CN102759331A - 荧光反射镜共轭双通照明共焦显微装置 - Google Patents

荧光反射镜共轭双通照明共焦显微装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102759331A
CN102759331A CN2012102448386A CN201210244838A CN102759331A CN 102759331 A CN102759331 A CN 102759331A CN 2012102448386 A CN2012102448386 A CN 2012102448386A CN 201210244838 A CN201210244838 A CN 201210244838A CN 102759331 A CN102759331 A CN 102759331A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light path
ellipsoidal reflector
spectroscope
object lens
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2012102448386A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102759331B (zh
Inventor
刘俭
谭久彬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN201210244838.6A priority Critical patent/CN102759331B/zh
Publication of CN102759331A publication Critical patent/CN102759331A/zh
Priority to PCT/CN2013/078831 priority patent/WO2014005532A1/en
Priority to GB1422449.7A priority patent/GB2517627B/en
Application granted granted Critical
Publication of CN102759331B publication Critical patent/CN102759331B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

荧光反射镜共轭双通照明共焦显微装置属于光学显微测量技术；在激光器直射光路上依次配置准直扩束器和分光镜，聚焦物镜和三维微位移载物台配置在分光镜反射光路上，窄带滤波片和收集物镜配置在分光镜透射光路上，传导光纤将收集物镜会聚光传导到光电探测器，在分光镜反射光路上还配置椭球反射镜，椭球反射镜的近焦点位于放置在三维微位移载物台上样品表面上，在椭球反射镜远焦点位置处配置荧光反射镜；本装置避免了双通照明中一次照明与二次照明光发生光波混叠而产生的干涉，信噪比和轴向分辨率高。

