CN108828781A - 一种多波长变孔径环形光束产生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多波长变孔径环形光束产生装置，包括：依次排列且同轴设置的第一聚焦透镜、扩束镜、滤波器旋转器、遮光片旋转器、第二聚焦透镜和椭球面反射镜，其中，第一聚焦透镜的焦点与扩束镜的焦点重合，滤波器旋转器和遮光片旋转器均垂直于光轴，且均可以绕各自的中心轴转动，第二聚焦透镜的焦点与椭球面反射镜第一焦点重合。本发明利用环形光束与椭球面反射镜的组合，形成一全方位角照明的空心光锥，从而在载玻片与空气交界面处发生全反射，产生倏逝波，对不同的荧光分子照明。

Description

一种多波长变孔径环形光束产生装置

技术领域

本发明涉及光学显微照明技术领域，更具体的说是涉及一种多波长变孔径环形光束产生装置。

背景技术

随着单分子荧光成像技术的不断发展，荧光显微成像技术取得了一系列的进步。近年来，一种新的全内反射荧光显微成像手段被提出，该技术利用全内反射时产生的倏逝波对样品进行照明，可使照明区域限制在样品表面极薄的范围内，因此具有其他技术无法比拟的高对比度与高信噪比，适合单分子成像与检测。

对于不同的荧光分子样品，其激发的波长各不相同，因此需要用不同波长的激光对其进行照明。

因此，如何提供一种能够对不同波长激光进行照明的装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种多波长变孔径环形光束产生装置，在提供变孔径环形光束照明的基础上，以非常简单的结构，使用白光激光光源与滤波器旋转器装置的组合，实现了对照明光束波段的调制，对不同荧光分子样品进行照明，通过改变照明光束的波长与入射角，可改变倏逝场的激发深度和强度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多波长变孔径环形光束产生装置，包括：依次排列且同轴设置的第一聚焦透镜、扩束镜、滤波片旋转器、遮光片旋转器、第二聚焦透镜和椭球面反射镜，其中，所述第一聚焦透镜的焦点与所述扩束镜的焦点重合，所述滤波片旋转器和所述遮光片旋转器均垂直于光轴平面，且均绕各自的中心轴转动，所述第二聚焦透镜的焦点与所述椭球面反射镜第一焦点重合。

进一步，所述扩束镜、所述滤波片旋转器、所述遮光片旋转器和所述第二聚焦透镜装配在同一机械件上。

进一步，所述滤波片旋转器包括高通滤波片一、高通滤波片二、高通滤波片三、高通滤波片四、带通滤波片和K9玻璃片一，其中，所述高通滤波片一、所述高通滤波片二、所述高通滤波片三、所述高通滤波片四、所述带通滤波片和所述K9玻璃片一绕同一中心轴等间距分布。

进一步，所述高通滤波片一、所述高通滤波片二、所述高通滤波片三、所述高通滤波片四和所述带通滤波片均以K9玻璃材料为基底，且所述高通滤波片一、所述高通滤波片二、所述高通滤波片三、所述高通滤波片四、所述带通滤波片和所述K9玻璃片一最大口径均相同。

进一步，所述高通滤波片一、所述高通滤波片二、所述高通滤波片三和所述高通滤波片四的透过波长均不相同，其中，所述高通滤波片一为488nm高通滤波片，所述高通滤波片二为532nm高通滤波片，所述高通滤波片三为588nm高通滤波片，所述高通滤波片四为635nm高通滤波片。

进一步，所述带通滤波片为532nm带通滤波片。

进一步，所述遮光片旋转器包括遮光片一、遮光片二、遮光片三、遮光片四、K9玻璃片二和通光孔径，其中所述遮光片一、所述遮光片二、所述遮光片三、所述遮光片四、所述K9玻璃片二和所述通光孔径绕同一中心轴等间距分布。

进一步，所述遮光片一、所述遮光片二、所述遮光片三和所述遮光片四均以K9玻璃材料为基底，且所述遮光片一、所述遮光片二、所述遮光片三、所述遮光片四和所述K9玻璃片二最大口径均相同。

