CN114919250A - 一种基于多角度可调谐滤光薄膜的暗场成像载玻片 - Google Patents

一种基于多角度可调谐滤光薄膜的暗场成像载玻片 Download PDF

Info

Publication number
CN114919250A
CN114919250A CN202210526427.XA CN202210526427A CN114919250A CN 114919250 A CN114919250 A CN 114919250A CN 202210526427 A CN202210526427 A CN 202210526427A CN 114919250 A CN114919250 A CN 114919250A
Authority
CN
China
Prior art keywords
film
dark field
angle
field imaging
tunable filter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210526427.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN114919250B (zh
Inventor
陈瑞溢
曹宇
薛伟
侯智善
朱小伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wenzhou University
Original Assignee
Wenzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wenzhou University filed Critical Wenzhou University
Priority to CN202210526427.XA priority Critical patent/CN114919250B/zh
Publication of CN114919250A publication Critical patent/CN114919250A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114919250B publication Critical patent/CN114919250B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B17/00—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B17/00—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres
    • B32B17/06—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/06—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/30—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising vinyl (co)polymers; comprising acrylic (co)polymers
    • B32B27/308—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising vinyl (co)polymers; comprising acrylic (co)polymers comprising acrylic (co)polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/04—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/04—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B9/045—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/34—Microscope slides, e.g. mounting specimens on microscope slides

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Filters (AREA)

Abstract

本发明提供了一种基于多角度可调谐滤光薄膜的暗场成像载玻片，包括基底和多层介质薄膜，多层介质薄膜由高、低两种折射率不同的材料交替堆叠而成，基础膜系为S/[a1(HL)]m1[a2(HL)]m2[a3(HL)]m3[a4(HL)]m40.5H，S表示基底，H和L分别代表光学厚度为λ/4的高低折射率材料，λ为薄膜的工作波段的长波部分的中心波长，a1、a2、a3、a4为递增的数列，范围在0.5‑1.2之间，m1、m2、m3、m4为周期数，范围为在4‑16之间的整数。本发明可实现对入射光的角度调制，得到大出射角度的照明光锥，实现大数值孔径、高对比度的暗场成像。本发明在可应用于明场光学显微镜产生暗场成像图，为实现微型化、高分辨暗场成像显微镜奠定了基础，具有普适性和应用价值。

