CN113189076A - 基于梯度折射率透镜的微型化荧光样品检测装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于梯度折射率透镜的微型化荧光样品检测装置和方法，由LED光源发出的入射光经半球透镜形成平行光，平行光经过激发滤光片，再经二向色镜反射，反射光经梯度折射率透镜汇聚到镀膜样品表面，聚焦光斑激发样品表面发出荧光，反射荧光信号依次经过梯度折射率透镜，二向色镜和收集滤光片后，入射至聚焦透镜，平行光经聚焦透镜汇聚到CCD相机上进行成像，从而完成镀膜样品的表面检测。本发明通过将LED、半球透镜和梯度折射率透镜等元件组成的宽场成像系统高度集成，精简装置体积，实现微型化。还可以用于大型光学元件的在线实时检测，精密工业外壳内腔检测等。
Description
技术领域
本发明涉及光学精密测量技术领域，更具体的说是涉及一种基于梯度折射率透镜的微型化荧光样品检测装置和方法。
背景技术
目前，随着现代科学技术的迅速发展，光学材料得到了广泛的应用，特别是工业、航空航天、国防、军工、信息、微电子与光电子等尖端科学方面成为一种不可缺少的重要材料。光学元件的应用日益广泛，对光学元件的表面质量提出的更高的要求，这就需要光学制造业具备超精密加工水平，尽可能保证光学元件的表面粗糙度和面型精度。
但是，普通显微系统体积较大，在一些工业领域，无法直接使用
因此，如何减小显微镜体积，提供一种基于梯度折射率透镜的微型化荧光样品检测装置和方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于梯度折射率透镜的微型化荧光样品检测装置和方法，解决了普通的显微镜体积较大问题，而且还可以降低观测成本。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于梯度折射率透镜的微型化荧光样品检测装置，包括：LED光源、半球透镜、激发滤光片、二向色镜、梯度折射率透镜、镀膜样品、收集滤光片、聚焦透镜和CCD相机；
所述LED光源产生的光源信号依次通过所述半球透镜、激发滤光片、二向色镜、梯度折射率透镜传输到镀膜样品表面形成照明光路；
所述镀膜样品表面的反射荧光依次通过所述梯度折射率透镜、二向色镜、收集滤光片、聚焦透镜传输到CCD相机形成检测光路；
所述激发滤光片用来对光源信号进行滤波；
所述二向色镜用来将光源信号反射至梯度折射率透镜并将镀膜样品表面的反射荧光透射至收集滤光片；
所述梯度折射率透镜用来将光源信号汇聚到镀膜样品表面，并将镀膜样品表面的反射荧光传输到二向色镜；
所述的镀膜样品为表面镀了荧光物质薄膜的样品；
所述收集滤光片用来过滤二向色镜透射的反射荧光；
所述镀膜样品、梯度折射率透镜、二向色镜、收集滤光片、聚焦透镜、CCD相机位于同一竖直方向上。
优选的，所述的LED光源(1)为波长480nm的蓝光光源，功率为50mw。
优选的，所述的LED光源(1)、半球透镜(2)、激发滤光片(3)、二向色镜(4)、梯度折射率透镜(5)、收集滤光片(7)、聚焦透镜(8)和CCD相机(9)集成在最大外形尺寸为15mm×15mm×20mm的外壳中。
优选的，所述的镀膜样品(6)表面通过蒸镀的方法镀上一层有机荧光物质形成荧光膜，所述的荧光膜厚度为0.1μm-2μm，在水或酒精、丙酮等有机溶剂中的溶解度大于10g/100g。
一种基于梯度折射率透镜的微型化荧光样品检测装置的荧光样品检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a、通过蒸镀的方法在待测样品表面形成一层厚度在0.1μm-2μm之间的有机荧光膜，使待测样品成为镀膜样品；
步骤b、LED光源发出的光经过半球透镜形成平行光，平行光经过激发滤光片滤波后，由二向色镜反射至梯度折射率透镜，梯度折射率透镜将反射光汇聚到镀膜样品上，聚焦光斑激发样品表面的荧光膜发出荧光；
步骤c、所述镀膜样品经激发产生的反射荧光，经梯度折射率透镜和二向色镜后透射到收集滤光片，通过聚焦透镜汇聚到CCD相机传感器表面进行成像。
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基于梯度折射率透镜的微型化荧光样品检测装置和方法，与现有技术比具有以下有益效果：
将传统体积庞大的台式显微镜缩小至体积仅为2cm3的外壳内，包含完整的光路系统，成功实现微型化。还可以用于大型光学元件的在线实时检测，精密工业外壳内腔检测等。
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基于梯度折射率透镜的微型化荧光样品检测装置结构示意图。
图中：1LED光源、2半球透镜、3激发滤光片、4二向色镜、5梯度折射率透镜、6镀膜样品、7发射滤光片、8聚焦透镜、9CCD相机；
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。
