顯微鏡 照明特性的定義和測量 第 1 部分：明場顯微鏡的圖像亮度和均勻性

ICS37.020

CCSN32

中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)

GB/TXXXX.1—XXXX/ISO19056-1:2015

`

顯微鏡照明特性的定義和測量

第1部分：明場顯微鏡的圖像亮度和均勻性

Microscopes—Difinitionandmeasurmentofilluminationproperties

Part1：Imagebrightnessanduniformityinbrightfieldmicroscopy

(ISO19056-1:2015，IDT)

（征求意見稿）

在提交反饋意見時(shí)，請(qǐng)將您知道的相關(guān)專利連同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實(shí)施

GB/TXXXX.1—XXXX/ISO19056-1:2015

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定

起草。

本文件為GB/TXXXX《顯微鏡照明特性的定義和測量》的第1部分。GB/TXXXX分為以下二個(gè)部分：

——第1部分:明場顯微鏡的圖像亮度和均勻性；

——第2部分:明場顯微鏡中與顏色相關(guān)的照明特性。

本文件等同采用ISO19056-1：2015《顯微鏡照明特性的定義和測量第1部分:明場顯微鏡的圖像

亮度和均勻性》。

——本文件增加了“規(guī)范性引用文件”一章；

——本文件增加了“術(shù)語和定義”一章。

本文件做了下列編輯性改動(dòng)：

——對(duì)第1章范圍和“注”的內(nèi)容進(jìn)行了編輯；

——將4.1總則內(nèi)容進(jìn)行了編輯；

——將公式（1）中的參數(shù)用符號(hào)代替和符號(hào)的含義；

——?jiǎng)h除了參考文獻(xiàn)。

請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。

本文件由中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)提出。

本文件由全國光學(xué)和光子學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC103）歸口。

本文件起草單位：

本文件主要起草人：

II

GB/TXXXX.1—XXXX/ISO19056-1:2015

顯微鏡照明特性的定義和測量

第1部分：明場顯微鏡的圖像亮度和均勻性

1范圍

本文件規(guī)定了明場光學(xué)顯微鏡圖像的亮度和均勻性的定義和用電子成像設(shè)備測量這些特性的測量

方法以及應(yīng)向用戶提供的相關(guān)信息。

本文件適用于采用透射、反射以及常規(guī)和激光照明的顯微鏡照明特性檢測。

注：本文件僅限定用電子成像設(shè)備檢測顯微鏡的照明特性。如果通過目鏡進(jìn)行目視檢測，則需要另外的測量程序，

因此在測量程序的描述中應(yīng)予以明確。盡管如此，通過目鏡對(duì)中繼圖像平面進(jìn)行視覺觀察，還是可為圖像亮度

提供有用的評(píng)估。

2規(guī)范性引用文件

本文件沒有規(guī)范性引用文件。

3術(shù)語和定義

本文件沒有需要界定的術(shù)語和定義。

4測量參量

4.1總則

為了在使用光學(xué)顯微鏡時(shí)獲得所需的圖像質(zhì)量，圖像的亮度和均勻性起著重要的作用。這也適用于

不同的應(yīng)用程序和各種類型的儀器。

當(dāng)使用電子成像設(shè)備檢測顯微鏡圖像的亮度和均勻性時(shí)，測量僅在圖像平面或中繼圖像平面中定義。

4.2亮度

被測圖像應(yīng)足夠明亮，以便于檢測到被測物體的細(xì)節(jié)。

注：這尤其適用于顯微對(duì)比度增強(qiáng)技術(shù)，如相位對(duì)比、差分干涉對(duì)比、暗場顯微鏡或熒光顯微鏡。盡管這些對(duì)比度

增強(qiáng)超出了本文件的范圍，但給出的概念可以很容易地進(jìn)行擴(kuò)展。

由于本文件是基于測量程序的，因此圖像亮度應(yīng)以相應(yīng)的SI單位表示。當(dāng)光源連續(xù)覆蓋可見光譜范

圍(380nm～780nm)時(shí)，這通常是燈絲、鹵素?zé)粢约坝糜跓晒庑桶咨獿ED的情況，應(yīng)使用光度單位照度(以

lm/m2為單位)。輻射測量的輻照度（以W/m2為單位）可應(yīng)用于所有其他照明源（如放電弧燈、激光器和

單色LED），并更普遍地適用于紫外和紅外光譜范圍。

4.3均勻性

顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到一定程度的圖像均勻性，以便于檢測到被測物體的細(xì)節(jié)?？拷鼒D像邊緣區(qū)

域的亮度可能嚴(yán)重下降而導(dǎo)致圖像亮度值達(dá)不到上述要求。

1

GB/TXXXX.1—XXXX/ISO19056-1:2015

此外，圖像區(qū)域上圖像亮度的空間變化并不能總是使所檢測物體特性的空間變化得以區(qū)分。

圖像區(qū)域中亮度的均勻性由公式（1）表示：

?

