一种共聚焦显微镜荧光光谱探测光路结构制造技术

本发明专利技术一种共聚焦显微镜荧光光谱探测光路结构，由5部分组成，沿光线入射方向依次为折转镜、准直镜、衍射光栅、成像镜、探测器；光谱成像模块的像方F数为5.5，模块的光学尺寸：长180mm

【技术实现步骤摘要】
一种共聚焦显微镜荧光光谱探测光路结构


[0001]本专利技术涉及光学设计
，尤其是涉及一种可用于共聚焦显微镜的荧光光谱探测光路结构。

技术介绍

[0002]激光扫描共聚焦显微镜是20世纪80年代中期发展起来的显微成像技术，目前，已经成为分子细胞生物学、神经科学、遗传学等领域中的重要研究工具，极大地丰富了人们对细胞生命现象的认识。激光共聚焦扫描显微镜用激光作为扫描光源，逐点快速扫描成像，扫描激光与收集激发光共用同一个物镜，物镜的焦点既是扫描激光的聚焦点，也是瞬时成像的物点。其主要原理是通过使用针孔减少来自焦平面以外的杂光信号干扰，从而提高信噪比和分辨率，实现高分辨成像。但是激光共聚焦显微镜只能获得目标的图像信息，而不能分析感兴趣区域的光谱信息。
[0003]随着生物医学等领域的发展，对共聚焦显微目标进行光谱分析的需求越来越强烈，因此研究可以用于激光共聚焦显微镜的光谱成像模块十分重要。目前，激光共聚焦显微镜中的光谱成像方案较少，已公开的技术方案中，常采用滤光片进行分光，光谱分辨率较低。传统的光栅型光谱仪，一般只关注分辨率方向的像差，导致其光斑呈现长条状，使得仪器信噪比较低，不能直接应用于激光共聚焦显微镜中，因此迫切需要技术创新，研究适用于激光扫描共聚焦显微镜的光谱成像模块。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种共聚焦显微镜荧光光谱探测光路结构，该光路结构由5部分组成，沿光线入射方向依次为折转镜、准直镜、衍射光栅、成像镜、探测器。该光谱成像模块的像方F数为5.5，模块的光学尺寸：长180mm
×
宽280mm
×
高120mm。该光谱成像模块工作波长范围400nm~650nm，共有165个光谱通道，光谱分辨率为1.5nm。折转镜采用平面反射镜片，准直镜和成像镜采用标准球面面型，模块具有光谱通道数量多、光斑能量集中度高、光谱探测能力强、性价比高等优点。
[0005]本专利技术提供的一种共聚焦显微镜荧光光谱探测光路结构，由沿光线入射方向依次排布的折转镜、准直镜、衍射光栅、成像镜和多个光电二极管组成，所述折转镜为平面反射镜，6.0mm<有效口径<7.0mm，所述准直镜为凹球面反射镜，25.0mm<有效口径<28.0mm，420.0mm<曲率半径<440.0mm，所述衍射光栅为平面型反射式衍射光栅，30.0mm<有效口径<32.0mm，所述成像镜为凹球面反射镜，所述准直镜与所述成像镜的有效口径的比值在1:4.2至1:4.4之间，所述准直镜与所述成像镜的曲率半径的比值在1.15:1至1.25:1之间。
[0006]优选地，所述折转镜的通光口径为6.3mm，所述准直镜的通光口径为25.8mm，所述衍射光栅的通光口径为30.2mm，所述成像镜的通光口径为112.4mm。
[0007]来自激光共聚焦显微镜的光线，首先入射到所述折转镜上，所述折转镜将光线折转方向，使光线入射到所述准直镜上，所述准直镜对光束进行准直，使其发散角减小，然后
光线入射到所述衍射光栅上，所述光栅使光线发生色散，不同波长的光线衍射角各不相同，即不同波长的光线沿不同方向传播，衍射光入射到所述成像镜上，被所述成像镜分别汇聚成像到不同位置。
[0008]通过设定所述准直镜和所述成像镜的曲率半径及离轴角，以及所述光栅的刻线密度和离轴角，来校正系统的光学像差，使不同波长的光斑良好汇聚，从而提高光谱成像模块的能量利用率，使模块具有更高的信噪比。
[0009]优选地，所述准直镜的曲率半径为430mm，所述成像镜的曲率半径为355mm。
