基于双轴锥镜的多层面快速自动对焦系统设计
摘要
针对现有显微成像系统对透明样品对焦时存在抗干扰性差、易脱焦、光能利用率低等问题，计算、设计并搭建了一种基于双轴锥镜的半环形光束自动对焦系统。为了获得环形光束内、外径的计算公式，利用斯涅尔定律与几何关系，获得了环形光束口径与轴锥镜折射率、间距之间的相互关系；由于系统光源的非对称性，为了计算系统的空间分辨率和轴向分辨率，采用分割近似和振幅叠加原理，推导了半环形光束的远场振幅分布，可计算系统分辨能力；为了验证光束质量并与实验相互验证，根据菲涅耳-基尔霍夫理论推导了高斯光束经过轴锥镜后的准确光能分布公式。设计并搭建了工作波长为785 nm、半环形光束内/外径为19 mm/20 mm、成像焦距为200 mm的快速自动对焦系统，其中成像光路在400~790 nm范围实现了宽谱段消色差，避免了不同波长对焦不一致；照明光路获得了边界清晰锐利的环形光束光能分布，为多层面识别提供了良好照明条件；在物镜数值孔径（NA）为0.8时，计算得到对焦系统的空间分辨率为0.77 μm，轴向分辨率为0.40 μm，小于显微物镜景深的1/4，满足高精度对焦要求。
引用本文（GB/T 7714）
李林晗 Li Linhan, Ying Liu, 于晨 Yu Chen, 等. 基于双轴锥镜的多层面快速自动对焦系统设计[J]. Acta Optica Sinica, 2024.
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