?=min×100%······································································(1)

?max

式中：

U——均勻性；

2

Bmin——圖像場內(nèi)最小亮度，單位為坎德拉每平方米（cd/m）；

2

Bmax——圖像場內(nèi)最大亮度單位為坎德拉每平方米（cd/m）。

注：根據(jù)圖像區(qū)域的大小、物鏡放大率和傳感器像素的大小，可能需要應(yīng)用適當(dāng)?shù)钠骄惴▉碛?jì)算均勻性。

5測量程序

5.1總則

除了定義測量裝置的空間布局和測量程序外，還需要給出顯微鏡的基本設(shè)置，以消除其對(duì)圖像亮度

和均勻性測量的影響。

5.2光闌設(shè)置

為了獲得清晰的測量結(jié)果，相關(guān)光闌的設(shè)置規(guī)定如下：

光路中的任何視場光闌應(yīng)打開至足夠的尺寸，以完全包含所需圖像區(qū)域或圖像傳感器。如果做不到，

則最小光闌就決定了視場的大小。

除了物鏡固有的孔徑光闌之外，測量時(shí)還需要一個(gè)額外的孔徑光闌，并將其放置在顯微鏡的照明光

路中，圖像亮度主要取決于額外的孔徑光闌的孔徑大小。

這個(gè)額外的孔徑光闌應(yīng)打開至物鏡共軛孔徑尺寸（NA）的大小，因?yàn)檫@個(gè)尺寸能非常精確地設(shè)置。

若照明孔徑大小設(shè)置為較小的值（例如，大約相當(dāng)于科勒照明所需的物鏡孔徑大小的2/3），將導(dǎo)

致較高的測量不確定性。但允許照明孔徑大于物鏡的孔徑，它只是增加雜散光來提高被測圖像的亮度，

同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致高的測量不確定性。

特別是：在使用具有大數(shù)值孔徑的物鏡時(shí)，不可能總是將照明孔徑增加到相應(yīng)的值。在這種情況下，

應(yīng)注明實(shí)際的照明孔徑（見第6章）。

5.3亮度（照度和輻照度）

利用積分球在給定圖像區(qū)域的中心測量光通量。圖像區(qū)域的中心應(yīng)通過放置在圖像平面上圓形直徑

（4.0mm±0.0.05mm）的測量孔徑來限制。積分球的入口孔徑應(yīng)至少為測量孔徑的兩倍。

如果顯微鏡的機(jī)械結(jié)構(gòu)不允許將積分球的入口孔徑放置在圖像區(qū)域的平面上，則可以使用輔助光學(xué)

技術(shù)將圖像平面投影到積分球的入口孔徑中。

5.4均勻性

應(yīng)使用能夠捕獲整個(gè)圖像區(qū)域的電子圖像傳感器進(jìn)行均勻性測量。該電子圖像傳感器應(yīng)由至少50

行和列的單個(gè)元素（像素）組成。此外，圖像傳感器應(yīng)設(shè)計(jì)為無限遠(yuǎn)的入瞳。

如果顯微鏡的機(jī)械結(jié)構(gòu)不允許將圖像傳感器放置在圖像區(qū)域的平面上，則不應(yīng)使用輔助光學(xué)設(shè)備。

在這種情況下，不能根據(jù)本文件來測量均勻性值。

2

GB/TXXXX.1—XXXX/ISO19056-1:2015

該圖像傳感器不需要以輻射測量或光度單位進(jìn)行校準(zhǔn)，因?yàn)槠漭敵隹梢耘c5.3中所述的亮度測量有

關(guān)。然而，為了保持輻照度和傳感器信號(hào)之間的線性關(guān)系（γ=1），不應(yīng)對(duì)來自圖像傳感器的信號(hào)應(yīng)用