[0010]优选地，所述准直镜的离轴角为4.3
°
，所述衍射光栅的离轴角为14.9
°
，所述成像镜的离轴角为1
°
。
[0011]优选地，共聚焦显微镜荧光光谱探测光路结构中衍射光栅的刻线密度为1000线/mm，模块的工作波段范围为400nm~650nm，共有165个光谱通道，光谱分辨率为1.5nm。
[0012]优选地，整个共聚焦显微镜荧光光谱探测光路结构的光学尺寸为：长180mm
×
宽280mm
×
高120mm，其像方F数为6。
[0013]以上技术方案使本专利技术具有如下优点：共聚焦显微镜荧光光谱探测光路结构使用光栅作为色散元件，并通过设置准直镜、衍射光栅和成像镜等光学元件的参数和离轴角，实现了光学系统像差的良好校正，所有波长的光斑均近似呈现为圆形。准直镜口径较小，使得系统入射光束口径较小，而成像镜口径较大，从而能够对色散后的不同波长的光线均实现良好汇聚，系统工作波长覆盖400nm~650nm，共有165个光谱通道，光谱分辨率为1.5nm。其中400nm、485nm、570nm和650nm波长的光斑RMS（均方根）分别为0.11mm、0.27mm、0.30mm、0.17mm，均小于光电二极管的感光面。根据实际情况需要，该模块165个光谱通道中的任一光谱通道均可进行数据采集和分析。
附图说明
[0014]图1为本专利技术的共聚焦显微镜荧光光谱探测光路结构的整体光学系统结构示意图；图2为本专利技术的共聚焦显微镜荧光光谱探测光路结构400nm波长的点列图；图3为本专利技术的共聚焦显微镜荧光光谱探测光路结构485nm波长的点列图；图4为本专利技术的共聚焦显微镜荧光光谱探测光路结构570nm波长的点列图；图5为本专利技术的共聚焦显微镜荧光光谱探测光路结构650nm波长的点列图；附图标记：1
‑
折转镜；2
‑
准直镜；3
‑
衍射光栅；4
‑
成像镜；5
‑
光电二极管。
具体实施方式
[0015]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0016]请参看图1，为本专利技术的光路结构图，本专利技术提供的一种共聚焦显微镜荧光光谱探测光路结构，由沿光线入射方向依次排布的折转镜1、准直镜2、衍射光栅3、成像镜4和多个
光电二极管5组成，所述折转镜1为平面反射镜，6.0mm<有效口径<7.0mm，所述准直镜2为凹球面反射镜，25.0mm<有效口径<28.0mm，420.0mm<曲率半径<440.0mm，所述衍射光栅3为平面型反射式衍射光栅，30.0mm<有效口径<32.0mm，所述成像镜4为凹球面反射镜，所述准直镜2与所述成像镜4的有效口径的比值在1:4.2至1:4.4之间，所述准直镜2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种共聚焦显微镜荧光光谱探测光路结构，其特征在于：由沿光线入射方向依次排布的折转镜、准直镜、衍射光栅、成像镜和光电二极管组成；所述折转镜为平面反射镜，6.0mm<有效口径<7.0mm；所述准直镜为凹球面反射镜，25.0mm<有效口径<28.0mm，420.0mm<曲率半径<440.0mm；所述衍射光栅为平面型反射式衍射光栅，30.0mm<有效口径<32.0mm；所述成像镜为凹球面反射镜；所述准直镜与所述成像镜的有效口径的比值在1:4.2至1:4.4之间；所述准直镜与所述成像镜的曲率半径的比值在1.15:1至1.25:1之间。2.如权利要求1所述的共聚焦显微镜荧光光谱探测光路...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建军，邵明伟，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：