基于可编程LED阵列照明的透射体视显微镜

为了实现对待测样品高质量的体视显微成像,提出了基于可编程发光二极管(LED)阵列照明的透射体视显微镜。该显微镜光学系统使用可编程LED阵列作为照明双光源,照明孔径、角度以及波长均可自由选择,通过改变可编程LED阵列上红蓝圆形光源的半径r和圆心间距d分别实现对体视显微镜焦深和体视角的灵活可控。实验结果表明,该显微镜系统简便,观察者根据自身需要选择合适的焦深和体视角可有效解决因人眼瞳距个体差异大引起单一体视角出现的双像不能重合等问题,实现对待测样品的直接体视显微观看。使用数值孔径NA=0.1(4×)的显微物镜,在最佳参数r=2,d=3时可清晰观测到待测样品的层次关系以及相对位置等三维信息。     

基于可编程LCD的莱茵伯格照明显微原理与系统设计

莱茵伯格照明是显微成像中光学染色的一种方式,照明光源通过特殊的滤色片使样品与背景产生色差,有效提高无色透明样品的对比度。基于可编程液晶显示器(LCD)的莱茵伯格照明显微系统将传统显微镜中聚光镜光阑替换成低成本的薄膜晶体管液晶显示器只需改变其照明图案,就能够实现明场、暗场、相位差、倾斜成像以及莱茵伯格照明等多种显微成像功能。并且由于LCD面板的颜色与光强灵活可调,系统可以衍生出彩虹暗场、彩虹相差等全新的光学染色方法。采用该系统对未染色的肺癌细胞、纺织纤维、小鼠肾脏切片等无色透明样品进行显微观察,验证了系统的多样性与可靠性。     

基于光学扩展量的LED均匀照明反射器的设计

针对发光二极管(LED)光源的发光特点,根据非成像光学的光学扩展量理论建立了获得均匀照明反射器的一般方程,实现了在特定目标面上的均匀照明,进而依据该方程设计了用于体视显微镜的LED照明系统.利用TracePro软件对所设计的系统进行光线追迹仿真,结果表明在Φ90 mm的范围内照度均匀性达到90.6%,不考虑反射率损失时能量利用率可达到99.6%.该设计方案采用单一反射器实现均匀照明,为实现照明系统小型化和简单化提供了一种有效的途径.     

用于液晶显示屏幕检测的大口径小角度LED光源设计

针对液晶显示屏幕检测中光源照明均匀性较差的问题,基于非成像光学理论提出了一种大口径小角度的发光二极管(LED)照明光源设计方法。光源采用阵列式照明方式,对单颗LED设计菲涅耳透镜实现小角度的准直照明;推导阵列均匀照度分布条件并利用Trace Pro软件进行优化,确定阵列最优间距;最终通过在照明面上的光斑拼接叠加实现均匀矩形照明。照明光源由12×9个配光单元形成均匀方形阵列排布,每两个配光单元间距30 mm。仿真结果表明,光源的发光角度小于±10°,在距光源170 mm的照明面上,平均照度大于45000 lx,非均匀性3.8%,均满足设计指标。该方法设计的阵列式光源无论平均照度还是照度均匀性均比现有光源有明显优势。     

线扫描缺陷检测系统中的LED光源设计

光源是影响机器视觉输入系统的重要因素,直接影响输入数据的质量和至少30％的应用效果。在线扫描缺陷检测系统中,对光源的亮度、均匀性、直线性、寿命、光谱范围都提出了较高的要求。鉴于LED光源在机器视觉中具有许多优点,以LED线形光源为例,探讨了线形阵列LED光源照明光场分布的影响因素,结合柱面镜对光源单方向约束的特性,介绍了LED阵列和柱面镜组合的聚焦条形照明光源的设计方法。通过仿真,证明了该设计可满足线扫描系统对光源的要求。     

基于LED照明的光强传输方程相位测量系统北大核心CSCD

光强传输方程相位测量系统常使用激光作为光源或者借助商业显微镜搭建,存在成像质量受相干噪声影响、系统体积大及成本高等问题。为解决以上问题,提出一种基于LED照明的光强传输方程定量相位测量系统。使用LED照明,避免了激光散斑噪声的影响。在显微成像模块中,利用移动导轨调节并标定透镜位置,使得切换不同倍率显微物镜时均能与透镜构成4f成像系统,满足不同物体的测量需求。实验结果表明,所提系统可准确实现定量相位测量,具有系统紧凑、成本低、操作性强等优点。     

基于LED照明的光强传输方程相位测量系统

光强传输方程相位测量系统常使用激光作为光源或者借助商业显微镜搭建,存在成像质量受相干噪声影响、系统体积大及成本高等问题。为解决以上问题,提出一种基于LED照明的光强传输方程定量相位测量系统。使用LED照明,避免了激光散斑噪声的影响。在显微成像模块中,利用移动导轨调节并标定透镜位置,使得切换不同倍率显微物镜时均能与透镜构成4f成像系统,满足不同物体的测量需求。实验结果表明,所提系统可准确实现定量相位测量,具有系统紧凑、成本低、操作性强等优点。     