进一步，所述遮光片一、所述遮光片二、所述遮光片三和所述遮光片四遮光面积均不同。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种多波长变孔径环形光束产生装置，通过滤波器旋转器可产生不同波段的圆形光束，并经遮光片旋转器上一圆形遮光片后形成环形光束，光线经聚焦透镜后聚焦于椭球面反射镜第一焦点位置，再经椭球面反射镜表面反射后形成一全方位角照明的空心光锥，并以一定入射角范围聚焦于椭球面反射镜第二焦点处发生全反射，产生倏逝场，实现了对不同荧光分子样品进行照明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的一种多波长变孔径环形光束产生装置结构示意图。

其中，各部件为：

1、第一聚焦透镜，2、扩束镜，3、滤波片旋转器，31、高通滤波片一，32、高通滤波片二，33、高通滤波片三，34、高通滤波片四，35、带通滤波片，36、K9玻璃片一，4、遮光片旋转器，41、遮光片一，42、遮光片二，43、遮光片三，44、遮光片四，45、K9玻璃片二，46、通光孔径，5、第二聚焦透镜，6、椭球面反射镜。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种多波长变孔径环形光束产生装置，包括：依次排列且同轴设置的第一聚焦透镜1、扩束镜2、滤波片旋转器3、遮光片旋转器4、第二聚焦透镜5和椭球面反射镜6，其中，第一聚焦透镜1的焦点与扩束镜2的焦点重合，滤波片旋转器3和遮光片旋转器4均垂直于光轴平面，且均绕各自的中心轴转动，第二聚焦透镜5的焦点与椭球面反射镜6第一焦点重合。

其中，依次排列的扩束镜2、滤波器旋转器3、遮光片旋转器4和第二聚焦透镜5之间的距离均为20mm，且均集成装配在同一机械件上。

滤波片旋转器3包括高通滤波片一31、高通滤波片二32、高通滤波片三33、高通滤波片四34、带通滤波片35和K9玻璃片一36，其中，高通滤波片一31、高通滤波片二32、高通滤波片三33、高通滤波片四34、带通滤波片35和K9玻璃片一36绕同一中心轴等间距分布；

高通滤波片一31、高通滤波片二32、高通滤波片三33、高通滤波片四34和带通滤波片35均以K9玻璃材料为基底，且高通滤波片一31、高通滤波片二32、高通滤波片三33、高通滤波片四34、带通滤波片35和K9玻璃片一36最大口径均相同；高通滤波片一31、高通滤波片二32、高通滤波片三33和高通滤波片四34的透过波长均不相同，其中，高通滤波片一31为488nm高通滤波片，高通滤波片二32为532nm高通滤波片，高通滤波片三33为588nm高通滤波片，高通滤波片四34为635nm高通滤波片；带通滤波片35为532nm带通滤波片。

需要说明的是，根据实际情况可以选择其它参数的高通滤波片，不限制于本发明的488nm高通滤波片，532nm高通滤波片，588nm高通滤波片和635nm高通滤波片。

遮光片旋转器4包括遮光片一41、遮光片二42、遮光片三43、遮光片四44、K9玻璃片二45和一不放置任何材质的通光孔径46，其中，通光孔径46可以作为备用，添加新的遮光片，K9玻璃片二45可以作为非遮挡照明的消像差对照组，遮光片一41、遮光片二42、遮光片三43、遮光片四44、K9玻璃片二45和通光孔径46绕同一中心轴等间距分布；遮光片一41、遮光片二42、遮光片三43和遮光片四44均以K9玻璃材料为基底，且遮光片一41、遮光片二42、遮光片三43、遮光片四44和K9玻璃片二45最大口径均相同；遮光片一41、遮光片二42、遮光片三43和遮光片四44遮光面积均不同。

在本发明中，通过设计滤波片旋转器3便可产生不同波段的环形激光光束照明，因此有结构简单、操作方便的技术优势；滤波片旋转器3装置有很高的定位精度，能精确地控制滤波片与前后透镜位置处在同一轴线上。

本发明四片高通滤波片，可在损失少量照明光强的情况下得到不同波段的照明光束，并完成对荧光样品的激发，一片带通滤波片可得到单一波长的照明激光，一片K9玻璃片一，方便在荧光显微成像中作对照实验，因此用户可根据不同需求选择不同的滤波片，并结合遮光片旋转器对照明光束的波长与入射角度进行调制，进而改变倏逝场的激发深度和强度。