Description

一种基于多角度可调谐滤光薄膜的暗场成像载玻片
技术领域
本发明属于暗场成像显微技术领域，特别涉及一种基于多角度可调谐滤光片的显微成像载玻片领域。
背景技术
暗场显微技术是一种标准的成像技术，在生物学、医学中具有广泛的应用，可用于提供高对比度的未染色标本图像。暗场显微技术则通过在光学显微成像的过程中，减少对照明光的收集，增强照明后散射光的收集，以提高成像系统的对比度。对于弱散射、弱吸收材料，该技术显著提高了成像的信噪比，比如，该技术可以对弱散射的生物样品和金属纳米颗粒进行成像。然而，使用暗视野显微镜对一些血细胞、细菌、藻类等生物进行显微分析往往需要特制、笨重的显微镜配套系统和昂贵的光学配件，比如暗场物镜或聚光镜。此外，传统暗场显微镜的数值孔径较小，而数值孔径与显微镜的分辨率成正比，因此，提高其数值孔径有利于提升分辨能力。
发明内容
本发明提供了一种基于多角度可调谐滤光薄膜的暗场成像载玻片，该暗场成像载玻片能够结合标准的光学显微镜设备来产生高对比度暗场图像，从而简化和缩小暗场显微镜设备。
本发明解决的技术方案如下：
一种基于多角度可调谐滤光薄膜的暗场成像载玻片，包括基底和多层介质薄膜，多层介质薄膜对入射光具有角度选择透过作用，多层介质薄膜的工作波段为380-780nm，对于工作波段中的380-635nm短波部分入射光在0-90°内均为高反射，且平均反射率大于90％；对于635-780nm长波部分入射光在0-θλ内高反射，在θλ+Δθλ内高透射，且平均透射率大于70％；其中θλ为孔径角，Δθλ为透射角谱；
多层介质薄膜由高、低两种折射率不同的材料交替堆叠而成，基础膜系为S/[a1(HL)]m1[a2(HL)]m2[a3(HL)]m3[a4(HL)]m40.5H，S表示基底，H和L分别代表光学厚度为λ/4的高低折射率材料，λ为薄膜的工作波段的长波部分的中心波长，a1、a2、a3、a4为递增的数列，范围在0.5-1.2之间，m1、m2、m3、m4为周期数，范围为在4-16之间的整数。
进一步的，基底为石英玻璃、钢化玻璃、有机玻璃或氟化钙。
进一步的，所述基高折射率材料为TiO2、Nb2O5、Ta2O5、HfO2、ZrO2、氟化物、硫化物或Si。
进一步的，所述低折射率材料为SiO2、Al2O3或MgF2。
进一步的，所述的多层介质膜由化学气相沉积法或物理气相沉积法制备而成。
与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
(1)本发明提出直接利用薄膜生成暗场显微镜所需的大角度出射光锥来简化和缩小暗场显微镜设备。本发明所述的暗场成像载玻片基于一种多角度可调谐滤光薄膜，其具有可控的出射角度，为实现微型化实验室暗场成像设备奠定了基础，该薄膜可用于普通的明场显微镜直接获得暗场成像图像，具有普适性和应用价值。
(2)本发明将传统的带通滤光片结构进行膜系优化，得到具有角度选择效果的滤光薄膜，利用单色光作为光源可实现获得大数值孔径的出射光，可在传统明场显微镜结构上实现具有高对比度的暗场成像效果。
(3)相对于传统暗场显微成像所需特殊设计的光学元件，本发明使用的成像薄膜集成度高，通过简单的薄膜工艺制备，可重复清洁使用，使用成本极低。
附图说明
图1为本发明所述基于多角度可调谐滤光薄膜的暗场成像载玻片结构示意图；
图2基础膜系结构图；
图3优化后膜系结构图；
图4反射率随波长、角度变化的曲线图；
图5750nm、700nm和650nm波长的出射孔径角。
具体实施方式
本发明提供了一种基于多角度可调谐滤光薄膜的暗场成像载玻片，如图1所示，包括基底1和多层介质薄膜2。
多层介质薄膜2可实现对入射光的角度选择透过，只有特定波段(长波波段)的特定角度范围(θλ+Δθλ，θλ称为孔径角，代表由高反射到高透射的转变角度，Δθλ为透射角谱，与波长反相关)的入射光可以通过。本发明所述的多层介质薄膜2工作波段为380-780nm，对于工作波段中的380-635nm短波部分入射光在0-90°内均为高反射(平均反射率大于90％)，对于635-780nm长波部分入射光在0-θλ内高反射，在θλ+Δθλ内高透射(平均透射率大于70％)，且θλ和Δθλ均与波长反相关，从780nm到635nm，对应的θλ为25°到80°，对应的Δθλ为50°到5°。
具体来说，入射光从载玻片下方以各个角度照射到载玻片上，对于入射光中波长范围在380-635nm的分量，不存在θλ，0-90°范围内均为高反射，而对于入射光中波长范围在635-780nm的分量，存在θλ，且入射角度小于θλ时为高反射，无法通过，入射角度在θλ+Δθλ范围内为高透射，可以通过。此外，不同的波长具有不同的θλ，且波长越短，孔径角θλ值越大，如750nm单色光的孔径角θ750nm为40°，700nm单色光的孔径角θ700nm为55°，650nm单色光的孔径角θ650nm为70°。由于长波是出射角度范围在θλ+Δθλ内的光锥，此时选择数值孔径为Nsinθλ的物镜(N为物镜与待观测样品盖玻片之间介质的折射率)，则该物镜收集的散射光和衍射光的角度范围为0-θλ。因此，当θλ较大时，基于本发明的暗场成像显微镜具有大的数值孔径，从而通过选择较大的θλ实现数值孔径更大的暗场成像。
多层介质薄膜2由高、低两种折射率不同的材料交替堆叠而成，基础膜系为S/[a1(HL)]m1[a2(HL)]m2[a3(HL)]m3[a4(HL)]m40.5H，S表示基底1，H和L分别代表光学厚度为λ/4的高低折射率材料，基底1为石英玻璃、钢化玻璃、有机玻璃和氟化钙等材料，高折射率材料为包括TiO2，Nb2O5，Ta2O5，HfO2，ZrO2，氟化物，硫化物或Si等，所述的低折射率材料为SiO2，Al2O3或MgF2等，λ为薄膜的工作波段的长波部分的中心波长，选择不同的λ可以得到不同的工作波段，a1，a2，a3，a4为递增的数列，范围在0.5-1.2之间，m1，m2，m3，m4为周期数，范围为在4-16之间的整数。在实施例中，选择λ为700nm，则对应的工作波段为380nm-780nm，选择a1，a2，a3，a4分别为0.58，0.7，0.8，1，选择m1，m2，m3，m4分别为6，8，12，16。本实施例中基底1选择石英玻璃，高折射率材料采用Nb2O5，低折射率材料采用SiO2，高低折射率材料的折射率参数由实际镀膜实验中反演得到。具有以上参数的多层介质薄膜2的膜层结构如图2所示。为了获得更理想的角度选择透过效果，本发明所述的多层介质薄膜2可在基础膜系上利用计算机中的膜系设计软件和相应的算法进一步优化结构，优化后最终膜系的每一膜层厚度变化在±15％之内，即在具有图2膜层结构的多层介质薄膜2基础上进行进一步优化膜层结构。优化的目的是实现工作波段中的380-635nm短波部分入射光在0-90°内平均反射率大于90％，实现635-780nm长波部分入射光在0-θλ内高反射，在θλ+Δθλ内平均透射率大于70％。确定好参数之后，利用膜系设计软件TfCalc和相应的算法(Gradient、Variable Metric和Simplex等)对膜系进行优化，膜系设计软件通过寻找适当的膜层位置并改变部分膜层的厚度从而对其进行优化，每一膜层厚度的变化在±15％之内，当满足目标值后停止。优化之后的多层介质薄膜2的膜层结构如图3所示，其反射率与波长、角度的曲线如图4所示。从图4中可以看出，优化之后的薄膜在保证短波截止、长波通过的基础上进一步优化了角度选择功能，即短波(380-625nm)在各个角度下均保持截止，小角度入射的长波(625-780nm红光)的平均反射率大于90％，而大角度入射的长波(625-780nm红光)的透射率大于70％。以750nm、700nm和650nm三个波长为例，其孔径角如图5所示，从图中可以看出，不同波长入射光具有不同的出射孔径角θλ，且随着波长变短，θλ变大。对于750nm波长，当入射角度为0-40°时，平均反射率大于90％，当入射角度为40°至75°时，平均透射率大于90％；对于700nm波长，当入射角度为0-55°时，平均反射率大于90％，当入射角度为55°-75°时，平均透射率大于90％；对于650nm波长，当入射角度为0-70°时，反射率大于95％，当入射角度为70°-80°时，平均透射率大于70％。
图4和图5所示的反射率均为入射光TM分量的反射率。
确定优化之后的多层介质薄膜2，将其镀在基底1上。可采用物理气相沉积法方法或化学气相沉积方法制备层介质薄膜2。本实施例中所述的多层介质薄膜2采用物理气相沉积法方法制备。
将制备得到的暗场成像载玻片用于观测时，具体做法为：需将待观测样品置于基底1未镀膜一侧，将入射光从多层介质薄膜2入射。根据需要的孔径角选择合适的单色光作为入射光，单色光的波长越短，其对应的孔径角越大，从780nm到635nm，对应的孔径角度为25°到80°。确定好光源之后，入射光中由环境光引入的短波分量以及小角度的长波光在多层介质膜膜层均被反射，仅有入射角度大于孔径角的入射光可以顺利通过，其通过基底1后照射样品产生不同的散射光和衍射光。如以700nm单色光作为光源，由于700nm波长对应的孔径角为55°，此时只有入射角度大于55°的光可以透过，其余均被截止，此时可以选择合适的物镜，另其收集的散射光和衍射光的角度范围为0-55°，即此时物镜的数值孔径为N*sin55°，其中N为物镜与待观测样品盖玻片之间介质的折射率。如以650nm单色光作为光源，由于650nm波长对应的孔径角为70°，此时只有入射角度大于70°的光可以透过，其余均被截止，此时可以选择合适的物镜，另其收集的散射光和衍射光的角度范围为0-70°即此时物镜的数值孔径为N*sin70°。因此基于本发明的暗场成像显微镜具有大的数值孔径。
本发明可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本发明的范围。所有这样的对所述领域的技术人员显而易见的修改，将包括在本权利要求的范围之内。

