CN101776803A - 一种共聚焦系统的深度分辨装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种共聚焦系统的深度分辨装置及方法，属于光学技术领域。包括内圆盘和外圆环；内圆盘和外圆环之间形成圆环，内圆盘的外边缘有内孔，在外圆环的内边缘有内孔，光纤穿过内圆盘的内孔和外圆环的内孔将内圆盘和外圆环固定连接；共聚焦系统的深度分辨装置为金属材料，在使用之前先进行金属黑化处理，使其表面不发生光的反射；内圆盘和外圆环之间形成的圆环环宽为200～400nm。本发明可以应用于所有的光学显微镜系统，实现了共聚焦系统中不同深度处的分辨，从而对微液滴或者细胞内部的不同深度进行研究；本检测方法可以作为原有光学检测手段的拓展性应用，它将促进生物样品的空间分辨研究、材料内部结构研究。

Description

一种共聚焦系统的深度分辨装置及方法
技术领域
本发明涉及一种共聚焦系统的深度分辨装置及方法，主要用于提高共聚焦光学系统在纵向不同穿透深度的空间分辨能力-深度分辨率，可用于提取非均相被测物体内部不同深度的信息，使深度分辨率可以达到微米甚至亚微米级，属于光学技术领域。
背景技术
共聚焦系统具有高灵敏度的空间分辨能力，目前商品化的共焦显微镜、共焦拉曼光谱仪等，对被测物体表面横向观测的空间分辨可以达到1微米，但深度分辨率往往低于横向分辨率，尤其对被测物体进行深度剖析时，因为共焦系统的聚焦激光在界面处发生折射，在被测物体的内部无法再汇聚于一点，从而使深度分辨率大大降低。
本发明中使用的光学显微系统中包括直线滤波器、凸透镜A、凸透镜B、空间滤波器和凹槽滤波器，激光依次通过直线滤波器和凸透镜A后在空间滤波器上聚焦，聚焦之后的激光通过另一凸透镜B发出平行光，平行光照射在凹槽滤波器上。
发明内容
本发明的目的是为了提出一种共聚焦系统的深度分辨装置及方法，利用共聚焦系统的同轴环形激光经过物镜形成的空心光锥，穿过被测物体表面以后汇聚的空间区域，远小于实心光锥进入表面后的形成的光斑，提出一种对被测物体不同深度进行高分辨测量的新方法。该方法与共焦拉曼技术相结合，能使拉曼信号的深度分辨率提高到1微米甚至亚微米尺度，特别适用于材料不同穿透深度的高分辨剖析。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种共聚焦系统的深度分辨装置，包括内圆盘和外圆环；内圆盘和外圆环之间形成圆环，内圆盘和外圆环之间形成的圆环为透光区，内圆盘的外边缘有沉孔，在与内圆盘的沉孔相对应的外圆环的内边缘有另一沉孔，光纤卡在内圆盘的沉孔和外圆环的沉孔中将内圆盘和外圆环固定连接；内圆盘和外圆环均为金属材料，在使用之前进行金属黑化处理，使其表面不发生光的反射；内圆盘和外圆环之间形成的圆环环宽为200～400nm；内圆盘的直径为900～1100nm；内圆盘和外圆环的厚度相同，内圆盘和外圆环的厚度为500～20000nm；外圆环的外直径为1200～1600nm；聚焦系统的深度分辨装置在光学显微系统中凸透镜B和凹槽滤波器之间，聚焦系统的深度分辨装置与凸透镜B平行；
本发明的一种共聚焦系统的深度分辨方法，其具体过程为：
