镜； Zemax； 正向光路； 长工作距离
中图分类号： TH 74文献标志码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2015.02.014
Optical system design of highresolution microscope objectives for
optical fiber fusion splicer
CHEN Lina， LIU Qiaoling， KE Huaheng， YU Huaen， PENG Jiazhong， LIANG Xiuling
（Fujian Provincial Key Laboratory of Photonics Technology， College of Photonic and
Electronic Engineering， Fujian Normal University， Fuzhou 350007， China）
Abstract： According to the requirement of highquality fiber fusion in the process of optical fiber fusion， a microscope objective for detecting the fiber core is designed to determine the position of the optical fiber core， which is optimized through the optical system design software Zemax. The designed system consists of six lenses. The magnification is eight. The object space NA is 0.25. The working distance is 13.4 mm. The conjugate distance is 85 mm and image receiver is a CCD. The optical lens is optimized through the method of forward optical path with the spectral range of 486～656 nm. Forward optical path design of the microscope objective is practical to detect the fiber core position more clearly and accurately. It has long working distance， short conjugate distance and high accuracy.
Keywords： optical design； microscope objective； Zemax； forward optical path； long working distance
引言随着光纤通信技术的广泛应用，越来越多的光纤线路需要维护和熔接接续。为了获得低熔接损耗的光纤，需要对光纤纤芯进行高精度对准。因此，设计一款适用于光纤熔接机的高质量显微物镜具有重要的意义。显微物镜是用于观察近距离物体，其像距大于物距，这样才起到放大的作用。光学设计一般从长距离方向计算，因此为了便于后续的像差优化，根据光路可逆原理，传统的设计方法均是采用逆向光路进行优化设计。采用逆向光路设计时，物镜的放大率为正向光路设计时的倒数1/β（β为正向光路设计时物镜的放大率），像差经过物镜后缩小，像差校正容易，但是逆向光路设计的光学系统其几何像差调制传递函数（MTF）、星点图等体现的是物面处的成像质量。而显微物镜在实际使用中都是采用正向光路，且正向光路设计的光学系统其几何像差、MTF、星点图等能够直观体现CCD接收靶面处的成像质量，因此正向光路设计的显微物镜更能贴近实际使用状态。本文中的显微物镜是按正向光路进行设计，它能够更加清晰呈现光纤的纤芯位置，提高光纤熔接机的对准精度，从而达到降低光纤熔接损耗的目的。图1纤芯对准系统的结构示意图
Fig.1Structure diagram of fiber
