一种光学系统技术方案

本发明专利技术提供一种光学系统，其包括照明聚焦子系统和荧光探测系统，照明聚焦子系统包括发光单元、多光程单元和第一物镜；发光单元用于出射激发光至多光程单元；多光程单元用于将激发光分成至少两束主光并出射至第一物镜，不同主光束之间存在预定的光程差；第一物镜对至少两束主光进行聚焦，以得到用于照射目标物的具有多个焦点的光束，相邻焦点之间具有根据对应主光束之间的光程差确定的间距。荧光探测系统用于采集样品发出的荧光并成像。本发明专利技术与现有技术相比不仅照明范围更大更均匀，且光路系统的结构得以简化，光路光程差调控十分方便，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种光学系统
本专利技术涉及光学
，具体涉及一种光学系统。
技术介绍
荧光显微镜是生命科学研究领域的一种重要工具。在生命科学研究中，往往需要对生物体感兴趣的区域进行荧光标记，该区域受到激发光的照射后，发射的荧光将包含生物体的结构和功能信息，为进一步的研究提供可能。在传统荧光显微镜系统中，纵向分辨率差于横向分辨率，且由于样品焦面上下区域同样受到激光照射，造成图像背景噪音高，信噪比低，还引入了额外的光损伤。在光片系统中，只有焦面薄薄一层被照亮，因此可以提高成像信噪比和减少光损伤，并且如果侧面照明的光片越薄，成像的纵向分辨率也能越高。但是，受到聚焦后光束分辨率和焦深不可兼得的限制，如果焦点处光片厚度越薄，焦深越短，意味着均匀照明的区域越小，也就是有效视野越小，因此存在光束厚度和照明视野不可兼得的问题。激光加工装置是通过光学系统将激光聚焦到加工对象进行激光加工的设备。在对光学透明材料进行切割时，通常会把激光聚焦到透明材料内部一定深度，通过长时间激光照射，使得焦点附近位点发生变性，从而切割开来。如果想要更高效率和更高精度地进行切割，则需要在保持小光斑照明的同时，又能均匀长焦深照射待切割部位。然而实际情况中，聚焦光斑大小和焦深是互相受限的。生物科学研究中，为了对选定区域成像，可以结合荧光显微与激光照射技术，光片显微荧光成像领域及激光加工领域中所使用的光学系统，照明光经过物镜聚焦后，形成具有一定焦深的光斑。分辨率的高低体现为聚焦的光斑大小，而分辨率和焦深均主要由光源波长和物镜决定，图4为高斯光束示意图，经过物镜聚焦后，高斯光束的束腰宽度和瑞利半径呈反比例关系，互相制约，光斑越大则焦深越短，焦深越长则光斑越小，故现有技术中光学系统存在着高分辨率和长焦深不可兼得的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种光学系统，其包括照明聚焦子系统，照明聚焦子系统包括发光单元、多光程单元和第一物镜；发光单元用于出射激发光至多光程单元；多光程单元用于将激发光分成至少两束主光并出射至第一物镜，不同主光束之间存在预定的光程差；第一物镜对至少两束主光进行聚焦，以得到用于照射目标物的具有多个焦点的光束，相邻焦点之间具有根据对应主光束之间的光程差确定的间距。本专利技术与现有技术相比不仅照明范围更大更均匀，且光路系统的结构得以简化，光路光程差调控十分方便，具有广阔的应用前景。附图说明图1为实施例一的多焦点照明光学系统结构示意图；图2为实施例一的多焦点照明光学系统工作状态效果模拟图；图3为实施例一的平片组示意图；图4为高斯光束示意图；图5为实施例一的光束经第一物镜聚焦示意图；图6为单焦点及多焦点光场分布模拟图；图7为实施例二的多焦点照明光学系统结构示意图。具体实施方式下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本专利技术能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本专利技术相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本专利技术的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本专利技术所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。本专利技术的构思是将物镜会聚的光变为多焦点的光，相邻焦点之间具有预设的间距，当相邻焦点对应的主光经物镜聚焦后其瑞利半径区域相衔接或存在重合时，从物镜出射的用于照射目标物的照明光束的照明范围被增加，从而在保证分辨率的前提下增加了焦深。本专利技术实施例中，通过将一束光(例如高斯光)分成不同光程的光，使不同光程的光(例如高斯光)经物镜聚焦后形成具有多个聚焦位置的照射光束。实施例一：如图1所示为本实施例的多焦点照明光学系统，其包括照明聚焦子系统和荧光探测系统，照明聚焦子系统包括发光单元、多光程单元和第一物镜30。发光单元包括激光光源10和准直扩束透镜组(即准直会聚透镜组)，激光光源10用于发射激发光，该激发光优选为线偏振光，波长例如可以是473nm。准直扩束透镜组位于激发光的光路上，将激发光进行准直扩束后经第三透镜13会聚到多光程单元。在一种实施例中，准直会聚透镜组包括第一透镜11和第二透镜12，第一透镜11将激发光会聚至第二透镜12，第二透镜12将该会聚后的激发光进行准直和扩束。多光程单元位于发光单元出射的激发光的光路上，用于对会聚光束进行光程调节，使得射出的光束中能够分出不同光程的光束。本实施例中，多光程单元包括第三透镜13、作为透反装置的偏振分束器21(PBS，polarizationbeamsplitter，或称偏振分光棱镜)、四分之一相位片23(QWP，quarterwaveplate，或称四分之一波片)、平片组和第四透镜14。第三透镜13位于准直会聚透镜组出射的光的光路上，用于将所述发光单元出射的激发光会聚至偏振分束器21，第三透镜13与第四透镜14的组合可以起到对光束进行准直的作用。本实施例中，偏振分束器21作为透反装置将入射的光通过透射和反射分成两部分，当激光光源10发出的激发光为线偏振光时，偏振分束器21将线偏振光分成第一偏振方向的线偏振光和第二偏振方向的线偏振光，通常情况下，第一偏振方向的线偏振光和第二偏振方向的线偏振光相互垂直，偏振分束器21透过第一偏振方向的线偏振光并反射第二偏振方向的线偏振光。第一偏振方向的线偏振光用于后续照射到平片组，以使得平片组对入射光进行反射形成至少两束不同光程的主光。四分之一相位片23位于第一偏振方向的线偏振光的光路上，即第一偏振方向的线偏振光照射到四分之一相位片23，例如第一偏振方向的线偏振光以45度的入射角入射到四分之一相位片23上，四分之一相位片23将入射的第一偏振方向的线偏振转换为圆偏振光出射。四分之一相位片23的作用在于对光束的偏振态进行控制，来自偏振分束器21的第一偏振方向的线偏振光(例如水平偏振光)经过四分之一相位片23后会变成圆偏振光朝平片组出射，来自平片组的圆偏振光再次经过四分之一相位片23后则会变成第二偏振方向的线偏振光(例如竖直偏振光)并被偏振分束器21反射。即光线要两次经过四分之一相位片23，一次由第一偏振方向变为圆偏振，一次由圆偏振变为第二偏振方向。平片组位于四本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学系统，包括照明聚焦子系统，其特征在于，所述照明聚焦子系统包括发光单元、多光程单元和第一物镜(30)；/n所述发光单元用于出射激发光至所述多光程单元；/n所述多光程单元用于将激发光分成至少两束主光并出射至所述第一物镜，不同主光束之间存在预定的光程差；/n所述第一物镜对至少两束主光进行聚焦，以得到用于照射目标物的具有多个焦点的光束，相邻焦点之间具有根据对应主光束之间的光程差确定的间距。/n