激光依次通过直线滤波器和凸透镜A后在空间滤波器上聚焦，聚焦之后的激光通过凸透镜B发出平行光，平行光垂直经过内圆盘和外圆环之间形成的圆环后形成同轴空心激光，同轴空心激光照射在凹槽滤波器上，同轴空心激光经过凹槽滤波器的反射后进入物镜，形成同轴空心光锥穿过被测物体的表面，汇聚到物体的内部，空心光锥汇聚空间区域的大小和深度，分别决定于圆环的环宽和内圆盘的直径；给定圆环的环宽，通过调整内圆盘的直径大小，可使穿透深度得以精确控制；给定内圆盘的直径，调节圆环的环宽，能对汇聚空间的区域大小进行控制，提高深度分辨率；通过调节圆环的环宽和内圆盘的直径，可以实现被测物体内部不同深度的高分辨观测。
有益效果
本发明可以应用于所有的光学显微镜系统，实现了共聚焦系统中不同深度处的分辨，从而对微液滴或者细胞内部的不同深度进行研究；本检测方法可以作为原有光学检测手段的拓展性应用，它将促进生物样品的空间分辨研究、材料内部结构研究。
附图说明
图1为共聚焦系统的深度分辨装置示意图；
图2为装有共聚焦系统的深度分辨装置的光学显微系统检测水平界面的聚焦深度示意图；
图3为未装有共聚焦系统的深度分辨装置的光学显微系统检测水平界面的聚焦深度示意图；
其中，1-内圆盘，2-外圆环。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种共聚焦系统的深度分辨装置，包括内圆盘1和外圆环2；内圆盘1和外圆环2之间形成圆环，内圆盘1和外圆环2之间形成的圆环为透光区，内圆盘1的外边缘有沉孔，在与内圆盘1的沉孔相对应的外圆环2的内边缘有另一沉孔，光纤卡在内圆盘1的沉孔和外圆环2的沉孔中将内圆盘1和外圆环2固定连接；内圆盘和外圆环均为金属材料，在使用前先进行金属黑化处理，使其表面不发生光的反射；内圆盘1和外圆环2之间形成的圆环3的环宽为200nm；外圆环2的外直径为1300nm；内圆盘1的直径为1000nm，聚焦系统的深度分辨装置的厚度为10000nm，内圆盘1和外圆环2均为铁镍合金材料；激光依次通过直线滤波器和凸透镜A后在空间滤波器上聚焦，聚焦之后的激光通过凸透镜B发出平行光，平行光垂直经过内圆盘和外圆环之间形成的圆环后形成同轴空心激光，同轴空心激光照射在凹槽滤波器上，同轴空心激光经过凹槽滤波器的反射后进入物镜，形成同轴空心光锥穿过被测物体的表面，汇聚到物体的内部；显微镜的物镜是工作距离为300nm，聚焦点从界面深入到液体内部200nm，激光剖面角为98°，所测液体折射率为2，聚焦深度为289nm；如图2所示；
当在光学显微系统中不加入共聚焦系统的深度分辨装置时，激光依次通过直线滤波器和凸透镜A后在空间滤波器上聚焦，聚焦之后的激光通过凸透镜B发出平行光，平行光照射在凹槽滤波器上，同轴空心激光经过凹槽滤波器的反射后进入物镜，穿过被测物体的表面，汇聚到物体的内部；显微镜的物镜是工作距离为300nm，聚焦点从界面深入到液体内部200nm，激光剖面角为98°，所测液体折射率为2，聚焦深度为2078nm，如图3所示。
实施例2
一种共聚焦系统的深度分辨装置，包括内圆盘1和外圆环2；内圆盘1和外圆环2之间形成圆环，内圆盘1和外圆环2之间形成的圆环为透光区，内圆盘1的外边缘有沉孔，在与内圆盘1的沉孔相对应的外圆环2的内边缘有另一沉孔，光纤卡在内圆盘1的沉孔和外圆环2的沉孔中将内圆盘1和外圆环2固定连接；内圆盘和外圆环均为金属材料，在使用之前进行金属黑化处理，使其表面不发生光的反射；内圆盘1和外圆环2之间形成的圆环3的环宽为400nm；外圆环2的外直径为1600nm；内圆盘1的直径为1100nm，聚焦系统的深度分辨装置的厚度为20000nm，内圆盘1和外圆环2均为铁镍合金材料；激光依次通过直线滤波器和凸透镜A后在空间滤波器上聚焦，聚焦之后的激光通过凸透镜B发出平行光，平行光垂直经过内圆盘和外圆环之间形成的圆环后形成同轴空心激光，同轴空心激光照射在凹槽滤波器上，同轴空心激光经过凹槽滤波器的反射后进入物镜，形成同轴空心光锥穿过被测物体的表面，汇聚到物体的内部；显微镜的物镜是工作距离为300nm，聚焦点从界面深入到液体内部200nm，激光剖面角为98°，所测液体折射率为2，聚焦深度为578nm；
