CN116499975B - 一种用于光学表面波传感器的棱镜装置及其设计安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于光学表面波传感器的棱镜装置及其设计安装方法，该装置包括截面为梯形的棱镜，棱镜的长边位于物镜的下表面下方，棱镜的短边连接有光学平板，棱镜与光学平板的厚度之和小于物镜的工作距，棱镜与光学平板采用相同的光学材料，该光学材料折射率为n 1 ，棱镜侧面的环境折射率为n 0 ，光学平板下面环境的折射率为n 2 ，其中，n 1>n 2>n 0。根据折射率数据以及物镜的工作距，即可对应设计出棱镜与光学平板的厚度，棱镜的梯形截面的锐角、长边与短边尺寸数据。与现有技术相比，本发明能够适用于小工作距的大数值孔径物镜，并且便于加工安装、能够防止水溢出污染。
Description
技术领域
本发明涉及激光超声病理检测技术领域，尤其是涉及一种用于光学表面波传感器的棱镜装置及其设计安装方法。
背景技术
目前，在光声快速病理检测领域，利用光学表面波传感器可以进行高灵敏折射率测量，将光学表面波传感器与激光超声技术相结合后，能够实现高灵敏、大带宽的光声信号的探测。传统基于光学表面波的光声显微成像系统中，光学布局如图1所示。其中，泵浦光需要经过显微物镜汇聚到样品表面，如图1所示，激发出超声波信号，在通过棱镜下面与样品之间的水环境，声波传输到棱镜下表面引起折射率的变化，入射光线经过棱镜表面全内反射，折射率的变化导致发生全内反射的P光（平行偏振光）和S光（垂直偏振光）的分量产生变化，通过测量该变化，测量出折射率随时间的变化，从而计算出超声信号随时间的变化关系。再通过逐点扫描的方式，即可实现大面积的生物样品的光声显微成像。
根据以上成像系统的工作原理可知，在物镜与样品之间需要安装一个棱镜，由于棱镜的厚度一般为数毫米，因此实际应用中必须选用大工作距的物镜。而根据激发光声信号的原理，光声显微成像的分辨率与泵浦光线的汇聚光斑尺寸有关，汇聚光斑尺寸越小、分辨率越高，因此，选用大数值孔径物镜可以有效提高成像分辨率。但目前市场上的大数值孔径物镜的工作距较短，一般小于1mm，而同时满足大数值孔径和长工作距的物镜则价格高昂（单价10万元以上）。
为降低成本，现有技术考虑将棱镜厚度减小、小于物镜工作距，以能够使用大数值孔径但小工作距的物镜，然而，为了满足光线折射和全内反射要求，减小厚度棱镜的同时，也必然会减少棱镜的尺寸，导致棱镜上表面的短边尺寸会变得很小，这无疑会大大增加制造加工难度，在安装固定棱镜时，如果棱镜尺寸较大，可以通过常规的光学调整架安装和调整，但是当棱镜的尺寸较小时，传统的安装方式则无法适用于物镜和样品之间小于1mm的空间要求；此外，传统的棱镜的下表面需要采用水环境，如果棱镜尺寸较大，水可以通过毛细力，吸附在棱镜下表面与样品之间的间隙中，不会溢出，并不会污染棱镜的其它表面，但当棱镜尺寸缩小后，则很难防止水溢出污染棱镜的侧面。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于光学表面波传感器的棱镜装置及其设计安装方法，能够适用于小工作距的大数值孔径物镜，并且便于加工安装、能够防止水溢出污染。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于光学表面波传感器的棱镜装置，包括截面为梯形的棱镜，所述棱镜的长边位于物镜的下表面下方，所述棱镜的短边连接有光学平板，所述棱镜与光学平板的厚度之和小于物镜的工作距，所述棱镜与光学平板采用相同的光学材料，该光学材料折射率为n 1 ，所述棱镜侧面的环境折射率为n 0 ，所述光学平板下面环境的折射率为n 2 ，其中，n 1>n 2>n 0。
进一步地，所述棱镜与光学平板之间填充有折射率匹配液或光胶，所述折射率匹配液或光胶的折射率为n 1 。
进一步地，所述棱镜与光学平板的厚度之和小于1mm。
进一步地，所述棱镜的梯形截面的锐角具体为：
其中，θ为棱镜的梯形截面的锐角，α为临界角。
进一步地，所述棱镜的梯形截面的长边尺寸具体为：
其中，b为棱镜的梯形截面的长边尺寸，h为棱镜的厚度，c为光学平板的厚度。
进一步地，所述棱镜的梯形截面的短边尺寸具体为：
其中，a为棱镜的梯形截面的短边尺寸。
一种用于光学表面波传感器的棱镜装置设计安装方法，包括以下步骤：
S1、获取物镜的工作距尺寸数据以及相关环境的折射率，并据此设计棱镜及光学平板的尺寸、材料参数；
S2、按照设计的棱镜及光学平板的尺寸、材料参数，完成棱镜及光学平板的加工制作；
S3、将棱镜的短边与光学平板相连接，并在棱镜与光学平板之间填充折射率匹配液或光胶；
S4、将棱镜的长边紧贴安装于物镜的下表面，在光学平板下方设置待测样品及扫描平移台，所述待测样品位于水环境中；
S5、分别安装探测激光器、光电探测器、泵浦激光器及对应的光学设备。
进一步地，所述步骤S1的具体过程为：