【技术特征摘要】
1.一种光学系统，包括照明聚焦子系统，其特征在于，所述照明聚焦子系统包括发光单元、多光程单元和第一物镜(30)；
所述发光单元用于出射激发光至所述多光程单元；
所述多光程单元用于将激发光分成至少两束主光并出射至所述第一物镜，不同主光束之间存在预定的光程差；
所述第一物镜对至少两束主光进行聚焦，以得到用于照射目标物的具有多个焦点的光束，相邻焦点之间具有根据对应主光束之间的光程差确定的间距。


2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述多光程单元包括透反装置(21)和平片组；
所述平片组包括至少一层平片，所述至少一层平片的介质界面形成至少两个光反射界面，以对入射光形成至少两束的反射光；
所述透反装置位于发光单元出射的激发光和平片组之间的光路上，所述透反装置用于将激发光至少透射部分至平片组，以使得平片组对入射光进行反射形成至少两束不同光程的主光，所述透反装置还用于将来自所述平片组的至少两束主光反射至所述第一物镜。


3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，
所述平片组包括第一平片，其具有第一透过率，其面向所述透反装置的面为第一界面且具有第一反射率，其背离所述透反装置的面为第二界面且具有第二反射率；
或者，所述平片组包括相叠的第一平片(221)和第二平片(222)，所述第一平片具有第一透过率，所述第二平片具有第二透过率，所述第一平片面向所述透反装置的面为第一界面(01)且具有第一反射率，所述第一平片与所述第二平片的接触面为第二界面(02)且具有第二反射率，所述第二平片背离所述透反装置的面为第三界面(03)且具有第三反射率；
或者，所述平片组包括依次相叠的第一平片至第N平片，所述第一平片至第N平片分别具有第一透过率至第N透过率，所述第一平片面向所述透反装置的面为第一界面且具有第一反射率，所述第一平片与所述第二平片的接触面为第二界面且具有第二反射率…所述第N-1平片与所述第N平片的接触面为第N界面且具有第N反射率，所述第N平片背离所述透反装置的面为第N+1界面且具有第N+1反射率；其中，N≥2。


4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，
所述平片组中每一层平片具有预设的厚度和透射率，每个光反射界面具有预设的反射率。


5.如权利要求4所述的系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：金大勇，席鹏，张昊，李虹瑾，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东;44