在相同条件下，当在光学显微系统中不加入共聚焦系统的深度分辨装置时，聚焦深度为2424nm。
实施例3
一种共聚焦系统的深度分辨装置，包括内圆盘1和外圆环2；内圆盘1和外圆环2之间形成圆环，内圆盘1和外圆环2之间形成的圆环为透光区，内圆盘1的外边缘有沉孔，在与内圆盘1的沉孔相对应的外圆环2的内边缘有另一沉孔，光纤卡在内圆盘1的沉孔和外圆环2的沉孔中将内圆盘1和外圆环2固定连接；内圆盘和外圆环均为金属材料，在使用之前进行金属黑化处理，使其表面不发生光的反射；内圆盘1和外圆环2之间形成的圆环3的环宽为300nm；外圆环2的外直径为1300nm；内圆盘1的直径为900nm，聚焦系统的深度分辨装置的厚度为500nm，内圆盘1和外圆环2均为铁镍合金材料；激光依次通过直线滤波器和凸透镜A后在空间滤波器上聚焦，聚焦之后的激光通过凸透镜B发出平行光，平行光垂直经过内圆盘和外圆环之间形成的圆环后形成同轴空心激光，同轴空心激光照射在凹槽滤波器上，同轴空心激光经过凹槽滤波器的反射后进入物镜，形成同轴空心光锥穿过被测物体的表面，汇聚到物体的内部；显微镜的物镜是工作距离为300nm，聚焦点从界面深入到液体内部200nm，激光剖面角为98°，所测液体折射率为2，聚焦深度为433nm；
在相同条件下，当在光学显微系统中不加入共聚焦系统的深度分辨装置时，聚焦深度为2252nm。

Claims (3)

1.一种共聚焦系统的深度分辨装置，外围设备为光学激光显微镜，光学激光显微镜包括直线滤波器、凸透镜A、凸透镜B、空间滤波器和凹槽滤波器，激光依次通过直线滤波器和凸透镜A后在空间滤波器上聚焦，聚焦之后的激光通过另一凸透镜B发出平行光，平行光照射在凹槽滤波器上；其特征在于：包括内圆盘(1)和外圆环(2)；内圆盘(1)和外圆环(2)之间形成圆环，内圆盘(1)和外圆环(2)之间形成的圆环为透光区，内圆盘(1)的外边缘有沉孔，在与内圆盘(1)的沉孔相对应的外圆环(2)的内边缘有另一沉孔，光纤卡在内圆盘(1)的沉孔和外圆环(2)的沉孔中将内圆盘(1)和外圆环(2)固定连接；内圆盘(1)和外圆环(2)之间形成的圆环环宽为200～400nm；内圆盘(1)的直径为900～1100nm；内圆盘(1)和外圆环(2)的厚度相同，内圆盘(1)和外圆环(2)的厚度为500～20000nm；外圆环(2)的外直径为1200～1600nm。
2.根据权利要求1所述的一种共聚焦系统的深度分辨装置，其特征在于：内圆盘(1)和外圆环(2)均为金属材料，内圆盘(1)和外圆环(2)进行金属黑化处理。
3.一种共聚焦系统的深度分辨方法，其特征在于其具体过程为：激光依次通过直线滤波器和凸透镜A后在空间滤波器上聚焦，聚焦之后的激光通过凸透镜B发出平行光，平行光垂直经过内圆盘(1)和外圆环(2)之间形成的圆环后形成同轴空心激光，同轴空心激光照射在凹槽滤波器上，同轴空心激光经过凹槽滤波器的反射后进入物镜，形成同轴空心光锥穿过被测物体的表面，汇聚到物体的内部。
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