伽馬校正。

5.5光譜信息

當(dāng)光源連續(xù)覆蓋可見光譜范圍(380nm～780nm)時(shí)（對(duì)于鹵素?zé)艋驘晒庑桶坠釲ED)，可以省略額外的

光譜信息。

對(duì)于所有其他照明源（如放電弧燈、激光器和單色LED），圖像亮度和均勻性應(yīng)參照特定的光譜范

圍。示例見第6章。

6提供給用戶的信息

如果向用戶提供了圖像亮度和均勻性的信息，則應(yīng)根據(jù)5.3和5.4中給出的定義提供該信息，并應(yīng)包

含以下附加數(shù)據(jù)：

a)圖像區(qū)域的尺寸和形狀的信息如下:

1)圖像區(qū)域?yàn)榫匦?，寬度?0mm，高度為8mm；

2)圖像區(qū)域?yàn)閳A形，直徑為20mm；

3)圖像均勻性為80%（在FN17處）。

b)顯微鏡配置的信息，特別是用戶可以更換的配置，但在測量照明亮度時(shí)屬于光學(xué)系統(tǒng)的附加

光學(xué)元件（如濾光片、物鏡、聚光鏡等）：

1)列出配置和附加零件編號(hào)；

2)如果不是6b）中給出的配置的一部分，需特別列出光源、物鏡和聚光鏡。

c)所用照明光源及其相關(guān)參數(shù)（光譜特性、電壓或電流等）的信息；

d)如果不能達(dá)到物鏡的NA值，應(yīng)特別列出照明孔徑尺寸的信息；

e)測量的圖像亮度和均勻性的光譜范圍的信息如下：

1)在可見光光譜范圍內(nèi)：150lm/m2；

2)在850nm至880nm的范圍內(nèi)：0.8W/m2；

3)在（532±10）nm處：1.1W/m2。

3

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參考文獻(xiàn)

[1]ISO10934-1,Opticsandopticalinstruments—Vocabularyformicroscopy—Part1:

Lightmicroscopy

[2]ISO12853,Microscopes—Informationprovidedtotheuser

[3]ISO80000(allparts),Quantitiesandunits

4

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目次

前言.................................................................................II

1范圍...............................................................................1

2規(guī)范性引用文件.....................................................................1

3術(shù)語和定義.........................................................................1

4測量參量...........................................................................1

5測量程序...........................................................................2

6提供給用戶的信息...................................................................3

參考文獻(xiàn)..............................................................................4

I

GB/TXXXX.1—XXXX/ISO19056-1:2015

顯微鏡照明特性的定義和測量

第1部分：明場顯微鏡的圖像亮度和均勻性

1范圍

本文件規(guī)定了明場光學(xué)顯微鏡圖像的亮度和均勻性的定義和用電子成像設(shè)備測量這些特性的測量

方法以及應(yīng)向用戶提供的相關(guān)信息。

本文件適用于采用透射、反射以及常規(guī)和激光照明的顯微鏡照明特性檢測。

注：本文件僅限定用電子成像設(shè)備檢測顯微鏡的照明特性。如果通過目鏡進(jìn)行目視檢測，則需要另外的測量程序，

因此在測量程序的描述中應(yīng)予以明確。盡管如此，通過目鏡對(duì)中繼圖像平面進(jìn)行視覺觀察，還是可為圖像亮度

提供有用的評(píng)估。

2規(guī)范性引用文件

本文件沒有規(guī)范性引用文件。

3術(shù)語和定義

本文件沒有需要界定的術(shù)語和定義。

4測量參量

4.1總則

為了在使用光學(xué)顯微鏡時(shí)獲得所需的圖像質(zhì)量，圖像的亮度和均勻性起著重要的作用。這也適用于

不同的應(yīng)用程序和各種類型的儀器。

當(dāng)使用電子成像設(shè)備檢測顯微鏡圖像的亮度和均勻性時(shí)，測量僅在圖像平面或中繼圖像平面中定義。

4.2亮度

被測圖像應(yīng)足夠明亮，以便于檢測到被測物體的細(xì)節(jié)。

注：這尤其適用于顯微對(duì)比度增強(qiáng)技術(shù)，如相位對(duì)比、差分干涉對(duì)比、暗場顯微鏡或熒光顯微鏡。盡管這些對(duì)比度

