[發明專利]一種物體外輪廓非線性多級放大光學成像技術原理、裝置和攝像方法

有效

• 申請號: 200910060951.7
• 申請日: 2009-03-04
• 公開（公告）號: CN101694547A
• 公開（公告）日: 2010-04-14
• 發明（設計）人: 王曉明
• 申請（專利權）人: 王曉明
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G02B27/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：本發明涉及一種物體外輪廓非線性多級放大光學成像技術原理、裝 置和攝像方法，屬于光學成像系統原理和裝置技術領域

背景技術：自從十六世紀荷蘭人扎恰里亞斯·詹森發明顯微鏡以來，顯微鏡的 發明，對于擴大人們對微觀世界的認識，特別是對微生物學和細胞生物學的發 展，起著不可替代的巨大作用。雖然顯微鏡的制造技術在不斷進步和發展，出 現了各式各樣各種用途的顯微鏡，其都是使用物鏡透鏡和目鏡透鏡的的光學成 像原理，這種原理一直使用在所有光學成像系統到今天沒有改變.然而，傳統的 顯微鏡和望遠鏡只使用兩級放大，使用的是線性成像原理，即物體發出的光路 直線通過透鏡的光心而成像。由于受光波干涉理論的思想限制，一般認為顯微 鏡的分辨率不能超過200納米，光學顯微鏡的放大倍數小于2000，即阿貝障礙. 因而也大大限制了顯微鏡放大倍數和分辨率的提高設計和制造，我們突破了傳 統理論思想的束縛，發明設計了一種物體外輪廓非線性多級放大光學成像技術 原理、裝置和攝像方法，克服了傳統線性成像原理顯微鏡的分辨率和放大倍數 不能進一步提高的障礙，實現了物體外輪廓光學顯微成像的進一步放大。該項 技術原理可用于所有需要物體外輪廓放大成像的光路系統之中，對于開闊人們 對微觀物質世界的認識視野，特別是促進細胞生物學的發展，有著十分重大的 科學意義和經濟價值。

發明內容：本發明涉及一種物體外輪廓光路多透鏡多級放大成像的技術原理以 及裝置和攝像方法，其技術特征是，在物體和成像檢測設備光路之間，使用3 個和3個以上的直徑從小到大的透鏡組進行連級放大成像，利用從物體外輪廓 發射、反射、折射和衍射的光線在多個透鏡中非直線性傳播而成像。通過分別 調節物體和物鏡、多個透鏡之間、透鏡和檢測圖像設備之間的距離，即調節多 級成像焦距，在多個透鏡后得到物體外輪廓圖像的放大成像。

物體外輪廓光路多透鏡多級放大成像的技術原理說明

附圖說明：

圖1凹透鏡光線傳播和成像

圖2凸透鏡光線傳播和成像，物體在F1之內

圖3凸透鏡光線傳播和成像，物體在焦距F1與2倍焦距F1之間

圖4?3個凸透鏡成像光路圖

圖5?4個凸透鏡成像光路圖

圖6?5個凸透鏡成像光路圖

圖7?6個凸透鏡成像光路圖

圖8?1個凹透鏡2個凸透鏡成像光路圖

圖9?1個凹透鏡3個凸透鏡成像光路圖

圖10光學成像多級放大裝置之一示意圖

下面結合附圖和實施方法對本發明的技術原理作進一步說明

光線從一種介質斜射入另一種介質時，傳播方向一般會發生變化，這種現 象叫光的折射。荷蘭數學家W.斯涅耳通過實驗精確確定了入射角與折射角 的余割之比為一常數的規律，即cscθi/cscθt＝常數，這是光的折射定律。光學 成像是將物體上發出或反射與折射的光通過利用透鏡的折射原理，聚焦到一個 特定距離的平面上或曲面上實現成像。顯微鏡和望遠鏡是利用兩個透鏡，將微 小的物體或遠處的物體，成像到某個平面上，從而實現物體的圖像變大。依據 阿貝(Abbé)定律，D＝λ/2N.A，D為分辨率，λ為光波波長，N.A為物鏡的數值 孔徑，由于數值孔徑最大值為1.4，可見光波長一般400nm至800nm，所以。光 學顯微鏡物理分辨極限為200納米。然而，阿貝定律是依據光的波動理論推導 而得到的的。其推導的成像分辨率公式都是光線直線通過透鏡光心傳播成像的 原理的，因而只適用于光路直線通過透鏡光心傳播成像的原理的而設計的光學 設備和儀器。

我們依據光的折射定律對凸透鏡和凹透鏡各種光線的傳播途徑進行分析， 如圖1，圖2，圖3，我們發現，凸透鏡有通過透鏡光心的成像光焦點，還有非 通過透鏡光心的成像光焦點，凹透鏡沒有能通過透鏡光心的成實像光焦點因而 不能得到實像，但是也有非通過透鏡光心的成像光焦點。通過凸透鏡光心聚焦 的成像的大小和成像于位置與原物的大小和物體距離成簡單比例，從同一個垂 直于光軸的平面上的任何一點發出的光線都可以形成通過凸透鏡的光心聚焦成 像在同一成像平面上，焦點深度無限長，成像的焦點位置容易找到。而非通過 透鏡光心的成像光焦點，焦點深度很小，并且同一個垂直于光軸的平面上的光 點都不能聚焦成像在同一平面上。