Claims (5)

1.一种基于多角度可调谐滤光薄膜的暗场成像载玻片，其特征在于，包括基底和多层介质薄膜，多层介质薄膜对入射光具有角度选择透过作用，多层介质薄膜的工作波段为380-780nm，对于工作波段中的380-635nm短波部分入射光在0-90°内均为高反射，且平均反射率大于90％；对于635-780nm长波部分入射光在0-θλ内高反射，在θλ+Δθλ内高透射，且平均透射率大于70％；其中θλ为孔径角，Δθλ为透射角谱；
多层介质薄膜由高、低两种折射率不同的材料交替堆叠而成，基础膜系为S/[a1(HL)]m1[a2(HL)]m2[a3(HL)]m3[a4(HL)]m40.5H，S表示基底，H和L分别代表光学厚度为λ/4的高低折射率材料，λ为薄膜的工作波段的长波部分的中心波长，a1、a2、a3、a4为递增的数列，范围在0.5-1.2之间，m1、m2、m3、m4为周期数，范围为在4-16之间的整数。
2.根据权利要求1所述的基于多角度可调谐滤光薄膜的暗场成像载玻片，其特征在于，基底为石英玻璃、钢化玻璃、有机玻璃或氟化钙。
3.根据权利要求1所述的基于多角度可调谐滤光薄膜的暗场成像载玻片，其特征在于，高折射率材料为TiO2、Nb2O5、Ta2O5、HfO2、ZrO2、氟化物、硫化物或Si。
4.根据权利要求1所述的基于多角度可调谐滤光薄膜的暗场成像载玻片，其特征在于，低折射率材料为SiO3、Al2O3或MgF2。
5.根据权利要求1所述的基于多角度可调谐滤光薄膜的暗场成像载玻片，其特征在于，所述多层介质膜由化学气相沉积法或物理气相沉积法制备而成。
CN202210526427.XA 2022-05-13 2022-05-13 一种基于多角度可调谐滤光薄膜的暗场成像载玻片 Active CN114919250B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210526427.XA CN114919250B (zh) 2022-05-13 2022-05-13 一种基于多角度可调谐滤光薄膜的暗场成像载玻片