core alignment system1设计思路光纤纤芯对准系统的基本结构示意图如图1示，图中：l为物距；l′为像距；L为共轭距。像面接收器采用CCD，待熔光纤的直径为125 μm（即物高y为0.125 mm），纤芯直径为9 μm。当光纤在CCD的像面宽度上成像为1 mm（即像高y′为1 mm）左右时，能够较理想地实现光纤纤芯的高清晰对准，且光纤所成的像为倒像。因此可得该系统的放大率为β=y′y=-8（1）光学仪器第37卷
第2期陈丽娜，等：光纤熔接机高清显微物镜光学系统设计
图2包层和纤芯在CCD上的实际大小
Fig.2Real size of the cladding and fiber core in the CCD
图3摄远型初始结构
Fig.3Initial structure of telephoto
此外，为了便于光纤的装夹、调节、对准、熔接等机构的安装，显微物镜的工作距离不能太小。拟定显微物镜的工作距离（即物距）为13.4 mm，长工作距离便于熔接操作。当工作距离为13.4 mm时，根据放大率公式β=nl′n′l（2）式中n和n′为空气的折射率，可得该系统的共轭距L=l′-l=120.6 mm。该系统在正常情况下其共轭距L将超过120 mm。为了缩短整个光路，将共轭距控制在85 mm以内，这为将来仪器的小型化设计提供了可靠的前提保证。本文中的显微物镜是按正向光路进行设计，纤芯和包层经过显微物镜放大后，其直径分别为0.072 mm和1 mm。由于光纤熔接时主要是检测断裂处纤芯的准确位置，光纤成像的最大视场在0.8ω（ω为物镜的视场角）处（如图2示），因此，系统只需校正0.8ω以内的像差即可满足设计要求。为了采集到高质量的光纤图像，显微物镜的数值孔径设置为0.25。系统拟采用高亮度的白光LED，设计光谱为486～656 nm。2优化设计
2.1优化过程为了缩短光学总长，镜头采用摄远型初始结构，由正透镜组和负透镜组组成，如图3所示。根据理论公式可以粗略计算出正负透镜组的基本参数，显微物镜的物距即正透镜组的物距l1为13.4 mm，由于该显微物镜的共轭距为85 mm，拟定其像距即负透镜组的像距l′2为65 mm，正负透镜组间隔d为6.6 mm。显微物镜数值孔径及角度放大率表达式分别为NA=nsin（-u）（3）
γ=u′u=nn′1β（4）式中：n为物方折射率；n′为像方折射率；u为透镜组的入射孔径角；u′为透镜组的出射孔径角。已知显微物镜的数值孔径NA为0.25，放大率β为-8，将值代入式（3）、式（4）可得：sin（-u）=0.25，sinu′=0.031 25。由摄远型初始结构图中的几何关系可知tanu′1=h1-h2d=-l1×tan（-u）-l′2×tanu′d=0.216 3（5）式中：u′1为正透镜组的出射孔径角；l1为正透镜组的物距；l′2为负透镜组的像距；h1和h2分别为光线在正负透镜组上的入射高度。计算出sinu′1=0.211 4，l′1=h1tanu′1=15.995 8 mm，l2=l′1-d=9.395 8 mm。再根据高斯公式及透镜组的光焦度φ的表达式为1l′-1l=1f′（6）
φ=φ1+φ2-dφ1φ2（7）式中：φ1为正透镜组的光焦度；φ2为负透镜组的光焦度。可计算出正负透镜组的焦距值及显微物镜的组合焦距值分别为：f′1=7.293 9 mm，f′2=-10.989 0 mm，f′=7.788 2 mm。由此可得，光纤经过显微物镜成像时可理解为经过了两次角度变化，即u=-14.477 5°u′1=12.204 4°u′=1.790 8°。正负透镜组所承担的偏向角δ1、δ2分别为26.681 9°和10.413 6°（见图3）。根据初始像差及其光学设计的经验，一般情况下，每个光学镜头承担的偏向角不要太大，单透镜承担的偏角为6°～9°，双胶合承担的偏角为11°～14°。这是因为光线的偏角越大，该表面的相对孔径也越大，会产生较大的高级像差，优化时很难达到像差平衡。本文显微物镜的正透镜组采用一片单透镜和一组双胶合透镜的透镜组合，而负透镜组则采用三片分离的单透镜组合，共有六片透镜组成。正透镜组剩余的偏折角可由负透镜组来承担。表1透镜组的基本参数
Tab.1Basic parameters of the lens group
组名形式焦距/mm空气间隔/mm正
透
镜
组单透镜16―空气―1双胶合12.57―空气―3.6负
透
镜
组单透镜-15.60―空气―1单透镜34―空气―1单透镜-17.12―
