(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211148631.9 (22)申请日 2022.09.21 (71)申请人 东北大学 地址 110819 辽宁省沈阳市和平区文化路3 号巷11号 (72)发明人 魏阳杰　侯威翰　 (74)专利代理 机构 沈阳东大知识产权代理有限 公司 21109 专利代理师 徐湘辉 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/10(2006.01) (54)发明名称 一种传统光学显微镜三维模糊特性的建模 方法 (57)摘要 本发明提供了一种传统光学显微镜三维模 糊特性的建模方法， 属于光学显微观测技术领 域。 该方法包括基于菲涅尔衍射理论建立光学系 统中成像面上任意点的光振幅表达式； 利用弥散 斑直径与被观测物体之间的几何关系构建不含 理想物距的物距 变化与像距变化之间的关系； 根 据光学系统中成像面上任意点的光振幅表达式 和不含理想物距的物距变化与像距变化之间的 关系推导出成像面上任意点的包含物距变化量 的光振幅表达式； 根据成像面上任意点的包含物 距变化量的光振幅表达式推导出成像面上任意 点的光强分布表达式； 根据成像面上任意点的光 强分布表达式建立模糊度与离焦深度变化之间 的关系， 从而得到传统光学显微系统的模糊度的 变化规律。 权利要求书3页 说明书8页 附图3页 CN 115455710 A 2022.12.09 CN 115455710 A 1.一种传统光学显微镜三维模糊特性的建模方法， 其特 征在于， 该 方法包括以下步骤： 步骤1： 基于菲涅尔衍 射理论建立 光学系统中成像面上任意 点的光振幅表达式； 步骤2： 利用弥散斑直径与被观测物体之间的几何关系构建不含理想物距的物距变化 与像距变化之间的关系； 步骤3： 根据步骤1建立的光学系统中成像面上任意点的光振幅表达式和步骤2构建的 不含理想物距的物距变化与像距变化之 间的关系， 推导出成像面上任意点的包含物距变化 量的光振幅表达式； 步骤4： 根据成像面上任意点的包含物距变化量的光振幅表达 式， 推导出成像面上任意 点的光强分布 表达式； 步骤5： 根据成像面上任意点的光强分布表达式建立模糊度与离焦深度变化之间的关 系， 从而得到传统光学显微系统的模糊度的变化 规律。 2.根据权利要求1所述的传统光学显微镜三维模糊特性的建模方法， 其特征在于， 所述 步骤2包括如下步骤： 步骤2.1： 利用被观测物体移动时的弥散斑直径与物高的比值建立像距变化与理想像 距之间的比例关系： 上式中， p1为被观测目标移动时的弥散斑直径； D为物高； Δb为物 体移动前后像距 变化； b0为显微镜的理想像距； 步骤2.2： 利用成像面移动后的弥散斑直径与光路径向距离变化的比值建立理想物距 与理想像距之间的比例关系： 上式中， p2为像距移动时 的弥散斑直径； h为物距变化后光路的径向距离变化； d0为显微 镜的理想物 距； 步骤2.3： 利用几何关系， 建立物体移动前后的光路的径向变化距离的表达式： 上式中， Δd为物体移动前后物 距变化； 步骤2.4： 令上述被观测物体移动后的弥散斑直径和成像面移动移动后的弥散斑直径 不变， 建立包 含理想物 距的物距变化与像距变化之间的关系： 上式中， Δb为像距变化 量； 步骤2.5： 根据几何光学的成像公式， 得到不含理想物距的物距变化与像距变化之间的 关系：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115455710 A 2ξ ＝b0‑f                          (11) 上式中， f为显微镜的焦距； ξ 为理想像距与焦距的差值。 3.根据权利要求2所述的传统光学显微镜三维模糊特性的建模方法， 其特征在于， 所述 成像面上任意 点的包含物距变化量的光振幅表达式EP如下： 上式中， a为显微镜 透镜的有效半径。 4.根据权利要求3所述的传统光学显微镜三维模糊特性的建模方法， 其特征在于， 所述 成像面上任意 点的光强分布 表达式如下： 5.根据权利要求4所述的传统光学显微镜三维模糊特性的建模方法， 其特征在于， 所述 步骤5包括如下步骤： 步骤5.1： 根据正交多项式的性质， 对成像面上任意点的光强分布表达式进行变化， 得 到基于正交多 项式的光强分布 表达式； 步骤5.2： 在基于正交多项式的光强分布表达式的基础上加入参数K， 构建较精确的光 强分布表达式； 所述 参数为一组介于1到7之间的常数； 步骤5.3： 在较精确的光强分布表达式的基础上对贝塞尔函数以及指数函数进行高斯 拟合， 得到简化后的光强分布 表达式； 步骤5.4： 基于简化后的光强分布表达式得到模糊度与离焦深度变化之间的关系表达 式。 6.根据权利要求5所述的传统光学显微镜三维模糊特性的建模方法， 其特征在于， 所述 基于正交多 项式的光强分布 表达式为：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115455710 A 3