实施例1：如附图1所示本实施例公开了一种基于梯度折射率透镜的微型化荧光样品检测装置，用于实现镀膜样品的表面检测，包括：LED光源1、半球透镜2、激发滤光片3、二向色镜4、梯度折射率透镜5、镀膜样品6、收集滤光片7、聚焦透镜8和CCD相机9；LED光源1产生的光源信号依次通过所述半球透镜2、激发滤光片3、二向色镜4、梯度折射率透镜5传输到镀膜样品表面形成照明光路；镀膜样品6表面的反射荧光依次通过所述梯度折射率透镜5、二向色镜4、收集滤光片7、聚焦透镜8传输到CCD相机9形成检测光路；所述激发滤光片3用来对光源信号进行滤波；所述二向色镜4用来将光源信号反射至梯度折射率透镜5并将镀膜样品6表面的反射荧光透射至收集滤光片7；梯度折射率透镜5用来将光源信号汇聚到镀膜样品6表面，并将镀膜样品6表面的反射荧光传输到二向色镜4；所述的镀膜样品6为表面镀了荧光物质薄膜的样品；收集滤光片7用来过滤二向色镜4透射的反射荧光；所述镀膜样品6、梯度折射率透镜5、二向色镜4、收集滤光片7、聚焦透镜8、CCD相机9位于同一竖直方向上。
更为具体的：所述的LED光源1波长为480nm的蓝光光源，功率为50mw。
更为具体的：所述的半球透镜2直径尺寸为3mm，二向色镜4尺寸为4mm×6mm×1mm，激发滤光片3尺寸为3.5mm×4mm×1mm，收集滤光片7尺寸为4mm×4mm×1mm，所述的聚焦透镜8直径尺寸为5mm，梯度折射率透镜5的直径尺寸为2mm，长度为4mm，CCD相机9尺寸为13mm×13mm×2mm。
更为具体的：所述的LED光源1、半球透镜2、激发滤光片3、二向色镜4、梯度折射率透镜5、收集滤光片7、聚焦透镜8和CCD相机9集成在最大外形尺寸为15mm×15mm×20mm的外壳中。
更为具体的：所述的镀膜样品6表面通过蒸镀的方法镀上一层有机荧光物质形成荧光膜，所述的荧光膜厚度在0.1μm-2μm之间，膜在水或酒精、丙酮等有机溶剂中的溶解度大于10g/100g。
一种基于梯度折射率透镜的微型化荧光样品检测方法，该方法是基于实施例1所述基于梯度折射率透镜的微型化荧光样品检测装置实现的，包括以下步骤：
步骤a、通过蒸镀的方法在待测样品表面形成一层厚度在0.1μm-2μm之间的有机荧光膜，使待测样品成为镀膜样品6；
步骤b、LED光源1发出的光经过半球透镜2形成平行光，平行光经过激发滤光片3滤波后，由二向色镜4反射至梯度折射率透镜5，梯度折射率透镜5将反射光汇聚到镀膜样品6上，聚焦光斑激发样品表面的荧光膜发出荧光；
步骤c、所述镀膜样品6经激发产生的反射荧光，经梯度折射率透镜5和二向色镜4后透射到收集滤光片7，通过聚焦透镜8汇聚到CCD相机9传感器表面进行成像从而完成宽场表面的检测。
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 (5)
1.一种基于梯度折射率透镜的微型化荧光样品检测装置，其特征在于，包括：LED光源(1)、半球透镜(2)、激发滤光片(3)、二向色镜(4)、梯度折射率透镜(5)、镀膜样品(6)、收集滤光片(7)、聚焦透镜(8)和CCD相机(9)；
所述LED光源(1)产生的光源信号依次通过所述半球透镜(2)、激发滤光片(3)、二向色镜(4)、梯度折射率透镜(5)传输到镀膜样品(6)表面形成照明光路；
所述镀膜样品(6)表面的反射荧光依次通过所述梯度折射率透镜(5)、二向色镜(4)、收集滤光片(7)、聚焦透镜(8)传输到CCD相机(9)形成检测光路；
所述激发滤光片(3)用来对光源信号进行滤波；
所述二向色镜(4)用来将光源信号反射至梯度折射率透镜(5)并将镀膜样品(6)表面的反射荧光透射至收集滤光片(7)；
所述梯度折射率透镜(5)用来将光源信号汇聚到镀膜样品(6)表面，并将镀膜样品(6)表面的反射荧光传输到二向色镜(4)；
所述的镀膜样品(6)为表面镀了荧光物质薄膜的样品；
所述收集滤光片(7)用来过滤二向色镜(4)透射的反射荧光；
所述镀膜样品(6)、梯度折射率透镜(5)、二向色镜(4)、收集滤光片(7)、聚焦透镜(8)、CCD相机(9)位于同一竖直方向上。
2.根据权利要求1所述的基于梯度折射率透镜的微型化荧光样品检测装置，其特征在于：所述的LED光源(1)为波长480nm的蓝光光源，功率为50mw。
3.根据权利要求1所述的基于梯度折射率透镜的微型化荧光样品检测装置，其特征在于：所述的LED光源(1)、半球透镜(2)、激发滤光片(3)、二向色镜(4)、梯度折射率透镜(5)、收集滤光片(7)、聚焦透镜(8)和CCD相机(9)集成在最大外形尺寸为15mm×15mm×20mm的外壳中。
4.根据权利要求1所述的基于梯度折射率透镜的微型化荧光样品检测装置，其特征在于：所述的镀膜样品(6)表面通过蒸镀的方法镀上一层有机荧光物质形成荧光膜，所述的荧光膜厚度为0.1μm-2μm，在水或酒精、丙酮等有机溶剂中的溶解度大于10g/100g。
5.一种基于权利要求1～4中任一所述梯度折射率透镜的微型化荧光样品检测装置的荧光样品检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a、通过蒸镀的方法在待测样品表面形成一层厚度在0.1μm-2μm之间的有机荧光膜，使待测样品成为镀膜样品(6)；
步骤b、LED光源(1)发出的光经过半球透镜(2)形成平行光，平行光经过激发滤光片(3)滤波后，由二向色镜(4)反射至梯度折射率透镜(5)，梯度折射率透镜(5)将反射光汇聚到镀膜样品(6)上，聚焦光斑激发样品表面的荧光膜发出荧光；
步骤c、所述镀膜样品(6)经激发产生的反射荧光，经梯度折射率透镜(5)和二向色镜(4)后透射到收集滤光片(7)，通过聚焦透镜(8)汇聚到CCD相机(9)传感器表面进行成像。
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