光学精密工程2024,Vol.32Issue(18) :2744-2751.DOI:10.37188/OPE.20243218.2744

近红外二区宽谱段光学成像系统设计

Design of NIR-Ⅱ imaging system with wide spectrum

姜洋 赵东旭 宋玺尧 顾奕琦 邢妍 郑博
光学精密工程2024,Vol.32Issue(18) :2744-2751.DOI:10.37188/OPE.20243218.2744

近红外二区宽谱段光学成像系统设计

Design of NIR-Ⅱ imaging system with wide spectrum

姜洋 1赵东旭 2宋玺尧 3顾奕琦 4邢妍 1郑博5
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作者信息

  • 1. 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
  • 2. 佛山大学 物理与光电工程学院 粤港澳智能微纳光电技术联合实验室,广东 佛山 528000
  • 3. 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033;中国科学院大学,北京 100049
  • 4. 吉林大学中日联谊医院,吉林 长春 130033
  • 5. 广东科学技术职业学院,广东 珠海 519090
  • 折叠

摘要

针对近红外二区活体小动物荧光成像需求,解决宽谱段内多种波长同时复用问题,研究成像镜组的光学设计方法.以像差校正为设计出发点通过像差曲线的判读逐步迭代镜组结构;通过合理的光焦度分配加大后工作距离;通过玻璃材料选择优化兼顾宽谱段色差控制与能量透过率.最终获得光学系统焦距为 40mm的光学结构,在工作距离范围内(200~600 mm),近红外二区波段(0.9~2.3 μm)均可保证MTF>0.6@34 lp/mm,RMS点斑尺寸小于像元尺寸15 μm,全视场畸变小于1%.经分辨率靶标实拍测试能够达到50 μm的分辨能力.该光学设计方案提供了一种全玻璃球面透镜的解决方案,可以满足低探测阈值高质量活体小动物荧光成像需求.

Abstract

To address the demand for in vivo small animal fluorescence imaging in the near-infrared Ⅱ(NIR-Ⅱ)window,as well as solve the problem of simultaneous reuse of multiple wavelengths within a wide spectral range.This study took the perspective of aberration correction and designed an optical sys-tem by iteratively refining the lens group structure based on aberration curves.The working distance was increased through reasonable focal length distribution,and the glass material selection was optimized to balance chromatic aberration control and energy transmittance within the wide spectral range.The final op-tical structure ended up with a focal length of 40 mm,capable of ensuring MTF>0.6@34 lp/mm for the NIR-Ⅱ spectral band(0.9~2.3 μm)within the working distance range(200~600 mm),with RMS spot size smaller than the pixel size(15 μm)and distortion less than 1%across the entire field of view.Real-shot tests with resolution targets demonstrate a resolution capability of 50 μm.This optical design pro-vides a solution based on all-glass spherical lenses capable of meeting the requirements for high-quality,low detection threshold in vivo small animal fluorescence imaging in the NIR-Ⅱ window.

关键词

近红外二区活体成像/光学设计/像差曲线/焦外散斑

Key words

NIR-Ⅱ vivo imaging/optical design/aberration curves/bokeh

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基金项目

吉林省科技发展计划项目(20220201095GX)

天津市科技计划项目(22YFYSHZ00040)

国家自然青年科学基金项目(62105326)

广东省普通高校青年创新人才项目(2022KQNCX190)

出版年

2024
光学精密工程
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 中国仪器仪表学会

光学精密工程

CSTPCD北大核心
影响因子:2.059
ISSN:1004-924X
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