Description

荧光反射镜共轭双通照明共焦显微装置
技术领域
本发明属于光学显微测量技术，主要涉及一种用于微结构光学元件、微结构机械元件、集成电路元件中三维微细结构、微台阶、微沟槽线宽、深度及表面形状测量的超精密非接触测量装置。
背景技术
共焦点扫描测量是微光学、微机械、微电子领域中测量三维微细结构、微台阶、微沟槽线宽、深度及表面形状的重要技术手段之一，其基本思想是通过引入针孔探测器抑制杂散光，并产生了轴向层析能力，但传统共焦技术一直受到传统透镜成像数值孔径小于1的原理局限。
双通照明共焦测量由C.J.R.Sheppard和T.Wilson于1980年提出(Sheppard，C.J.R.andWilson，T.(1980)′Multiple Traversing of the Object in the Scanning Microscope′，Journal of ModemOptics，27：5，611-624)，其基本思想是利用球面或平面反射镜将透射样品的透射照明光反射回去，对样品进行二次照明，使双通照明响应函数具有更高的分辨率。分析表明相对于传统共焦测量，传统双通照明共焦测量轴向分辨力能提高2～4倍，光斑旁斑也得到更好的抑制。
传统双通照明共焦测量方法存在的主要不足在于一次照明光和二次照明光的干涉扰动，降低信噪比，不利于轴向分辨率的提高。而传统双通照明共焦测量方法与Minsky提出的共焦测量方法的共性不足还在于，系统分辨率与收集物镜数值孔径大小密切相关，数值孔径越大，轴向分辨力越高，而由于受到传统透镜成像数值孔径小于1的原理局限，二者都难以通过提高数值孔径来进一步提高轴向分辨率。
发明内容
本发明的目的就是针对上述传统共焦测量和双通照明共焦测量轴向分辨率受物镜数值孔径限制和双通照明共焦测量存在的干涉扰动的不足，提供了一种荧光反射镜共轭双通照明共焦显微装置，利用荧光反射镜的荧光特性使照明光产生频移，避免了双通照明中一次照明光和二次照明光发生光波混叠而产生干涉；同时采用单色滤光技术能有效滤除一次照明光干扰，提高信噪比；采用椭球共轭双通照明，使响应函数具有更高的轴向分辨率，同时椭球反射镜可实现数值孔径为1的收集与探测，通过提高数值孔径来进一步提高轴向分辨率。
本发明的目的是这样实现的：
荧光反射镜共轭双通照明共焦显微装置包括：激光器、准直扩束器、分光镜、聚焦物镜、三维微位移载物台、窄带滤波片、收集物镜、传导光纤、光电探测器；其中，在激光器直射光路上依次配置准直扩束器和分光镜，聚焦物镜和三维微位移载物台配置在分光镜反射光路上，窄带滤波片和收集物镜配置在分光镜透射光路上，传导光纤将收集物镜会聚光传导到光电探测器，在分光镜反射光路上还配置椭球反射镜，所述的椭球反射镜的近焦点位于放置在三维微位移载物台上的样品表面上，在椭球反射镜远焦点位置处配置荧光反射镜。
所述装置具有荧光反射镜，其作用是使入射光线产生频移，对样品进行二次照明，同时与一次照明光束分离，与单色滤光技术相结合，避免一次照明反射光与二次照明反射光的干涉扰动。荧光反射镜为具有表面荧光涂层或荧光液的反射镜，其制作方法与现有荧光染色技术相同，视为已知技术，该反射镜在超短激光照射下，能产生单光子或多光子激发，是照明光产生频移。
本发明的良好效果在于：
1)采用荧光反射镜与窄带滤波片，将双通照明一次照明光和二次照明光通过频率进行分离，抑制杂散光，克服干涉扰动，提高信噪比。
2)克服了传统共焦测量技术和传统双通照明共焦技术轴向分辨率受物镜数值孔径的限制的不足，荧光反射镜共轭双通照明共焦显微装置可以实现数值孔径为1的二次照明与探测，通过提高数值孔径提高分辨率。
3)建立了不同于传统共焦和传统双通照明共焦系统的高阶响应函数，有利于提高点扫描分辨率。
附图说明
图1是荧光反射镜共轭双通照明共焦显微装置结构示意图。
图2是荧光反射镜共轭双通照明共焦显微装置椭球反射镜点扩散函数分析坐标定义图。
图3是荧光反射镜共轭双通照明共焦显微装置单光子激发轴向响应曲线。
图4是荧光反射镜共轭双通照明共焦显微装置单光子激发横向响应曲线。
图5是荧光反射镜共轭双通照明共焦显微装置双光子激发轴向响应曲线。
图6是荧光反射镜共轭双通照明共焦显微装置双光子激发横向响应曲线。
图中件号说明：1、激光器、2、准直扩束器、3、分光镜、4、聚焦物镜、5、三维微位移载物台、6、椭球反射镜、7、荧光反射镜、8、窄带滤波片、9、收集物镜、10、传导光纤、11、光电探测器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细说明。
荧光反射镜共轭双通照明共焦显微装置包括：激光器1、准直扩束器2、分光镜3、聚焦物镜4、三维微位移载物台5、窄带滤波片8、收集物镜9、传导光纤10、光电探测器11；其中，在激光器1直射光路上依次配置准直扩束器2和分光镜3，聚焦物镜4和三维微位移载物台5配置在分光镜3反射光路上，窄带滤波片8和收集物镜9配置在分光镜3透射光路上，传导光纤10将收集物镜9会聚光传导到光电探测器11，在分光镜3反射光路上还配置椭球反射镜6，所述的椭球反射镜6的近焦点位于放置在三维微位移载物台5上的样品表面上，在椭球反射镜6远焦点位置处配置荧光反射镜7。
测量使用时：
第一、激光器1发出波长为λ1的线偏振光束，经过准直扩束器2后成为近似理想平面波；经过分光镜3分光后，反射光经过聚焦物镜4会聚在被测反射样品表面；
第二、反射光线再经过椭球反射镜6，会聚于其远焦点处的荧光反射镜7；经过荧光反射镜7，出射波长为λ2的光线，经过椭球反射镜6会聚，对样品实现二次照明；
其中所述椭球反射镜6不同于传统透镜模型，则需要从光学衍射理论进行理论推导，如图2所示，对于椭球反射镜6，其几何表达式为z2/a2+y2/b2+x2/b2＝1时响应函数为
Figure BSA00000751914600041
其中，
O表示坐标原点；
P1表示荧光反射镜7所在的椭球远焦点，坐标为(x1，y1，z1)；
P2表示被测样品所在的椭球近焦点，坐标为(x2，y2，z2)；
M表示P1到P2光线轨迹在椭球反射镜上的反射点；
n表示M点处的椭球面单位法向量；
rP1M表示P1点到M点的距离；
rMP2表示M点到P2点的距离；
Up2表示P2点处的光波函数；
UM表示M点处的光波函数；
S0表示椭球反射镜6所在的椭球；
S表示椭球反射镜6；
考虑一般情况，hp1-p2表示p1到p2点得点扩展函数，化简得到
h p 1 - p 2 ( 0,0,0 , x 2 , y 2 = 0 , z 2 ) = ∫ - b 2 / a b 2 / a ∫ c c + z sol exp [ - jk ( r P 1 M + r MP 2 ) ] r P 1 M r MP 2 cos ( ∠ P 1 M P 2 2 ) dxdz - - - ( 2 )
其中所述荧光反射镜7为具有表面荧光涂层或荧光液的反射镜，其制作方法与现有荧光染色技术相同，视为已知技术，该反射镜在超短激光照射下，能产生单光子或多光子激发，是照明光产生频移。
第三、再经过聚焦物镜4由分光镜3分光，透射光经过窄带滤波片8，包括杂散光的λ1波长光被吸收，只包含测量信息的λ2波长光透过，经收集物镜9会聚，经传导光纤10传输由光电探测器11接收。
第四、如图3所示，最后通过双通照明响应函数表达式为：
ID(xs，zs)＝|hL(xs，zs，λ1)·hp2-p1(xs，zs，λ1)|2*(|hL(xs，zs，λ2)|2·|hp1-p2(0，0；xs，zs，λ2)|2)    (3)
其中，
ID表示探测面上的光强分布；
hp1-p2表示P1点到P2点的点扩展函数；
hL表示聚焦物镜4的点扩展函数；
λ1为一次照明光波长；
λ2为二次照明光波长。
如式(3)可见，构建了不同于传统共焦和双通照明共焦系统的高阶响应函数，有利于提高点扫描分辨率。图3、图4、图5、图6为其轴向和横向响应曲线，分别取聚焦物镜4数值孔径为0.1和0.65。