根据前面得到的正负透镜组结构参数，结合几何光学公式可得出每个透镜的焦距值及透镜间的空气间隔，如表1所示。显微系统的照明光源为白光LED，图像接收器件为CCD，为了能在CCD上得到0.8视场内的清晰像，要求显微物镜是平场消色差物镜。由于所设计的显微物镜是一个长工作距离、小视场的系统，有较小的场曲，因此主要校正其轴上像差，即球差和轴向色差，还要考虑彗差。显微物镜是按正向光路进行优化设计，球差、轴向色差等像差经过系统后被放大，这将增加其校正难度。为了得到优良的成像质量，系统的球差可通过正负透镜组合来进行校正。 彗差的校正。系统主要存在子午彗差，根据其定义，添加操作数TRAY，控制像平面上光线与像面交点到主光线的垂轴距离。对同一视场，不同孔径设置操作数TRAY，令其两者之和为零，可有效减小子午彗差。正向光路设计的显微系统像差放大，因此在优化过程中需要加重相应优化操作数的权重。 轴向色差的校正。对于薄透镜系统，其轴向色差系数为ΣC1=Σh2φν（其中h为光线的入射高度，φ为光焦度，ν为阿贝常数），系统在结构上采用双胶合和有空气隙的正负分离透镜组合。在优化过程中，适当地选择φ，ν及h值，使轴向色差系数尽可能小或为零。系统采用冕牌玻璃与火石玻璃的搭配亦可达到减小轴向色差的目的。
2.2设计结果镜头优化后的外形结构和系统参数分别如图4、表2所示。该系统由6片透镜组合而成，其中有一组双胶合透镜，两片双凸透镜，两片弯月形透镜。所选玻璃第一片来自肖特玻璃库，其余五片均来自成都玻璃库，其中玻璃材料从第一片到最后一片依次为：NPK52、HZK6、ZF5、HZF4、BAF3、HLAK4L。冕牌玻璃与火石玻璃的搭配有利于校正像差。
图4显微物镜的布局
Fig.4Layout of the microscope objective
表2显微物镜的系统参数
Tab.2System parameters of the microscope objective
名称值物方数值孔径NA0.25有效焦距/mm6.738 307总长/mm71.600 55像方数值孔径NA0.032 286 71近轴像高/mm2近轴放大率-7.992 895入瞳直径/mm23.482 99出瞳直径/mm3.545 373
图5为显微物镜的MTF曲线，从MTF曲线可以看出，在空间频率为50 lp/mm处，全视场以内的调制传递函数MTF值均大于0.3，接近衍射极限，具有较高的分辨率。图6为显微物镜的点列图，由图可以看出，该系统各视场的成像弥散斑均方根半径均小于爱里斑半径，能量较集中，符合设计要求。
图5MTF曲线
Fig.5MTF curve图6点列图
Fig.6Spot diagram
显微物镜的像差公差用波像差来衡量，要求光学系统的波像差小于λ/4。显微物镜的几何像差分析如下：（1）球差由于该显微物镜的孔径较大，因此存在高级球差。该系统的边光球差容限值和剩余球差容限值分别为δL′m≤λn′sin2U′m=0.587 6×10-31×0.032 72 mm=0.549 5 mm（8）
δL′≤6λn′sin2U′m=6×0.587 6×10-31×0.032 72 mm=3.297 1 mm（9）图7为显微物镜的球差曲线，由图可知，该系统主波长的实际球差最大值为0.109 9 mm，在边光球差和剩余球差容限范围内，满足设计要求。（2）轴向色差该系统的轴向色差容限值为ΔL′FC≤λn′sin2U′m=0.587 6×10-31×0.032 72 mm=0.549 5 mm（10）由图7可看出，该系统的实际轴向色差最大值为0.033 6 mm，在容限范围内，符合要求。（3）其他像差图8为显微物镜的畸变图，由图可看出，系统的场曲、像散和畸变都很小，该系统主波长的实际子午场曲最大值为0.027 7 mm，弧矢场曲最大值为0.022 4 mm，实际像散最大值为0.005 2 mm，畸变值为0.24%，都满足设计要求。
图7球差曲线
Fig.7Longitudinal aberration curve图8畸变曲线
Fig.8Distortion curve
3公差分析
3.1公差分配原则系统在加工与装调过程中都将产生误差，使最终结果偏离设计结果。为了提高其成像质量，光学系统内所有参数都需要分配可变公差。如果系统对某一参数的变化很敏感，那么对该组公差要有较严的要求，反之则可以采用较为宽松的公差。显微物镜系统对成像质量有较高的要求，且该显微物镜各透镜的半径和厚度值均很小，因此对光学元件公差的要求相对较严。运用Zemax软件中的公差计算与分析程序计算光学系统内各参数性能下降的敏感度，即分析所有元件的加工、装调公差，确定敏感度。公差参数包括半径、光学元件厚度、空气间隔、偏心等。
