高數值孔徑顯微物鏡設計

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姓名

吳思漢(Sih-han Wu) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

高數值孔徑顯微物鏡設計
(High NA objective lens design in hyperspectralmicroscope system)

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摘要(中)

在超光譜顯微術系統中，所需的不只是各項元件的品質要求，在成像端更需要高倍率、高成像品質之顯微物鏡。
本論文提出一具有高放大倍率、高數值孔徑以及長工作距離的顯微物鏡設計，目的是將之在超光譜顯微術系統中的擷取影像端達到較高的品質，並且讓系統的可用範圍更廣，不只限制在較小的工作範圍，而是加大整個工作區可用性。
而超光譜顯微術系統所量測的是生物樣本的激發螢光，因此本論文提出設計一顯微物鏡，利用油浸的方式，使之入射成像面的角度可達到NA=1.2，而所激發之螢光光譜能透過高數值孔徑的物鏡收集，回到後方成像端。本設計的特點在於高數值孔徑以及長工作距離，工作距離拉長除了上述所說的增加系統可用性外，也能夠使樣本量測的範圍加大，不會侷限在特定的距離內。
本論文的設計目標為P-V OPD = 0.125 wave、視場 = 240μm×240μm、working distance(WD) = 1mm以及放大倍率M = 60×。

摘要(英)

In the hyperspectal microscope system, not only every element quality, but also request image quality on the image space, so the system needed a microscope objective lens of high magnification and high image quality.
This dissertation is discusses about lens design of a microscope objective lens of high magnification, high numerical aperture and long working distance, the purpose is build a hyperspectral microscope system to obtain high quality molecular imaging information, also to expand usability of this system.
The purpose of hyperspectal microscope system is to obtain the excited fluorescence of biological sample, theobjective lens design of this system utilizedoil immersion to design this lens, and the fluorescence signal will be collected by the objective lensback to the imaging system.
The characteristic of this design is this objective lens has high magnification, high numerical aperture and long working distance.
This dissertationwill resultin P-V OPD = 0.125 wave, Fov = 240μm×240μm, working distance = 1mm and magnification = 60×.

關鍵字(中)

★ 鏡頭設計
★ 幾何光學
★ 顯微鏡
★ 物鏡

關鍵字(英)

★ lens design
★ high NA
★ objective lens

論文目次

摘要
ABSTRACT
致謝
目錄
圖目錄
表目錄
第一章緒論
1-1研究背景
1-2研究動機與目的
1-3論文架構
第二章基本光學理論
2-1高斯成像公式與薄透鏡成像公式
2-2像差導論
2-3光學不變量
2-4非球面表示法
第三章鏡頭設計參數與模擬
3-1導論
3-2設計參數定義
3-3設計品質目標
3-4設計流程
3-5更改設計並加入優化條件限制
3-6系統改良
3-7系統改良之可見光與紅外波段設計
3-8優化條件
第四章公差分析
4-1蒙地卡羅分析
4-2公差範圍
4-3公差分析流程
4-4公差分析結果
4-5公差分析結論
第五章結論與未來展望
第六章參考文獻
附錄一多波長之穿透率分析

參考文獻

[1]J. Hernandez-Palacios, I. J. Haug, Ø. Grimstad, and L. L. Randeberg, “Hyperspectral characterization of fluorophore diffusion in human skinusing an sCMOS based hyperspectral camera,” SPIE-OSA/ Vol. 8087 808717-3, June, 2011
[2]Michael B. Sinclair, David M. Haaland, Jerilyn A. Timlin, and Howland D. T. Jones, “Hyperspectral confocal microscope,” APPLIED OPTICS Vol. 45, No. 24 20 August, 2006.
[3]Pantazis Mouroulis and John Macdonald, “Geometrical optics and optical design,” 1997, pp.142–146.
[4]牟益弘，”三百萬畫素二點七五倍光學變焦手機鏡頭設計，” 國立中央大學，碩士論文，(2008)。
[5]http://www.microscopyu.com/articles/optics/objectiveintro.html
[6]http://www.edmundoptics.com/
[7]蕭澤新, “工程光學設計,” 2003.6, pp. 59–71.
[8]http://wenku.baidu.com/view/472c51cda1c7aa00b52acb50.html. 05/09/2012
[9]David R. shafer, “A family of catadioptric microscope objectives and its application,”ODF’12, St.-PETERSBURG, July, 2012.
[10]US patent5517360
[11]吳典學，”數位望遠鏡設計，” 國立中央大學，碩士論文，(2010)。

指導教授

梁肇文(Chao-wen Liang)

審核日期

2013-12-2

推文