CN105278091B - 单色场显微镜照明系统 - Google Patents
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Abstract
一种单色场显微镜照明系统，包括聚光镜外筒、环状透镜、聚光镜内筒、单色筒和单色筒支架。聚光镜外筒上端内安装有环状透镜、聚光镜内筒，环状透镜中心有通光孔，且位于中央光轴上，聚光镜外筒下端有内螺纹。聚光镜内筒通过螺纹安装在聚光镜外筒内，聚光镜内筒中心通过单色筒支架固定有单色筒。单色筒的中心通孔与环状透镜的通光孔同轴贯通，单色筒内有单色筒上螺纹和单色筒下螺纹，分别安装中性密度衰减片和滤光片。本发明克服了现有技术上光源利用率低、散射较弱的等离子体纳米颗粒成像可见度较低和应用受限的缺陷，在增强散射成像可见度的同时保留了较好的成像对比度，适用于不同颜色的等离子体纳米颗粒的成像。
Description
技术领域
本发明涉及显微镜，特别涉及显微镜的照明系统，主要用于等离子体纳米颗粒光散射成像。
背景技术
普通光学显微镜是通过给成像区域提供高亮度光照，从而形成标本细节内部结构的真实投影，而暗场显微镜是利用光从侧面照射物体，绕射或反射形成物体的轮廓或揭示物体的运动情况。从几何光学的角度解释暗场显微镜的成像原理为：暗场聚光镜遮住了成像区域的入射光线,将平行光源转化为大入射角的环形光束，在经过环状透镜后形成远离成像区域的倒置光锥，环形光束向物镜的周边射去,而不进入物镜，在焦面上放置被观察物,观察者进行观察时,只能看到物体的散射光,由于暗场聚光镜遮住了通过成像区域的入射光，因此成像区域为黑色,被观察物是明亮的。目前的成像系统实现了照明区域与成像区域的分离，减弱了入射光源的零级衍射以及获得较高对比度的成像效果。同时该技术也存在着如下的不足：1)仅有少量光源参与照明，光源的利用率低；2)对于某些散射强度较弱的等离子体纳米颗粒，在现有技术下成像的可见度较低。这些缺陷将导致暗场显微镜的成像效果和应用受限。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种单色场显微镜照明系统，增强暗场显微镜的成像可见度。
本发明的技术方案如下：
本发明提出的一种单色场显微镜照明系统包括聚光镜外筒、环状透镜、聚光镜内筒、单色筒和单色筒支架。其中，聚光镜外筒上端安装有环状透镜，环状透镜中心有通光孔，且位于光轴上，聚光镜外筒下端有内螺纹。聚光镜内筒下端有外螺纹，聚光镜内筒通过螺纹安装在聚光镜外筒内，聚光镜内筒中心通过单色筒支架固定有单色筒。单色筒的中心通孔与环状透镜的通光孔同轴贯通，单色筒内有单色筒上螺纹和单色筒下螺纹，单色筒上螺纹处安装中性密度衰减片，达到控制暗场显微镜成像区域单色光强度的目的，单色筒下螺纹处安装滤光片，达到控制暗场显微镜成像区域单色光颜色的目的。
优选的，所述聚光镜内筒的内径略大于环状透镜的通光孔孔径，防止内筒白光干扰单色光。
优选的，所述聚光镜外筒上端内周有一圈内台阶，内台阶的台阶面与环状透镜的底平面齐平，所述聚光镜内筒的上端与所述台阶面邻接。
优选的，聚光镜外筒下端外周逐渐增大形成锥状，作为下外沿，在锥形下外沿的起始位置有一圈凸环，作为上外沿，上外沿和下外沿之间的凹槽用于将聚光镜固定到显微镜上。
采用本发明结构，在照明时，一部分光源从聚光镜内筒下端的聚光镜内筒和单色筒之间的环形区射入环状透镜，环状透镜将平行光源转化为大入射角的环形光束，在经过环状透镜后形成远离成像区域的倒置光锥，环形光束向物镜的周边射去,而不进入物镜；另一部分光源从单色筒射入，依次经过单色筒下螺纹处的滤光片和单色筒上螺纹处的中性密度衰减片，达到成像区域的单色光强度和颜色可调的目的，便可得到合适的清晰影像。
可见，本发明在传统的暗场显微镜成像区域引入强度和颜色可调的单色光，从而克服了现有技术上光源利用率低、对散射强度较弱的等离子体纳米颗粒成像可见度较低和应用受限的缺陷。而且该发明充分利用了等离子体纳米颗粒的“光浓缩效应”这一特性（参见文献“Plasmon-Modulated Light Scattering from Gold Nanocrystal-DecoratedHollow Mesoporous Silica Microspheres”，ACS Nano，2010, 4，6565-6572；“Plasmonicsfor extreme light concentration and manipulation”，Nat. Mater., 2010, 9, 193-204.）；即等离子体纳米材料可以有效地将光汇聚到纳米颗粒附近的亚波长局域范围内，从而实现了等离子体纳米颗粒散射强度增加的幅度显著大于背景的增加幅度。这样就使得增强等离子体纳米颗粒散射成像可见度的同时还保留了较好的成像对比度。同时由于暗场显微镜成像区域的颜色可控、强度可调，进一步拓宽了暗场显微镜的应用范围。
本发明可以在等离子体纳米颗粒散射成像的可见度方面取得了很好的效果，在增强散射成像可见度的同时保留了较好的成像对比度，适用于多种颜色的等离子体纳米颗粒的成像。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本照明系统的外部结构示意图。
图2是照明系统的聚光镜内筒的外部结构示意图。
图3是本照明系统的正视图。
图4是本照明系统的俯视图。
图5是本照明系统的A-A剖视图。
图6是本照明系统的成像实例对比图。
图中：1.聚光镜外筒，1-1.上外沿，1-2.下外沿，2.聚光镜内筒，2-1.外螺纹，3.环状透镜，3-1.通光孔，4.单色筒，4-1.单色筒支架，4-2.单色筒上螺纹，4-3.单色筒下螺纹。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。
参见附图1、2、3、4、5，本发明提供的单色场显微镜照明系统由聚光镜外筒1、环状透镜3、聚光镜内筒2、单色筒4构成。聚光镜外筒1上端内有环状透镜3，环状透镜3中心有通光孔3-1。聚光镜外筒1下端内周有内螺纹，外周有上外沿1-1和下外沿1-2，下外沿1-2是通过聚光镜外筒下端外周逐渐增大形成锥状而获得，上外沿1-1是在在锥形下外沿的起始位置形成的一圈凸环。聚光镜内筒2中间有单色筒4，两者通过单色筒支架4-1固定。聚光镜内筒2下端有外螺纹2-1，聚光镜外筒1和聚光镜内筒2通过螺纹连接。单色筒4内上下两端有单色筒上螺纹4-2和单色筒下螺纹4-3，通过单色筒上螺纹4-2安装中性密度衰减片，通过单色筒下螺纹4-3安装滤光片。
更具体地说，环状透镜的通光孔3-1位于光轴上，形状为圆形，孔的直径与单色筒4的外径相当，其作用在于使单色筒内的单色光到达成像区域。
更具体地说，聚光镜内筒2的内径要略大于环状透镜的通光孔孔径，以防止内筒白光干扰单色光。
更优化的是，聚光镜外筒1上端内周有一圈内台阶，内台阶的台阶面与环状透镜的底平面齐平，所述聚光镜内筒的上端与所述台阶面邻接，以杜绝漏光现象。
更具体地说，聚光镜外筒、聚光镜内筒、单色筒的筒身材质为合金，表面为黑色，以尽可能降低反光，其作用在于对成像区域引入单色光。
单色筒支架材质的材料为合金，且表面为黑色，同样降低反光，用于固定单色筒。是一种连接臂，与聚光镜内筒和单色筒是一体的。
本照明系统需要根据等离子体纳米颗粒（是指成像对象的一种性质，是一个整体的由多种参数决定的光学性质，主要指的是散射光的波长，由材质、形状和粒径等参数共同决定）散射光的波长来选择涵盖该波长颜色的滤光片安装在单色筒下螺纹4-3处，再根据实际成像效果选择不同透光率的中性密度衰减片安装在单色筒上螺纹4-2处，中性密度衰减片和滤光片安装后，将聚光镜内筒2通过外螺纹2-1连接在聚光镜外筒1上。在使用时，一部分光源从聚光镜内筒2下端射入环状透镜3，环状透镜3将平行光源转化为大入射角的环形光束，在经过环状透镜3后形成远离成像区域的倒置光锥，环形光束向物镜的周边射去,而不进入物镜；另一部分光源从单色筒4射入，依次经过单色筒下端的滤光片和单色筒上端处的中性密度衰减片，达到了成像区域的单色光强度和颜色可调的目的，便可得到合适的如图6的清晰影像，a为普通暗场显微镜的影像，b为本照明系统下的影像。如果需要使其成像为传统暗场显微镜的效果，使用黑色滤光片即可。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (5)
1.一种单色场显微镜照明系统，包括聚光镜外筒、聚光镜内筒、环状透镜和单色筒；其特征在于，所述聚光镜外筒上端安装有环状透镜，环状透镜中心处有通光孔，且位于光轴上，聚光镜外筒下端有内螺纹；所述聚光镜外筒内有聚光镜内筒，聚光镜内筒下端有外螺纹，聚光镜内筒通过螺纹安装在聚光镜外筒内，聚光镜内筒中心通过单色筒支架固定有单色筒；所述单色筒的中心通孔与环状透镜的通光孔同轴贯通，单色筒内有单色筒上螺纹和单色筒下螺纹，单色筒上螺纹处安装中性密度衰减片，达到控制暗场显微镜成像区域单色光强度的目的，单色筒下螺纹处安装滤光片，达到控制暗场显微镜成像区域单色光颜色的目的；
所述通光孔的形状为圆形，孔的直径与单色筒的外径相当，其作用在于使单色筒内的单色光到达成像区域；
所述聚光镜内筒的内径略大于环状透镜的通光孔孔径，防止内筒白光干扰单色光。
2.根据权利要求1所述的单色场显微镜照明系统，其特征在于:所述聚光镜外筒上端内周有一圈内台阶，内台阶的台阶面与环状透镜的底平面齐平，所述聚光镜内筒的上端与所述台阶面邻接。
3.根据权利要求1所述的单色场显微镜照明系统，其特征在于:聚光镜外筒下端外周逐渐增大形成锥状，作为下外沿，在锥形下外沿的起始位置有一圈凸环，作为上外沿，上外沿和下外沿之间的凹槽用于将聚光镜固定到显微镜上。
4.根据权利要求1所述的单色场显微镜照明系统，其特征在于：所述聚光镜外筒、聚光镜内筒、单色筒的筒身材质为合金，表面为黑色。
5.根据权利要求1所述的单色场显微镜照明系统，其特征在于：所述单色筒支架材质的材料为合金，且表面为黑色。
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