Claims (1)

1.一种荧光反射镜共轭双通照明共焦显微装置，包括：激光器(1)、准直扩束器(2)、分光镜(3)、聚焦物镜(4)、三维微位移载物台(5)、窄带滤波片(8)、收集物镜(9)、传导光纤(10)、光电探测器(11)；其中，在激光器(1)直射光路上依次配置准直扩束器(2)和分光镜(3)，聚焦物镜(4)和三维微位移载物台(5)配置在分光镜(3)反射光路上，窄带滤波片(8)和收集物镜(9)配置在分光镜(3)透射光路上，传导光纤(10)将收集物镜(9)会聚光传导到光电探测器(11)，其特征在于在分光镜(3)反射光路上还配置椭球反射镜(6)，所述的椭球反射镜(6)的近焦点位于放置在三维微位移载物台(5)上的样品表面上，在椭球反射镜(6)远焦点位置处配置荧光反射镜(7)。
CN201210244838.6A 2012-07-05 2012-07-05 荧光反射镜共轭双通照明共焦显微装置 Active CN102759331B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210244838.6A CN102759331B (zh) 2012-07-05 2012-07-05 荧光反射镜共轭双通照明共焦显微装置
PCT/CN2013/078831 WO2014005532A1 (en) 2012-07-05 2013-07-04 Conjugate double-pass confocal measurement device with fluorescent mirror or phase conjugate mirror
GB1422449.7A GB2517627B (en) 2012-07-05 2013-07-04 Conjugate double-pass confocal measurement device with fluorescent mirror or phase conjugate mirror

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210244838.6A CN102759331B (zh) 2012-07-05 2012-07-05 荧光反射镜共轭双通照明共焦显微装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102759331A true CN102759331A (zh) 2012-10-31
CN102759331B CN102759331B (zh) 2015-04-22

Family

ID=47053877

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210244838.6A Active CN102759331B (zh) 2012-07-05 2012-07-05 荧光反射镜共轭双通照明共焦显微装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102759331B (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103105143A (zh) * 2013-01-29 2013-05-15 哈尔滨工业大学 基于被测表面荧光激发的差动共焦显微测量装置
CN103105142A (zh) * 2013-01-29 2013-05-15 哈尔滨工业大学 基于被测表面荧光激发的长工作距轮廓测量装置
CN103162625A (zh) * 2013-03-01 2013-06-19 哈尔滨工业大学 基于差动象散离焦检测的超精密三维瞄准与测量传感器
WO2014005532A1 (en) * 2012-07-05 2014-01-09 Harbin Institute Of Technology Conjugate double-pass confocal measurement device with fluorescent mirror or phase conjugate mirror
CN105319196A (zh) * 2015-11-30 2016-02-10 哈尔滨工业大学 一种超分辨结构探测共焦荧光成像装置及其成像方法
CN106597632A (zh) * 2017-01-11 2017-04-26 哈尔滨工业大学 椭球面反射镜近焦点高精度定位装置与方法
CN106707479A (zh) * 2017-01-11 2017-05-24 哈尔滨工业大学 椭球面反射镜远焦点高精度定位装置与方法
CN108332683A (zh) * 2018-02-09 2018-07-27 苏州大学 一种用于三维面形测量的干涉式光学探头
CN108344383A (zh) * 2018-02-09 2018-07-31 苏州大学 一种非接触式坐标测量机
CN108344381A (zh) * 2018-02-09 2018-07-31 苏州大学 一种非接触式三维面形测量方法
CN109061863A (zh) * 2018-09-11 2018-12-21 深圳立仪科技有限公司 一种侧向照射光谱共焦镜头

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1621815A (zh) * 2003-11-28 2005-06-01 财团法人工业技术研究院 多重反射萤光探头
US6956694B2 (en) * 1996-07-22 2005-10-18 Kla-Tencor Technologies Corp. Broad spectrum ultraviolet inspection systems employing catadioptric imaging
JP2009063436A (ja) * 2007-09-06 2009-03-26 Olympus Corp 蛍光顕微鏡およびマイクロ分析チップ

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6956694B2 (en) * 1996-07-22 2005-10-18 Kla-Tencor Technologies Corp. Broad spectrum ultraviolet inspection systems employing catadioptric imaging
CN1621815A (zh) * 2003-11-28 2005-06-01 财团法人工业技术研究院 多重反射萤光探头
JP2009063436A (ja) * 2007-09-06 2009-03-26 Olympus Corp 蛍光顕微鏡およびマイクロ分析チップ

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2517627B (en) * 2012-07-05 2018-03-21 Harbin Inst Technology Conjugate double-pass confocal measurement device with fluorescent mirror or phase conjugate mirror
WO2014005532A1 (en) * 2012-07-05 2014-01-09 Harbin Institute Of Technology Conjugate double-pass confocal measurement device with fluorescent mirror or phase conjugate mirror
GB2517627A (en) * 2012-07-05 2015-02-25 Harbin Inst Of Technology Conjugate double-pass confocal measurement device with fluorescent mirror or phase conjugate mirror
CN103105142A (zh) * 2013-01-29 2013-05-15 哈尔滨工业大学 基于被测表面荧光激发的长工作距轮廓测量装置
CN103105143B (zh) * 2013-01-29 2015-07-29 哈尔滨工业大学 基于被测表面荧光激发的差动共焦显微测量装置
CN103105142B (zh) * 2013-01-29 2015-09-02 哈尔滨工业大学 基于被测表面荧光激发的长工作距轮廓测量装置
CN103105143A (zh) * 2013-01-29 2013-05-15 哈尔滨工业大学 基于被测表面荧光激发的差动共焦显微测量装置
CN103162625A (zh) * 2013-03-01 2013-06-19 哈尔滨工业大学 基于差动象散离焦检测的超精密三维瞄准与测量传感器
CN103162625B (zh) * 2013-03-01 2015-07-29 哈尔滨工业大学 基于差动象散离焦检测的超精密三维瞄准与测量传感器
CN105319196A (zh) * 2015-11-30 2016-02-10 哈尔滨工业大学 一种超分辨结构探测共焦荧光成像装置及其成像方法
CN105319196B (zh) * 2015-11-30 2019-02-05 哈尔滨工业大学 一种超分辨结构探测共焦荧光成像装置及其成像方法
CN106707479A (zh) * 2017-01-11 2017-05-24 哈尔滨工业大学 椭球面反射镜远焦点高精度定位装置与方法
CN106597632B (zh) * 2017-01-11 2018-11-20 哈尔滨工业大学 椭球面反射镜近焦点高精度定位装置与方法
CN106597632A (zh) * 2017-01-11 2017-04-26 哈尔滨工业大学 椭球面反射镜近焦点高精度定位装置与方法
CN106707479B (zh) * 2017-01-11 2019-04-19 哈尔滨工业大学 椭球面反射镜远焦点高精度定位装置与方法
CN108332683A (zh) * 2018-02-09 2018-07-27 苏州大学 一种用于三维面形测量的干涉式光学探头
CN108344383A (zh) * 2018-02-09 2018-07-31 苏州大学 一种非接触式坐标测量机
CN108344381A (zh) * 2018-02-09 2018-07-31 苏州大学 一种非接触式三维面形测量方法
CN108332683B (zh) * 2018-02-09 2020-09-18 苏州大学 一种用于三维面形测量的干涉式光学探头
CN109061863A (zh) * 2018-09-11 2018-12-21 深圳立仪科技有限公司 一种侧向照射光谱共焦镜头
CN109061863B (zh) * 2018-09-11 2021-02-26 深圳立仪科技有限公司 一种侧向照射光谱共焦镜头

Also Published As

Publication number Publication date
CN102759331B (zh) 2015-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102759331B (zh) 荧光反射镜共轭双通照明共焦显微装置
US8040608B2 (en) System and method for self-interference fluorescence microscopy, and computer-accessible medium associated therewith
CN102768015B (zh) 荧光响应随动针孔显微共焦测量装置
CN103926197B (zh) 高空间分辨双轴差动共焦图谱显微成像方法与装置
US8405059B2 (en) Method and apparatus for improving the resolution and/or sectioning ability of an imaging system
CN102818522A (zh) 相位共轭反射双通照明共焦显微装置
CN103105143B (zh) 基于被测表面荧光激发的差动共焦显微测量装置
CN102798622B (zh) 一种基于强度差分的三维超分辨显微方法和装置
CN102818768A (zh) 一种多功能生物医学显微镜
CN104296685B (zh) 基于差动sted测量光滑自由曲面样品的方法
CN103543135B (zh) 一种基于荧光寿命分布的纳米精度光斑对准方法和装置
CN110118726A (zh) 一种并行探测荧光发射差分显微成像的方法和装置
JP6018711B2 (ja) 光断層観察装置
JP2006518854A (ja) ピンホールアレイ・ビームスピリッターを組み込んだ干渉型共焦点顕微鏡観察法。
KR20080027940A (ko) 암시야 및 명시야 조명을 위한 현미경 조명장치 및 어댑터
CN102830102A (zh) 基于空心聚焦光斑激发的共聚焦显微方法和装置
CN103411941B (zh) 基于高级次轴对称偏振光的并行共焦显微成像方法及装置
JP2006516766A (ja) 非共焦点、共焦点、および、干渉型共焦点顕微鏡観察で生じる基板−媒体界面における屈折率ミスマッチ作用の補償
CN102759328A (zh) 基于椭球反射双通照明差动共焦测量装置与方法
CN102735670B (zh) 一种基于双针孔的超分辨显微方法和装置
JP5592108B2 (ja) 干渉共焦点顕微鏡および光源撮像方法
JP2009169420A (ja) 偏光位相顕微鏡
JP2014048096A (ja) 二次元分光計測装置及び二次元分光計測方法
CN109187491A (zh) 后置分光瞳差动共焦拉曼、libs光谱显微成像方法与装置
CN109520973A (zh) 后置分光瞳激光差动共焦显微检测方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant