CN107728330A - 用于spr谱仪的光学系统 - Google Patents

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李洪增
王利兵
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Abstract

本发明公开了一种用于SPR谱仪的光学系统，包括LED光源、准直透镜组、扩束透镜组、偏振器和柱面透镜组，所述准直透镜组用于消除准直光的色差，把光源(1)发出的光整形成小口径平行光；所述扩束透镜组用于将所述小口径平行光扩束后为大口径平行光，以足够覆盖所述偏振器的面积；所述偏振器用于使通过的大口径平行光形成p偏振光；所述柱面透镜组用于将通过所述偏振器的光整形为在一个方向聚焦、在另一个方向保持平行的楔形光。该系统成本低、信号稳定、具有较大的波长检测范围，提高了SPR传感器检测精度及检测效率，可用于以SPR为代表的光学成像系统。

Description

用于SPR谱仪的光学系统
技术领域
本发明属于光学成像技术领域，特别是涉及一种用于SPR谱仪的光学系统。
背景技术
表面等离子共振检测技术(Surface Plasmon Resonance，SPR)是一种基于SPR原理的新型生物传感分析技术。现有技术中，大多用激光器作为光源，实现SPR芯片的照明，而激光器价格昂贵、寿命低、稳定性差，直接导致SPR检测仪寿命低和稳定性差。
发明内容
本发明的目的是克服现有SPR检测仪寿命低、稳定性差等缺陷，提供一种直接将LED光源发出的发散光变成单方向会聚的楔形光的楔形光发生器，实现SPR检测仪角度调制和长寿命、高稳定性等功能。
为此，本发明的技术方案如下：
一种用于SPR谱仪的光学系统，包括LED光源、准直透镜组、扩束透镜组、偏振器和柱面透镜组，
所述准直透镜组用于消除准直光的色差，把光源(1)发出的光整形成小口径平行光；
所述扩束透镜组用于将所述小口径平行光扩束后为大口径平行光，以足够覆盖所述偏振器的面积；
所述偏振器用于使通过的大口径平行光形成p偏振光；
所述柱面透镜组用于将通过所述偏振器的光整形为在一个方向聚焦、在另一个方向保持平行的楔形光。
其中，所述准直透镜组包括至少两片光焦度分别为正和负的透镜。
所述扩束透镜组由一组正透镜组和一组负透镜组组成，所述正透镜组和负透镜组的前焦面重合。
所述正透镜组与负透镜组焦距的比值为8。
所述偏振器由两块直角透镜胶合而成，在两块透镜的胶合粘接面上镀有偏振膜。
所述柱面透镜组由光焦度分别为正和负的两个柱面透镜组成。
所述柱面透镜组聚焦方向光线的角度范围至少覆盖12°。
本发明的用于SPR谱仪的光学系统将光源发出的球面波整形成的柱面波变成单方向会聚的楔形光，可为SPR检测仪提供信号稳定、光斑均匀的入射光。与现有的激光等光源相比，具有成本低、信号稳定性好、光斑均匀、功率低、寿命长等特点；该系统通过准直透镜组的设计，能够消除准直光的色差，避免了LED光源相对波长范围比较宽的缺点；通过进一步与软件处理技术相结合，该系统能够大大提高系统的光学成像灵敏度和分辨率，可广泛应用于以SPR仪为代表的光学成像系统，适用于SPR检测技术开发。
附图说明
图1a为本发明的用于SPR谱仪的光学系统的xz向结构简图；
图1b为本发明的用于SPR谱仪的光学系统的yz向结构简图；
图2为本发明中光学透镜系统的组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的用于SPR谱仪的光学系统的结构作进一步详细说明。
本发明的用于SPR谱仪的光学系统用于将光源发出的球面波整形成柱面波，变成单方向会聚的楔形光，为SPR检测仪提供不同角度的入射光。
参见图1a-图1b，该楔形光发生器包括LED光源1、准直透镜组2、扩束透镜组3、偏振器4和柱面透镜组5。准直透镜组2把光源1发出的光整形成小口径平行光；扩束透镜组3把小口径平行光扩束为大口径平行光；偏振器4用来生成p偏振光；柱面透镜组5使偏振的平行光在单方向会聚变成偏振楔形光。
LED光源1相对波长范围比较宽，为得到清晰的SPR波谱，楔形光发生器需要进行消色差设计。
如图2所示，准直透镜组2包括至少两片光焦度分别为正和负的透镜，用来消除准直光的色差，准直透镜组2把光源1发出的光整形成小口径平行光。
扩束透镜组3由一组正透镜组和一组负透镜组组成，正透镜组和负透镜组的前焦面重合，根据正透镜组和一组负透镜组的焦距比例来调整扩束比，最终确定扩束后大口径平行光的口径。在本发明的一个实施例中，正透镜组与负透镜组焦距的比值为8，最终确定扩束后大口径平行光的口径，扩束比为8倍；扩束后的光束口径可以足够覆盖偏振器的面积。
偏振器4由两块直角透镜胶合而成，在两块透镜的胶合粘接面上镀有偏振膜，保证平行光束通过偏振器后生成p偏振光；偏振膜位于两块直角透镜之间，可以使偏振光更稳定，不受外界环境影响而变质。
出于消色差的考虑，柱面透镜组5由光焦度分别为正和负的柱面透镜组成，柱面透镜组把平行光整形为在一个方向聚焦，另一个方向保持平行的楔形光，聚焦方向光线的角度范围可以至少覆盖12°。
楔形光照射SPR芯片内表面，不同角度的光在SPR芯片内表面发生全反射，提供给SPR芯片以多角度同时入射，多角度同时反应，后续光学系统会捕捉芯片上的SPR吸收角度，推算SPR反应。

Claims (8)

1.一种用于SPR谱仪的光学系统，其特征在于：包括LED光源(1)、准直透镜组(2)、扩束透镜组(3)、偏振器(4)和柱面透镜组(5)，
所述准直透镜组(2)用于消除准直光的色差，把光源(1)发出的光整形成小口径平行光；
所述扩束透镜组(3)用于将所述小口径平行光扩束后为大口径平行光，以足够覆盖所述偏振器(4)的面积；
所述偏振器(4)用于使通过的大口径平行光形成p偏振光；
所述柱面透镜组(5)用于将通过所述偏振器(4)的光整形为在一个方向聚焦、在另一个方向保持平行的楔形光。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于：所述准直透镜组(2)包括至少两片光焦度分别为正和负的透镜。
3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于：所述扩束透镜组(3)由一组正透镜组和一组负透镜组组成，所述正透镜组和负透镜组的前焦面重合。
4.根据权利要求3所述的光学系统，其特征在于：所述正透镜组与负透镜组焦距的比值为8。
5.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于：所述偏振器(4)为偏振片或偏振棱镜。
6.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于：所述偏振器(4)为偏振棱镜，且由两块直角透镜胶合而成，在两块透镜的胶合粘接面上镀有偏振膜。
7.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于：所述柱面透镜组(5)由光焦度分别为正和负的两个柱面透镜组成。
8.根据权利要求7所述的光学系统，其特征在于：所述柱面透镜组(5)聚焦方向光线的角度范围至少覆盖12°。
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