光场显微镜实现裸眼三维实时显示

提出了一种将光场显微镜与裸眼三维显示技术相结合的方法,实现了利用光场显微镜对微观样品进行三维裸眼实时观察的技术。该技术将光场显微镜得到的子图像阵列直接投影在微透镜阵列的焦平面上,在空间一定区域内双眼可分别观看到两幅不同视角图像,使观察者产生立体视觉。该系统具有结构简单,无需相干光源,无需佩戴特殊眼镜,可多人同时观看等优点,应用前景广泛。     

基于发光二极管环形阵列与漫反射表面的均匀照明光源研究

均匀的照明条件与光源良好的混色效果是彩色视觉的重要组成部分.基于发光二极管(LED)环形阵列与高漫反射率表面,研究了一种间接照明的均匀光源,建立了数学模拟算法.根据单个LED的朗伯体特性,讨论了LED环形阵列在半球形内表面上的辐照分布.半球形内表面是高漫反射率表面,可近似看作朗伯表面,将光均匀地反射到检测平面上.通过半...     

基于菌落挑选仪的暗视场照明的优化设计

针对高通量菌落挑选仪研发的照明设计,采用暗视场照明方式,在保证照度均匀的同时大幅提升了所采集菌落图像的对比度,以提高仪器整体性能。分析了影响照度均匀度的三个重要因素,LED环形光源中灯珠的投射角度、LED环形光源的阵列层数以及LED环形光源距目标面距离。模拟结果表明,当灯珠投射角度为75°、LED环形光源阵列为三层以及LED环形光源距目标面距离为61cm时,照度均匀度最优为93.16%。采用所设计的暗视场照明方式搭建实验系统,实验结果达到项目要求,并与软件模拟结果相匹配。     

基于MATLAB的LED阵列的研究与仿真

由于单颗LED的功率很小,作为照明光源使用时需要采用LED阵列形式。首先推导LED阵列的照度叠加公式,根据叠加公式对阵列进行仿真,以圆形为例分析LED在平面上的均匀分布以及以球表面为例分析LED在曲面上的均匀分布。给出两种LED阵列分布的仿真结果,得出不同阵列的分布特点。指出圆面阵列的照射范围比较集中,此类阵列分布的灯具适用于照射面较小且比较集中的照射领域;球表面上的阵列的照射分布范围比较广,呈圆面,此类阵列分布的灯具适用于照射面较大但照度要求不是很高的照射区域。该结果为LED灯具设计提供了依据。     

基于照明的LED阵列研究与仿真

LED是21世纪的绿色光源,具有广阔的照明前景。近年来,LED灯具产品开发的种类越来越多,设计合适的LED灯具显得尤为重要。由于单颗LED的功率很小,作为照明来使用,要求在照明区域内具有一定的均匀光通量和照度,所以需要采用LED的阵列形式, 加大其发光亮度和 发光面积,改善光照的均匀性。该文 首先计算LED阵列的照度叠加,进而根据叠加公式对阵列仿真,分析两种LED阵列分布的仿真结果,得出不同阵列的分布特点,并比较两种阵列的特点,最后分析出不同阵列分布的适用灯具,为LED灯具设计提供可靠依据。     

无透镜傅里叶变换显微数字全息成像系统的焦深

基于透镜相干光学成像系统的斯特列尔(Strehl)判据, 对无透镜傅里叶变换显微数字全息成像系统的焦深进行了推导, 得到了参考点源对称偏置和非对称偏置两种情况下的焦深表达式. 结果表明, 无透镜傅里叶变换显微数字全息成像系统的焦深决定因素与透镜相干成像系统的焦深决定因素不同, 其焦深不仅与照明光源的波长, 成像系统的孔径及记录距离有关, 还与参考光源的配置有关. 计算机模拟和实验结果均证明了理论分析的正确性.     

基于果蝇优化算法的三维LED光源阵列优化设计

为了在现有研究基础上使LED阵列光源的照度均匀度进一步提高,提出了一种新的LED阵列优化途径。根据Ivan Moreno提出的二维LED阵列优化设计方法,本文设计了以两种不同方式分布排列的二维优化LED阵列。利用果蝇优化算法对二维优化LED阵列芯片的位置参数进行进一步优化,实现LED阵列位置参数的三维空间的优化设计,使LED阵列光源的照度均匀度更优。使用Trace Pro对LED阵列的三维优化结果进行验证。研究结果表明,基于果蝇优化算法,经三维优化后的圆形LED阵列的照度均匀度可达到96.0%,相较于二维优化后的圆形LED阵列提高了25.3%;经三维优化后的正方形LED阵列的照度均匀度可达到97.4%,相较于二维优化后的正方形LED阵列提高了7.7%。该优化方法被证明是可行的,相较于传统优化方法,该方法节约了大量人力物力成本。     

基于双色LED芯片的双波长像面数字全息显微术

提出了一种基于双色LED芯片的双波长像面数字全息显微术。将主波长为670nm的红光芯片和主波长为521nm的绿光芯片封装成半球型LED芯片,然后利用彩色CCD相机获取被测样品在两种照明光波下的彩色相移数字全息图,最后采用色彩分离技术、相移技术及双波长相位提取技术获取被测样品的相位分布及面型分布。实验结果证明了本文方法的可行性。     

原棉异纤维检测系统照明光源光照度分布研究

在基于机器视觉的原棉异纤维检测系统中,选择能满足检测系统的光源和照明方案是提高系统检测率和检出率的关键,使检测对象尽可能多地显现出特征信息。选用单芯片InGaN(蓝)/YAG荧光粉型白光LED作为照明光源,采用理论计算和非成像光学设计的方法对LED阵列的光照度分布进行了研究,并根据原棉异纤维检测系统对光源光照度的具体要求,设计出了LED正方形阵列和三角形阵列两种排列方式,并利用TracePro软件对两种阵列形式进行仿真。通过比较两种阵列形式光照度分布的结果,最终选用高光照度且均匀性好的LED三角形阵列作为原棉异纤维检测系统的照明光源,满足了机器视觉成像的要求。     

光量子体系下基于粒子群算法的LED植物照明光源设计

在现代农业生产中,常采用发光二极管(LED)作为植物照明光源对农业作物进行补光,为提高LED植物照明阵列光源的均匀度,本文在光量子体系下,提出一种新的基于粒子群算法的LED植物照明阵列光源设计方法。通过MATLAB对红蓝光LED植物光源阵列进行数学建模,运用粒子群算法寻找高均匀度条件下的红蓝光LED坐标,设计出二维情况下的红蓝光LED排布阵列;在三维情况下,为解决维度升高时可能会导致的求解陷入局部极小问题,采用改进的随机惯性权粒子群算法进行三维方案设计,并使用Tracepro对两种设计方案进行验证,与传统的红蓝光LED等间距逐行排列设计进行了对比。研究结果表明,与常见逐行排列LED阵列设计达到的光量子通量密度(PPFD)均匀度为79.6%相比,通过粒子群算法寻优的设计方法,二维设计方案的PPFD均匀度达到88.7%,较等间距逐行排列设计提高了9.1%;三维设计方案的PPFD均匀度达到92.6%,较二维设计方案提高了3.9%,较等间距逐行排列设计提高了13%。本实验证明了运用粒子群算法在二维和三维空间进行LED植物照明阵列光源设计的可行性,在简易设计流程的同时,提高了工作效率。     

高精度定量相位显微成像方法研究

定量相位显微成像在工业检测、生物医学和光场调控等领域具有重要的应用价值。常用的定量相位显微成像技术通过干涉的方法来获取相位的定量分布,干涉装置的稳定性、光学衍射极限的限制、相位再现时的解包裹问题、激光照明下的相干噪声,以及动态观测过程中的样品离焦等因素都会影响定量相位显微成像的分辨率和精度。本文围绕高精度定量相位显微成像中的上述关键问题展开研究,通过构建物参共路的同步相移数字全息显微结构实现稳定的实时测量;采用结构光照明的超分辨相位成像方法实现对微小物体的超分辨相位成像;利用双波长照明将纵向无包裹相位测量范围扩大到微米量级;使用低相干LED照明解决相干噪声问题;提出了基于结构光照明和双波长照明的数字全息显微自动调焦方法,可以满足对不同类型样品的长时间跟踪观测。     

实现均匀照明的自由曲面反射器

通过单个自由曲面反射器的反射,令光源发出的能量重新分布,在特定照明面上实现所需照明,从而简化了投影设备中的照明系统,使设备的进一步小型化成为可能。根据给出的光源辐射特性和所需实现的照明面上的能量分布,可得到一组偏微分方程,数值差分求解直接得到自由曲面反射器。光源采用发光面积1 mm×1 mm朗伯体发光的LED,视角为120°,照明面为4:3的均匀矩形光斑。设计了两种自由曲面反射器,并用软件对得到的曲面进行了照明模拟,模拟得到的照明均匀性接近90%。两种反射器在光轴方向上的投影尺寸均小于25 mm,垂直光轴方向上投影长度均小于22 mm,照明系统总长均小于40 mm,结构紧凑,适用于小型LED投影设备。     

阵列型紫外LED匀光照明系统设计

为实现曝光系统均匀照明的目标,基于非成像光学,提出了一种阵列型模组的匀光照明系统优化设计方法。该方法首先通过对单模组的光学设计,实现半发散角度和阵列间距的初步计算,然后通过Trace Pro软件的Scheme宏语言和优化引擎相结合,实现对模组阵列间距的进一步优化,从而实现对整个光学系统的均匀照明设计。光源采用日亚紫外LED STS-DA1-2394E,阵列模组个数为5,阵列纵向间距为28 mm,横向间距为24 mm。该光学系统通过Trace Pro软件模拟仿真和实验结果表明:在距光源300 mm的距离处,可实现目标面积上的均匀照明,其非均匀性均小于5%,准直角度约为4°。