3.2公差分配结果运用Zemax光学设计软件，通过灵敏度分析、反转灵敏度分析及蒙特卡罗分析得到显微物镜合理的公差分配。通过计算分析每一公差参数在Nyquist空间频率50 lp/mm处的MTF下降情况，最终确定合适的公差。灵敏度公差、蒙特卡罗公差分析结果分别如表3、表4所示。蒙特卡罗公差分析结果显示该显微物镜系统90%以上的蒙特卡罗样本MTF≥0.166 385 252，每个样本为一个模拟加工、装调后的光学系统。对显微物镜公差灵敏度的分析表明，元件的半径、厚度和偏心为敏感公差，其敏感公差主要位于元件3，4，5（表5所示）。因此，需要严格保证这些元件的加工与装调公差，确保最终实现光学系统的高精度、高性能要求。
表3灵敏度的公差分析结果
Tab.3Analysis of sensitive tolerance sensitivity
类型表面序号公差MTF改变量半径公差1+4光圈数
-4光圈数-0.050 733 329
-0.051 019 096表面偏心公差7±0.008 mm-0.051 884 756表面倾斜公差7±0.008 mm-0.052 259 487半径公差9+3光圈数
-3光圈数-0.054 000 761
-0.056 068 687表面偏心公差12±0.005 mm-0.063 947 077
表4蒙特卡罗公差分析结果
Tab.4The result of the analysis using
Monte Carlo method
蒙特卡罗样本百分比MTF值90%≥0.166 385 25250%≥0.203 524 68910%≥0.329 780 993
表5显微物镜的公差要求
Tab.5Tolerance demands of the microscope objective
元件
序号半径公差/
光圈数厚度公差/
mm偏心公差/
mm折射率
公差阿贝常数
公差/%1±4
±5±0.03
±0.03±0.015
±0.015±0.001 012±5
±5
±5±0.03
±0.03
±0.03±0.015
±0.015
±0.015±0.000 8
±0.001 013±3
±4±0.03
±0.03±0.008
±0.015±0.001 014±3
±4±0.03
±0.03±0.008
±0.015±0.001 015±2
±2±0.03
±0.005±0.005
±0.005±0.001 01
4结论所设计的光纤熔接机的显微物镜具有高放大率、高分辨率、结构简单、装配方便、成本低、适合大批量投产等特点。能够实现更高精度的光纤图像纤芯对准，提高图像识别精度，较为准确地定位纤芯位置，提高光纤熔接的质量。在本系统之后的研究中，将进行显微系统的机械结构和装调技术的研制，使生产过程中安装调节显微物镜简便且易操作，从而降低生产成本。参考文献：
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[5]刘雨沁，张孟伟.变倍光学系统的公差分析[J].光学仪器，2013，35（2）：4245.
[6]王红，田铁印.三线阵测绘相机光学系统的设计和公差分析[J].光学 精密工程，2011，19（7）：14441450.
光学显微技术范文5
关键词 CCD技术 光学实验 教学演示 分光计
中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2017.02.057
Abstract The need to use CCD technique in optics experiment teaching is discussed. Two examples of CCD technique in optics experiment teaching demonstration and explanation are introduced. Conclusion that CCD technique in optics experiment teaching demonstration and explanation plays an important role is drawn. The paper proposes to improve other traditional optics experiments by the use of CCD technique.
Keywords CCD technique； optics experiment； teaching demonstration； spectrometer
0 引言
大学物理实验是大学物理教学的重要组成部分，物理实验课是学生进行科学实验训练的一门基础课程，是学生进入大学后接受实验方法、技能训练的开端，对培养学生实验能力具有十分重要的作用。大学物理实验包括力、热、光、电等方面的实验内容，光学实验是大学物理实验重要组成部分。光学实验的特点是：必须掌握光学原理才能进行实验，而且光学仪器结构复杂，难于调节，因此做光学实验需要在理论指导下，耐心地反复操作，难度较大。对于基础实验，在学生做实验之前，教师一般会介绍实验所用到的仪器，简单讲解实验步骤。有些实验，眼睛可以直接观察到，比如力学实验，教师就比较容易讲解，学生也容易理解。而对于一部分光学实验，需要用眼睛贴近显微镜的目镜去观察实验现象，学生不能直接观察，教师讲解时要把实验想象用语言描述，所以这类实验教师难讲，学生也难懂，学生做实验很困难，容易造成对光学实验的畏惧心理。近几年，CCD技术在教学中的应用越来越广泛，将CCD技术引入到光学实验中来，通过显示器可以让每个学生直接观看实验现象，使其更具直观性。这种方式让每个人都感受到现场操作，学生更容易理解，有助于提高实验的效率。
1 在光学实验中引入CCD技术的必要性
随着现代教育技术的迅猛发展，计算机辅助教学的应用越来越广泛，教师根据自己的教学内容自制教学课件，通过屏幕展示出来，学生通过屏幕进行观看。一些枯燥、难懂的知识变得生动、直观，不仅节省了时间，也提高了教学效果。在大学物理课程教学中，计算机辅助教学的应用获得了良好的教学效果，不仅知识更容易理解，教师在课堂上有更多的时间增加更丰富的知识，开阔了学生的视野。在大学物理实验教学中，计算机辅助教学也得到了一定的应用。应用计算机辅助物理实验教学，教师编制实验教学课件，在学生操作实验之前，教师先用课件对实验进行讲解，如：实验的仪器调节及需要注意的实验步骤等，教学内容都通过大屏幕显示，每位学生都能通过大屏幕进行观看，之后学生进行现场操作，对于操作简单的实验，计算机辅助教学可以取得良好的效果。但对于一些光学实验，仪器结构复杂而且难于调节，学生没有看到真实的现场操作，仅凭教学课件很难理解实验，课堂效率不高，因此，传统的现场操作演示与讲解是非常必要的。但是，现场操作有其不可避免的缺点，即直观性差。采用F场操作演示与讲解，有一些光学实验，需要用眼睛靠近显微镜的目镜去观察现象，如果教师每讲一步学生都依次去直接观察，需要的时间较多，后面做实验的时间就少了，因此很难做到让每个学生观看。这就要求教师讲解时要把实验现象用语言描述出来，所以这类实验教师讲起来比较难，学生在头脑中也不容易建立起清晰的图像，学生做实验遇到问题，虽然已经讲过，但仍然要用很长时间解决，或无法解决而向他人求助，错误操作也比较多，这样就使学生对做光学实验逐渐失去了信心。而CCD技术可以弥补这一缺点。CCD是电荷耦合器件的简称，具有光电转换、信号存储与传输功能，在实验教学中的应用越来越广泛。将CCD技术引入到光学实验中来，光学仪器的目镜与CCD连接，通过彩色监视器可以让每个学生直接观看。教师操作实验的每个步骤，所有学生都能通过显示器观看。这种方式不仅让学生感受到现场操作，而且每个人都能观察到，学生更容易理解，大大提高了课堂效率。
2 CCD技术在光学实验教学中的应用
2.1 CCD技术在分光计中的应用
分光计是一种基本光学仪器，掌握分光计的基本结构和基本调节方法，对学习其它光学仪器具有指导作用，对培养学生对光学实验的操作能力有重要作用。分光计是一种测定光线偏转角度的仪器，可以测量三棱镜的顶角，还可以通过测量最小偏向角求三棱镜的折射率等。它主要由四部分组成：望远镜、 平行光管、载物台和读数圆盘。分光计在测量之前要进行调节，分光计的结构很复杂，调节过程步骤也比较多，而且对调节的要求很高。调整要求：望远镜能接收平行光、平行光管能发出平行光、望远镜光轴与载物台转轴垂直及平行光管光轴与载物台转轴垂直，其中望远镜光轴与载物台转轴垂直是最难调节的。在传统的教学中，教师现场演示并讲解时，仅依靠语言描述实验现象，学生在头脑中很难想象出来，而如果让每个学生轮流观察，实验步骤较多，每一步都这样做，耗时太长，影响后面的实验操作时间。因此，学生做实验时经常会遇到问题，特别是调节望远镜光轴与载物台转轴垂直这一步，有的用很长时间不能调整好，还要求助他人。学生普遍感觉此实验难度大。如何让这个实验更容易学习是一个需要解决的问题，将CCD系统引入此实验，让这个问题得到了解决。将CCD系统与分光计连接，教师边操作仪器边讲解，学生在彩色监视器上可以同时观察实验现象，学生更容易理解，做实验比较顺利，最难调节的望远镜光轴与载物台转轴垂直，经过耐心地调节也能做好。采用CCD系统，提高了课堂效率，也增强了学生进一步学习光学实验的信心。
2.2 CCD技术在牛顿环实验中的应用
牛顿环实验是光学实验中的基础实验，牛顿环仪由一个平凸透镜和一个平面玻璃组成。此实验用读数显微镜对干涉圆环进行观察与测量，经计算得到光源的波长或待测透镜的曲率半径。教师在实验讲解过程中， 要介绍读数显微镜的调节方法和牛顿环的测量步骤，因为有些学生对显微镜接触很少，因此对显微镜的调节要介绍得详细些。用传统的方法，要边操作边描述实验现象，即便如此，学生在头脑中也很难建立清晰的图像，由于时间限制也不能每个人都去现场观察，在自己操作时就会遇到各种问题。在调节读数显微镜寻找干涉圆环时，有些学生经过长时间调节，仍然观察不到干涉环。在牛顿环的测量过程中，要避免回程误差，用传统的方法，教师虽然已提示学生注意，但学生不能完全理解，测量时有的学生仍然会出现错误，不得不重新y量。将CCD系统应用到牛顿环实验中，这些问题得到了有效解决。CCD系统与读数显微镜的目镜相连，学生在显示器上观察实验现象。在讲解显微镜的调节方法时，教师操作的每一步，学生都能在监视器上观察到，学生更容易理解，学生自己操作就更顺利。在讲解牛顿环的测量时，对于如何避免回程误差，教师通过实际操作并在监视器上显示出来，学生很容易理解，而且教师还可以把学生容易出现的错误操作演示出来，提醒学生，这样测量时的错误也明显减少了。通过将CCD系统应用到牛顿环实验，不仅减少了错误操作，节省了时间，也提高了学习效率。
3 CCD技术的应用展望
CCD技术的优势使其应用越来越广泛，我们将尝试把其应用在其它光学实验，例如：旋光仪。当偏振光通过一些透明物质时，光矢量的振动面绕着光传播的方向旋转，此现象为物质的旋光性，具有旋光性的物质为旋光物质。旋光仪用来研究物质的旋光性，研究物质旋光性的实验包括旋光仪的调整与测量。与分光计、牛顿环相比，旋光仪的调整比较简单，主要是调节目镜，使视场清晰，容易出现问题之处是数据测量。当旋光仪调整好时，目镜中能清晰看到“三分视场”，再转动偏振片，观察到“弱的零位视场”，就可以测量读数了。虽然教师已经详细讲解什么是“弱的零位视场”，但是实验操作时，有的学生由于动作太快仍然观察不到“弱的零位视场”，有的学生则找的位置不够准确，实验的误差比较大。如果我们把CCD系统连接到旋光仪的目镜，每位学生在大屏幕上观看实验现象。教师边操作边讲解如何调节“弱的零位视场”，学生既知道如何操作，也观察到标准的图像，必将提高实验的效果。
4 结束语
以上是CCD技术在光学实验中应用的几个实例，通过应用CCD技术，教师的讲解更生动、直观，学生更容易理解、掌握，不仅提高了课堂效率，也增强了学生做光学实验的信心，对提高学生的实验能力有明显促进作用。在其它光学实验中也可以引入CCD技术，让先进的教育技术在传统实验中发挥其独特的优势，进一步完善传统实验。
参考文献
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光学显微技术范文6
【Abstract】 Objective Exploring the value of multimedia micro-imaging technology in the diagnosis of acute leukemia， improves the clinical diagnosis of acute leukemia.Methods Using multimedia micro-imaging technology and conventional microscopy ，comparative observed acute leukemia bone marrow smears and peripheral blood smear. Results By comparing the results of conventional direct observation under microscope， microscopic imaging technique observed the multi-media images are much more intuitively and clearly than conventional eyepiece directly observed. Conclusions Multimedia micro-imaging technology is much greater practicality and superiority than the traditional examination， and provides a more effective detection method for the diagnosis of acute leukemia.