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210526427.XA CN114919250B (zh) 2022-05-13 2022-05-13 一种基于多角度可调谐滤光薄膜的暗场成像载玻片

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114919250A true CN114919250A (zh) 2022-08-19
CN114919250B CN114919250B (zh) 2023-07-25

Family

ID=82808545

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210526427.XA Active CN114919250B (zh) 2022-05-13 2022-05-13 一种基于多角度可调谐滤光薄膜的暗场成像载玻片

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114919250B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103592712A (zh) * 2013-11-28 2014-02-19 上海空间电源研究所 高性能全介质干涉多层膜-tco串联型滤光器及其制备方法
US20170254887A1 (en) * 2016-03-02 2017-09-07 University Of Washington Systems and methods for measuring pressure distributions of acoustic beams from ultrasound sources
CN111856639A (zh) * 2020-07-15 2020-10-30 晋中学院 一种全介质紫外滤光膜
CN112946796A (zh) * 2019-12-11 2021-06-11 中国科学院上海光学精密机械研究所 一种宽带高反射高阈值低色散镜及其设计方法
US20210299879A1 (en) * 2018-10-27 2021-09-30 Gilbert Pinter Machine vision systems, illumination sources for use in machine vision systems, and components for use in the illumination sources

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103592712A (zh) * 2013-11-28 2014-02-19 上海空间电源研究所 高性能全介质干涉多层膜-tco串联型滤光器及其制备方法
US20170254887A1 (en) * 2016-03-02 2017-09-07 University Of Washington Systems and methods for measuring pressure distributions of acoustic beams from ultrasound sources
US20210299879A1 (en) * 2018-10-27 2021-09-30 Gilbert Pinter Machine vision systems, illumination sources for use in machine vision systems, and components for use in the illumination sources
CN112946796A (zh) * 2019-12-11 2021-06-11 中国科学院上海光学精密机械研究所 一种宽带高反射高阈值低色散镜及其设计方法
CN111856639A (zh) * 2020-07-15 2020-10-30 晋中学院 一种全介质紫外滤光膜

Also Published As

Publication number Publication date
CN114919250B (zh) 2023-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3999479B2 (ja) 光学装置
US9423529B2 (en) Antireflection coating, optical system, and optical instrument
CN103688195A (zh) 光学滤波器和光学设备
Stenzel et al. Plasma ion assisted deposition of hafnium dioxide using argon and xenon as process gases
JPH05188202A (ja) 多層光学薄膜
JP2015004919A (ja) 反射防止膜及びそれを有する光学素子
US7298550B2 (en) Dichroic mirror, fluorescence filter set, and fluoroscopy apparatus
WO2018110017A1 (ja) 光学製品
US9434145B2 (en) Dichroic filter conformed to optical surface
US20060257669A1 (en) Method of producing transparent titanium oxide coatings having a rutile structure
JPH0545498A (ja) 多層膜反射鏡
CN114919250B (zh) 一种基于多角度可调谐滤光薄膜的暗场成像载玻片
Paul et al. Conformal antireflection coating on polycarbonate domes
JP5292318B2 (ja) 反射防止膜、及びこれを有する光学部材
Tien et al. Accurate prediction of multilayered residual stress in fabricating a mid-infrared long-wave pass filter with interfacial stress measurements
JP2017009704A (ja) 多層膜を用いた光学素子、光学系および光学機器
US11226503B2 (en) Tunable spectral filters
JP6727454B2 (ja) 反射防止膜、光学素子および光学系
US20080278817A1 (en) Temperature-Resistant Layered System
JP4406980B2 (ja) 多層反射防止膜
KR20050042265A (ko) 편광 광 반사용 안티글레어 서포트 및 대조 증폭 서포트
JP2006317678A (ja) 光学フィルタ及び光学機器
JP7518906B2 (ja) 光学装置
CN210222375U (zh) 一种金属介质组合中性分光膜的分光镜
CN110709364A (zh) 带有亲水性防反射膜的透镜及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant