CN106501927A - 双焦点免定位的双椭球成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明双焦点免定位的双椭球成像装置属于光学成像技术领域；该成像装置包括同轴相对设置的两套相同的椭球面反射系统，所述椭球面反射系统包括同轴设置的固定盘、物镜、物镜转接件、椭球面反射镜和固定套筒；所述固定盘安装在固定套筒内部，固定盘中心开有螺纹孔，用于固定物镜的物镜转接件与所述螺纹孔螺纹连接，通过在螺纹孔中旋转，实现物镜在光轴上移动，使物镜焦点与椭球面反射镜的远焦点重合；所述椭球面反射镜近焦点同时位于椭球面反射镜的端面上和固定套筒的端面上；本发明通过特殊的机械结构设计，回避了椭球面反射镜装调时的空间三维测量步骤，提供了一种具有装调方法简单、效率高，理论上没有像差的成像装置。

Description

双焦点免定位的双椭球成像装置

技术领域

本发明双焦点免定位的双椭球成像装置属于光学成像技术领域。

背景技术

随着生命科学领域不断的突破与创新，反射式显微成像和无透镜显微成像系统得到了迅速的发展。能够在大数值孔径角下实现成像的结构分别是：抛物反射镜、双曲线反射镜和椭球面反射镜。椭球面反射镜凭借提高数值孔径和增强对比度的优点，广泛应用在光学显微成像技术和光学精密测量技术领域中，例如申请号为201210244377.2的发明专利《基于椭球反射照明共焦测量装置》。

椭球面反射镜对像差非常敏感，这是椭球面反射镜的一个重要特点，为此通常采用椭球面反射镜来进行像差的检测。然而，椭球面反射镜有较大的收集孔径角，对装调精度要求非常高，容易产生巨大像差。所以为保证椭球面反射镜的有效使用，需要对椭球面反射镜双焦点进行高精度定位。对于椭球面反射镜双焦点的高精度定位问题的重要性，一方面，当点源与椭球面反射镜远焦点稍微在径向偏离一点时，会引起较大的慧差和像散；另一方面，只有当样品表面处于椭球面反射镜近焦点处时，椭球面反射镜发挥其大数值孔径优势，能够对样品产生分辨率高、清晰度大、对比度强的光学图像，稍有偏差，成像效果会显著下降，从而造成无法成像的问题。在保证双焦点精确定位的基础上，仍然需要对椭球面反射镜系统的像差进行校正。

传统的椭球反射镜焦点定位多采用三坐标空间测量法，使得物镜焦点、针孔等与椭球面反射镜的焦点重合。但是这种测量方法效率低，方法复杂，而且对于椭球面反射镜近焦点来说，传统的测量方法无法解决。如果在设计椭球面反射镜系统时能够避开复杂的空间三维测量，那么会大大降低椭球面反射镜系统测量的复杂性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开了一种双焦点免定位的双椭球成像装置，通过特殊的机械结构设计，回避了空间三维测量，提供了一种装调时无需三坐标空间测量的成像装置，具有装调时方法简单、效率高，理论上没有像差的成像装置。

本发明的目的是这样实现的：

双焦点免定位的双椭球成像装置，包括同轴相对设置的两套相同的椭球面反射系统，所述椭球面反射系统包括同轴设置的固定盘、物镜、物镜转接件、椭球面反射镜和固定套筒；所述固定盘安装在固定套筒内部，固定盘中心开有螺纹孔，用于固定物镜的物镜转接件与所述螺纹孔螺纹连接，通过在螺纹孔中旋转，实现物镜在光轴上移动，使物镜焦点与椭球面反射镜的远焦点重合；所述椭球面反射镜近焦点同时位于椭球面反射镜的端面上和固定套筒的端面上。

上述双焦点免定位的双椭球成像装置，两套椭球面反射系统之间的距离能够调整。

以上双焦点免定位的双椭球成像装置，物镜焦点与椭球面反射镜的远焦点重合，调整步骤及判断方法为以下两种方法中的一种：

方法一：

步骤a、在椭球面反射镜的近焦点处放置点光源，在物镜后方放置观察屏或成像器件；

步骤b、旋拧物镜转接件，使物镜在光轴上移动；

步骤c、观察屏或成像器件上的圆形光斑光强为最大值时，物镜焦点与椭球面反射镜的远焦点重合；

方法二：

步骤a、在椭球面反射镜的近焦点处放置点光源，在物镜后方放置观察屏或成像器件；

步骤b、旋拧物镜转接件，使物镜在光轴上移动；

步骤c、使观察屏或成像器件在光轴上移动，在观察屏或成像器件上的圆形光斑大小不变时，物镜焦点与椭球面反射镜的远焦点重合。

以上双焦点免定位的双椭球成像装置，两套相同的椭球面反射系统相对同轴设置的调整步骤如下：

步骤a、在其中一个椭球面反射镜的近焦点处放置点光源，在另外一个椭球面反射镜的近焦点处放置观察屏或成像器件；

步骤b、调整其中一个椭球面反射系统，在观察屏或成像器件上的圆形光斑直径小于阈值时，实现两套相同的椭球面反射系统相对同轴设置。

有益效果：

第一、通过将固定盘、物镜、物镜转接件、椭球面反射镜同轴安装在固定套筒内的结构设计，实现对物镜于椭球面反射镜同轴设置的免定位；

第二、通过固定盘中心开有螺纹孔，用于固定物镜的物镜转接件与所述螺纹孔螺纹连接，通过在螺纹孔中旋转，实现物镜在光轴上移动的结构设计，并配合光学成像方法观察光斑大小的技术手段，直接实现物镜焦点与椭球面反射镜的远焦点重合，实现对椭球面反射镜远焦点免定位的技术目的；

第三、通过椭球面反射镜近焦点同时位于椭球面反射镜的端面上和固定套筒的端面上的结构设计，实现对椭球面反射镜近焦点免定位的技术目的；

以上三个技术目的相结合，回避了空间三维测量，使得本发明具有免定位的有益效果；

第四、本发明回避了传统成像系统透镜元件，采用椭球面反射镜，从原理上克服了像差的产生；

第五、采用椭球面反射镜的设计，能够接收目标大角度的反射光线，能够提高整套系统的感光度，有利于在低照度环境下清晰成像；同时，也提供了大角度入射光线入射到成像系统，有利于克服干扰。

附图说明

图1是本发明双焦点免定位的双椭球成像装置的结构示意图。

图中：1固定盘、2物镜、3物镜转接件、4椭球面反射镜、5固定套筒。

具体实施例

下面将结合附图对本发明装置的具体实施例做进一步详细说明。

具体实施例一

本实施例的双焦点免定位的双椭球成像装置，结构示意图如图1所示。该双焦点免定位的双椭球成像装置包括同轴相对设置的两套相同的椭球面反射系统，所述椭球面反射系统包括同轴设置的固定盘1、物镜2、物镜转接件3、椭球面反射镜4和固定套筒5；所述固定盘1安装在固定套筒5内部，固定盘1中心开有螺纹孔，用于固定物镜2的物镜转接件3与所述螺纹孔螺纹连接，通过在螺纹孔中旋转，实现物镜2在光轴上移动，使物镜2焦点与椭球面反射镜4的远焦点重合；所述椭球面反射镜4近焦点同时位于椭球面反射镜4的端面上和固定套筒5的端面上。

具体实施例二

本实施例的双焦点免定位的双椭球成像装置，在具体实施例一的基础上，进一步限定两套椭球面反射系统之间的距离能够调整。

这样的结构设计，首先不限定两套椭球面反射系统之间的距离，因此降低了装调的难度，其次，由于两套椭球面反射系统之间的距离能够调整，因此方便在两套椭球面反射系统之间加光学器件，如滤光片、光阑等，方便后续光路的分析与设计。

具体实施例三

本实施例的双焦点免定位的双椭球成像装置，在具体实施例一或具体实施例二的基础上，进一步限定物镜2焦点与椭球面反射镜4的远焦点重合，调整步骤及判断方法为以下两种方法中的一种：

方法一：

步骤a、在椭球面反射镜4的近焦点处放置点光源，在物镜2后方放置观察屏或成像器件；

步骤b、旋拧物镜转接件3，使物镜2在光轴上移动；

步骤c、观察屏或成像器件上的圆形光斑光强为最大值时，物镜2焦点与椭球面反射镜4的远焦点重合；

方法二：

步骤a、在椭球面反射镜4的近焦点处放置点光源，在物镜2后方放置观察屏或成像器件；

步骤b、旋拧物镜转接件3，使物镜2在光轴上移动；

步骤c、使观察屏或成像器件在光轴上移动，在观察屏或成像器件上的圆形光斑大小不变时，物镜2焦点与椭球面反射镜4的远焦点重合。

具体实施例四

本实施例的双焦点免定位的双椭球成像装置，在具体实施例一或具体实施例二的基础上，进一步限定两套相同的椭球面反射系统相对同轴设置的调整步骤如下：

步骤a、在其中一个椭球面反射镜4的近焦点处放置点光源，在另外一个椭球面反射镜4的近焦点处放置观察屏或成像器件；

步骤b、调整其中一个椭球面反射系统，在观察屏或成像器件上的圆形光斑直径小于阈值时，实现两套相同的椭球面反射系统相对同轴设置。

Claims (4)

1.双焦点免定位的双椭球成像装置，其特征在于，包括同轴相对设置的两套相同的椭球面反射系统，所述椭球面反射系统包括同轴设置的固定盘(1)、物镜(2)、物镜转接件(3)、椭球面反射镜(4)和固定套筒(5)；所述固定盘(1)安装在固定套筒(5)内部，固定盘(1)中心开有螺纹孔，用于固定物镜(2)的物镜转接件(3)与所述螺纹孔螺纹连接，通过在螺纹孔中旋转，实现物镜(2)在光轴上移动，使物镜(2)焦点与椭球面反射镜(4)的远焦点重合；所述椭球面反射镜(4)近焦点同时位于椭球面反射镜(4)的端面上和固定套筒(5)的端面上。

2.根据权利要求1所述的双焦点免定位的双椭球成像装置，其特征在于，两套椭球面反射系统之间的距离能够调整。

3.根据权利要求1或2所述的双焦点免定位的双椭球成像装置，其特征在于，物镜(2)焦点与椭球面反射镜(4)的远焦点重合，调整步骤及判断方法为以下两种方法中的一种：

方法一：

步骤a、在椭球面反射镜(4)的近焦点处放置点光源，在物镜(2)后方放置观察屏或成像器件；

步骤b、旋拧物镜转接件(3)，使物镜(2)在光轴上移动；

步骤c、观察屏或成像器件上的圆形光斑光强为最大值时，物镜(2)焦点与椭球面反射镜(4)的远焦点重合；

方法二：

步骤a、在椭球面反射镜(4)的近焦点处放置点光源，在物镜(2)后方放置观察屏或成像器件；

步骤b、旋拧物镜转接件(3)，使物镜(2)在光轴上移动；

步骤c、使观察屏或成像器件在光轴上移动，在观察屏或成像器件上的圆形光斑大小不变时，物镜(2)焦点与椭球面反射镜(4)的远焦点重合。

4.根据权利要求1或2所述的双焦点免定位的双椭球成像装置，其特征在于，两套相同的椭球面反射系统相对同轴设置的调整步骤如下：

步骤a、在其中一个椭球面反射镜(4)的近焦点处放置点光源，在另外一个椭球面反射镜(4)的近焦点处放置观察屏或成像器件；

步骤b、调整其中一个椭球面反射系统，在观察屏或成像器件上的圆形光斑直径小于阈值时，实现两套相同的椭球面反射系统相对同轴设置。