本发明的工作原理为：

白光激光光束经第一聚焦透镜1与扩束镜2后完成对光束的扩束，然后通过滤波片旋转器3后得到所需波段的圆形光束，再通过遮光片旋转器4上一圆形遮光片后形成环形光束，光线经第二聚焦透镜5后聚焦于椭球面反射镜6第一焦点位置，再经椭球面反射镜6表面反射后形成一全方位角照明的空心光锥，并以一定入射角范围聚焦于椭球面反射镜6第二焦点处发生全反射，产生倏逝场，完成对荧光分子样品的照明。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种多波长变孔径环形光束产生装置，其特征在于，包括：依次排列且同轴设置的第一聚焦透镜(1)、扩束镜(2)、滤波片旋转器(3)、遮光片旋转器(4)、第二聚焦透镜(5)和椭球面反射镜(6)，其中，所述第一聚焦透镜(1)的焦点与所述扩束镜(2)的焦点重合，所述滤波片旋转器(3)和所述遮光片旋转器(4)均垂直于光轴平面，且均绕各自的中心轴转动，所述第二聚焦透镜(5)的焦点与所述椭球面反射镜(6)第一焦点重合。

2.根据权利要求1所述的一种多波长变孔径环形光束产生装置，其特征在于，所述扩束镜(2)、所述滤波片旋转器(3)、所述遮光片旋转器(4)和所述第二聚焦透镜(5)装配在同一机械件上。

3.根据权利要求1所述的一种多波长变孔径环形光束产生装置，其特征在于，所述滤波片旋转器(3)包括高通滤波片一(31)、高通滤波片二(32)、高通滤波片三(33)、高通滤波片四(34)、带通滤波片(35)和K9玻璃片一(36)，其中，所述高通滤波片一(31)、所述高通滤波片二(32)、所述高通滤波片三(33)、所述高通滤波片四(34)、所述带通滤波片(35)和所述K9玻璃片一(36)绕同一中心轴等间距分布。

4.根据权利要求3所述的一种多波长变孔径环形光束产生装置，其特征在于，所述高通滤波片一(31)、所述高通滤波片二(32)、所述高通滤波片三(33)、所述高通滤波片四(34)和所述带通滤波片(35)均以K9玻璃材料为基底，且所述高通滤波片一(31)、所述高通滤波片二(32)、所述高通滤波片三(33)、所述高通滤波片四(34)、所述带通滤波片(35)和所述K9玻璃片一(36)最大口径均相同。

5.根据权利要求4所述的一种多波长变孔径环形光束产生装置，其特征在于，所述高通滤波片一(31)、所述高通滤波片二(32)、所述高通滤波片三(33)和所述高通滤波片四(34)的透过波长均不相同，其中，所述高通滤波片一(31)为488nm高通滤波片，所述高通滤波片二(32)为532nm高通滤波片，所述高通滤波片三(33)为588nm高通滤波片，所述高通滤波片四(34)为635nm高通滤波片。

6.根据权利要求5所述的一种多波长变孔径环形光束产生装置，其特征在于，所述带通滤波片(35)为532nm带通滤波片。

7.根据权利要求1所述的一种多波长变孔径环形光束产生装置，其特征在于，所述遮光片旋转器(4)包括遮光片一(41)、遮光片二(42)、遮光片三(43)、遮光片四(44)、K9玻璃片二(45)和通光孔径(46)，其中所述遮光片一(41)、所述遮光片二(42)、所述遮光片三(43)、所述遮光片四(44)、所述K9玻璃片二(45)和所述通光孔径(46)绕同一中心轴等间距分布。

8.根据权利要求7所述的一种多波长变孔径环形光束产生装置，其特征在于，所述遮光片一(41)、所述遮光片二(42)、所述遮光片三(43)和所述遮光片四(44)均以K9玻璃材料为基底，且所述遮光片一(41)、所述遮光片二(42)、所述遮光片三(43)、所述遮光片四(44)和所述K9玻璃片二(45)最大口径均相同。

9.根据权利要求8所述的一种多波长变孔径环形光束产生装置，其特征在于，所述遮光片一(41)、所述遮光片二(42)、所述遮光片三(43)和所述遮光片四(44)遮光面积均不同。