总第243期2010年第1期计算机与数字工程Computer&DigitalEngineeringVol.38No.11813显微镜光学系统仿真设计陈琳(邵阳学院邵阳422000)摘要为了实现显微镜光学系统的优化设计,利用计算机交互技术、绘图技术和模块化结构程序设计方法对显微镜光学系统进行了仿真模型开发。设计了基于计算机仿真的数学模型,在此基础上设计了实现仿真模型的模块化程序结构,利用交互技术解决了实验参数的人机交互,并开发了仿真模型的核心模块程序。该仿真系统实现了系统参数交互时成像效果的仿真,可以为显微镜光学系统的优化设计提供精确的效果模拟。关键词显微镜;显微镜光学系统;动态模拟;仿真中图分类号TP391.9DesignofMicroscopeOpticalSimulationSystemChenLin(ShaoyangUniversity,ShaoyangAbstractInordertooptimizemicroscopeopticalsystem,asimulationmodelaboutmicroscopeopticalsystemiscrea2ted.Themathematicalmodel,thecoreprogramandthehuman-computerinteractiontosimulatemicroscopeopticalsystemaredesigned.Thesimulationsystemcanbeusedtosimulatemicroscopeopticalsystemandtooptimizeitsdesign.KeyWordsmicroscope,microscopeopticalsystem,dynamicsimulation,simulation泛。因此,在非光学显微镜的分辨率已经达到原子级(0.1nm)水平的今天,提高光学显微镜的分辨率仍具有重大意义[1]。光学显微镜的光学系统是显微镜的核心部分,它对系统的成像质量起决定性作用。显微镜的光学技术参数包括:数值孔径、分辨率、放大率、焦深、视场宽度、覆盖差、工作距离等等。这些参数之间是相互联系又相互制约的,但应以保证分辨率为准。利用计算机自动绘图、交互控制及动态跟踪等软件技术建立基于计算机系统的显微镜的光学系统仿真模型,可以实现基于实验参数交互的系统成像动态仿真,能为显微镜光学系统的精确、优化设计提供效果模拟。本文研究了显微镜光学系统仿真模型建立的方法,建立了仿真的数学模型,在此基础引言光学仪器的基本功能是借助光学原理,通过光学系统来实现的。光学系统的优劣直接影响仪器的性能和质量。因此,光学系统设计是光学仪器设计和制造过程中的重要一环。显微镜是一种利用光学原理进行微观观察的光学仪器,通过选用不同的显微镜可以实现对透明、半透明、不透明物体的观察、检验,广泛应用于生物学、细菌学、药物化学、岩矿检验、工厂检验、学校实验、研究等等。传统的光学显微镜是以光波作为信息载体实现对样品的观察的,因而光学显微镜最突出的优点是对被观察物体不构成损伤,且对样品限制少,即对样品的状态、属性、材料、温度、透明与否等都无限制,对测量环境也无特殊要求,这使得它的应用范围非常广1收稿日期:2009年9月18日,修回日期:2009年10月15日作者简介:陈琳,男,副教授,研究方向:虚拟仿真技术和多媒体应用软件开发。3由于显微镜总满足正弦条件n′σsinU′=nσsinU,且n′=1,可得最小分辨率为:显微镜的光学原理透镜是组成显微镜光学系统的最基本的光学2σ=0.61λ0.61λ=(5)sinUA元件,物镜、目镜及聚光镜等部件均由单个或多个根据阿贝研究,在对物体做斜照明时,最小分辨率为:透镜组成。显微镜把近处的微小物体进行放大成像,图1是物体被显微镜放大成像的原理图。0.5λσ=(6)nsinU可见,显微镜的分辨率,对于一定波长的色光,在像差校正良好的情况下,完全被物镜的数值孔径所决定。数值孔径越大,分辨率越高。为了充分利用物镜的分辨率,使已被物镜所分辨的物体细节能被眼睛看清楚,显微镜必须有恰当的放大倍率,以便把细节放大到足够使人眼能分辨的程度。取2′和4′为人眼分辨角的下限和上限,则人眼在明视距离处能分辨开两点的间距即为σ被显微镜放大后的像,有:图1显微镜光学系统成像原理图为了方便,把物镜O1和目镜O2均以单块透镜表示。物体AB位于物镜前方,离开物镜的距离大于物镜的焦距,但小于两倍物镜焦距。它经物镜后,形成一个倒立的放大的实像A′B′。A′B′位于250×2×0.00029<0.5λM<250×4×0.00029目镜的物方焦点一倍焦距上或者一倍焦距以内接A近焦点F2的位置,经目镜放大为虚像A″B″后供眼(7)对于目视光学仪器,主色光的波长为0.00055,睛观察。虚像A″B″的位置取决于F2和A′B′之间...