白血病是造血干细胞克隆性疾病，是一组高度异质性的恶性白血病，严重威胁着人们的身体健康。急性白血病因分型不同，采用的治疗方案也不同，疗效和预后也不同[1]。急性白血病的诊断除依据临床症状体征与血象外，骨髓细胞形态学检验是诊断急性白血病的主要依据和必要检查。但是由于多种原因，导致白血病漏诊、误诊的现象时有发生。因此本文通过多媒体显微成像技术在骨髓细胞学检验中的应用，提高急性白血病的正确分型，从而更好的为白血病的诊断、确定治疗方案、判断预后、观察疗效服务。
1 对象与方法
1.1对象：选取56例临床患者的骨髓片及外周血涂片进行观察。器材：大众世纪DZ-510多媒体显微成像仪；XSP-2CA双目普通显微镜;瑞氏-姬姆萨复合染液；玻片等。
1.2 方法：（1）骨髓涂片：取有骨髓小粒部分，制备厚薄适宜、染色良好的骨髓涂片，同时做外周血涂片。（2）染色：采用瑞氏-姬姆萨复合染液进行骨髓涂片染色。（3）显微镜检查：严格按照先低倍镜视野后油镜观察的步骤，分别用双目普通显微镜及大众世纪DZ-510多媒体显微成像仪进行骨髓细胞形态学分析。
2 结果
2.1屏幕图像与镜下视野基本形态无异
通过与普通光学显微镜下的视野进行对比观察，多媒体显微成像分析系统可以清晰无损实时的显示图像，与镜下观察的视野基本形态无异，只是放大倍数增大。
2.2屏幕图像比普通显微镜下的更加生动化化、清晰化
通过采集装置（数码CCD摄像头）获取的图像更加生动、形象、直观、动态的反映在显示器上，使检测者更方便、清晰地观察、诊断采集图像，甚至在高放大倍率的条件下，能看到在普通光学显微镜下难以观察或观察不到的图像。
2.3能更快速、更准确的观察骨髓片及外周血涂片
普通光学显微镜因受其放大倍率的限制，致使对骨髓涂片难于作出快速、准确的判断分析。多媒体显微成像技术中的屏幕图像更易于观察，比镜下目视更方便、更快捷，而且更有利于多人对血液病进行共同分析判断。
转贴于
2.4对疑似患有血液病患者的骨髓涂片进行存储、管理、传输
多媒体显微成像分析系统不但能进行屏幕图像观察，更弥补了普通光学显微镜所不具有的存储、管理、传输功能。它既可以建立大容量静态图片库，可以无限保存采集下来的骨髓涂片和外周血涂片诊断结果，也可以通过图像存档与传输系统与医院信息系统、个人健康档案等联网，实现复杂的查询和全方位的统计，实现网络远距离传输，进行及时的会诊和诊断疾病
2.5多媒体显微成像技术的应用缓解了检验工作者的眼疲劳
作为检验工作者，首先，持续的镜下目视工作，易使睫状肌和眼外肌处于高度紧张状态，导致睫状肌痉挛，调节不能放松，引起眼干、眼涩、眼酸胀，视物模糊甚至视力下降，还会引发和加重各种眼病；再者，神经高度紧张会使眼睛发胀，视神经功能慢性减退，直接影响着检验工作者的工作与生活。屏幕图像的直观化、清晰化解决了普通显微镜难以观察或观察不到的现象，不但提高急性白血病的正确分型，更缓解了检验工作者在繁杂工作中的眼疲劳。
3 讨论
合理使用多媒体显微成像技术，首先要充分认识多媒体显微成像技术在急性白血病诊断过程中只是一种辅助工具。改进骨髓及外周血涂片和染色技术，增加检验设备是提高白血病临床诊断率的重要因素，但最关键的因素还是提高医务人员的业务水平和自身专业素质。各类白血病的诊断主要依据实验室血液和骨髓象的分析，为得出准确的结果，要求临床检验人员应当熟悉各种急性白血病的临床表现特点，熟练掌握仪器性能、操作规程，检查血液分析结果时才能做到全面、细心，才能及时发现白血病细胞，才能更好的判断结果、分析结果、诊断结果，从而提高急性白血病的临床诊断。