增強(qiáng)超出了本文件的范圍，但給出的概念可以很容易地進(jìn)行擴(kuò)展。

由于本文件是基于測量程序的，因此圖像亮度應(yīng)以相應(yīng)的SI單位表示。當(dāng)光源連續(xù)覆蓋可見光譜范

圍(380nm～780nm)時(shí)，這通常是燈絲、鹵素?zé)粢约坝糜跓晒庑桶咨獿ED的情況，應(yīng)使用光度單位照度(以

lm/m2為單位)。輻射測量的輻照度（以W/m2為單位）可應(yīng)用于所有其他照明源（如放電弧燈、激光器和

單色LED），并更普遍地適用于紫外和紅外光譜范圍。

4.3均勻性

顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到一定程度的圖像均勻性，以便于檢測到被測物體的細(xì)節(jié)。靠近圖像邊緣區(qū)

域的亮度可能嚴(yán)重下降而導(dǎo)致圖像亮度值達(dá)不到上述要求。

1

GB/TXXXX.1—XXXX/ISO19056-1:2015

此外，圖像區(qū)域上圖像亮度的空間變化并不能總是使所檢測物體特性的空間變化得以區(qū)分。

圖像區(qū)域中亮度的均勻性由公式（1）表示：

?

?=min×100%······································································(1)

?max

式中：

U——均勻性；

2

Bmin——圖像場內(nèi)最小亮度，單位為坎德拉每平方米（cd/m）；

2

Bmax——圖像場內(nèi)最大亮度單位為坎德拉每平方米（cd/m）。

注：根據(jù)圖像區(qū)域的大小、物鏡放大率和傳感器像素的大小，可能需要應(yīng)用適當(dāng)?shù)钠骄惴▉碛?jì)算均勻性。

5測量程序

5.1總則

除了定義測量裝置的空間布局和測量程序外，還需要給出顯微鏡的基本設(shè)置，以消除其對(duì)圖像亮度

和均勻性測量的影響。

5.2光闌設(shè)置

為了獲得清晰的測量結(jié)果，相關(guān)光闌的設(shè)置規(guī)定如下：

光路中的任何視場光闌應(yīng)打開至足夠的尺寸，以完全包含所需圖像區(qū)域或圖像傳感器。如果做不到，

則最小光闌就決定了視場的大小。

除了物鏡固有的孔徑光闌之外，測量時(shí)還需要一個(gè)額外的孔徑光闌，并將其放置在顯微鏡的照明光

路中，圖像亮度主要取決于額外的孔徑光闌的孔徑大小。

這個(gè)額外的孔徑光闌應(yīng)打開至物鏡共軛孔徑尺寸（NA）的大小，因?yàn)檫@個(gè)尺寸能非常精確地設(shè)置。

若照明孔徑大小設(shè)置為較小的值（例如，大約相當(dāng)于科勒照明所需的物鏡孔徑大小的2/3），將導(dǎo)

致較高的測量不確定性。但允許照明孔徑大于物鏡的孔徑，它只是增加雜散光來提高被測圖像的亮度，

同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致高的測量不確定性。

特別是：在使用具有大數(shù)值孔徑的物鏡時(shí)，不可能總是將照明孔徑增加到相應(yīng)的值。在這種情況下，

應(yīng)注明實(shí)際的照明孔徑（見第6章）。

5.3亮度（照度和輻照度）

利用積分球在給定圖像區(qū)域的中心測量光通量。圖像區(qū)域的中心應(yīng)通過放置在圖像平面上圓形直徑

（4.0mm±0.0.05mm）的測量孔徑來限制。積分球的入口孔徑應(yīng)至少為測量孔徑的兩倍。

如果顯微鏡的機(jī)械結(jié)構(gòu)不允許將積分球的入口孔徑放置在圖像區(qū)域的平面上，則可以使用輔助光學(xué)

技術(shù)將圖像平面投影到積分球的入口孔徑中。

5.4均勻性

應(yīng)使用能夠捕獲整個(gè)圖像區(qū)域的電子圖像傳感器進(jìn)行均勻性測量。該電子圖像傳感器應(yīng)由至少50

行和列的單個(gè)元素（像素）組成。此外，圖像傳感器應(yīng)設(shè)計(jì)為無限遠(yuǎn)的入瞳。

如果顯微鏡的機(jī)械結(jié)構(gòu)不允許將圖像傳感器放置在圖像區(qū)域的平面上，則不應(yīng)使用輔助光學(xué)設(shè)備。

在這種情況下，不能根據(jù)本文件來測量均勻性值。

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