获取物镜的工作距尺寸数据，设计棱镜的厚度为h、光学平板的厚度为c，其中，（h+ c）小于物镜的工作距；
获取棱镜侧面环境折射率为n 0 、光学平板下面环境的折射率为n 2 ，设计棱镜与光学平板选用相同的光学材料，该光学材料的折射率为n 1 ，其中，n 1>n 2>n 0；
之后设计棱镜梯形截面的锐角θ为：
棱镜梯形截面的长边尺寸b为：
棱镜梯形截面的短边尺寸a为：
其中，α为临界角。
进一步地，所述步骤S3中折射率匹配液或光胶的折射率为n 1 。
进一步地，所述步骤S5的具体过程为：
在物镜上方安装泵浦激光器、第一透镜、第二透镜和反射镜，使得泵浦激光器产生的泵浦光脉冲，经过第一透镜和第二透镜进行扩束，再经过反射镜反射入射到物镜，汇聚光束经过棱镜及光学平板，汇聚在样品表面，激发出光声信号，利用扫描平移台带动样品实现二维扫描；
在棱镜的一侧安装探测激光器、二分之一波片、四分之一波片和第三透镜，在棱镜的另一侧安装第四透镜、偏振分光棱镜、第五透镜、第一光电探测器、第六透镜和第二光电探测器，使得探测激光器发出的探测光束，经过二分之一波片和四分之一波片成为圆偏振光，经过第三透镜入射到棱镜及光学平板，汇聚焦点在棱镜下表面中心，在棱镜下表面的全内反射时，光声信号导致棱镜下表面的折射率变化，导致反射光的P光和S光的分量产生强度的变化，从棱镜出来的探测光束，经过第四透镜和偏振分光棱镜后，P光透射并经过第六透镜后由第二光电探测器接收，S光在偏振分光棱镜反射后，经过第五透镜后由第一光电探测器接收，第一光电探测器与第二光电探测器接收到的光电信号经过差分，即可测量出光声信号引起的折射率变化，从而计算出光声的变化。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、本发明通过设计截面为梯形的棱镜，将棱镜的长边设计位于物镜的下表面下方，将棱镜的短边与光学平板相连接，设计棱镜与光学平板的厚度之和小于物镜的工作距，从而适用于大数值孔径但小工作距的物镜；并设计棱镜与光学平板采用相同的光学材料，该光学材料折射率为n 1 ，且n 1>n 2>n 0，n 0 为棱镜侧面的环境折射率、n 2 为光学平板下面环境的折射率，由此使得入射光线和出射光线在棱镜的上表面（即棱镜的长边）均发生一次全内反射，该增加的全内反射不影响棱镜下表面（即棱镜的短边）的折射率传感，但能够使棱镜的上表面尺寸加大，从而有效减小了加工和安装的难度，此外，将棱镜固定在一片与棱镜同样光学材料的光学平板上，一方面隔绝了水环境的污染可能性，另一方面，也更加便于棱镜的安装、调整和更换。
二、本发明结合棱镜与光学平板的折射率、棱镜侧面的环境折射率、光学平板下面环境的折射率，以对应设计棱镜截面梯形的锐角、短边和长边尺寸数据，能够确保满足光线折射和全内反射要求，实现折射率传感测量。
三、本发明将棱镜与物镜的下表面直接安装在一起，减小了物镜与棱镜在测量过程中相对位置发生变化带来的影响。
附图说明
图1为传统光声病理检测原理示意图；
图2为本发明的装置结构示意图；
图3为棱镜和光学平板的参数示意图；
图4为本发明的设计安装流程示意图；
图5为实施例一中物镜与棱镜装置的安装效果示意图；
图6为实施例一中棱镜与光学平板的设计参数示意图；
图7~9为实施例一中棱镜装置与物镜之间不同连接件的设计参数示意图；
图10为实施例二中采用本发明棱镜装置的光声显微成像系统连接示意图；
图中标记说明：1、棱镜；2、光学平板；3、物镜；4、反射镜；5、第二透镜；6、第一透镜；7、探测激光器；8、二分之一波片；9、四分之一波片；10、第三透镜；11、扫描平移台；12、第四透镜；13、偏振分光棱镜；14、第五透镜；15、第六透镜；16、第一光电探测器；17、第二光电探测器；18、样品，19、泵浦激光器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图2所示，一种用于光学表面波传感器的棱镜装置，包括截面为梯形的棱镜1，棱镜1的长边位于物镜3的下表面下方，棱镜1的短边连接有光学平板2，棱镜1与光学平板2的厚度之和小于物镜3的工作距（实际应用中，棱镜1与光学平板2的厚度之和可设计为小于1mm，从而更好地适用于大数值孔径但小工作距的物镜），棱镜1与光学平板2采用相同的光学材料，该光学材料折射率为n 1 ，棱镜1侧面的环境折射率为n 0 ，光学平板2下面环境的折射率为n 2 ，其中，n 1>n 2>n 0。此外，棱镜1与光学平板2之间填充有折射率匹配液或光胶，折射率匹配液或光胶的折射率为n 1 。当入射汇聚光线经过棱镜1的一个侧面入射，入射方向沿水平方向，入射光线在棱镜1侧面折射，并在棱镜1上表面全内反射，反射光线汇聚在棱镜1下表面中心，并再次发生全内反射，再次经过棱镜1上表面全内反射后，由棱镜1另一侧表面折射后，沿水平方向出射。
棱镜1与光学平板2的具体结构参数关系如图3所示，已知参数有n 0 、n 1 和n 2 ，根据选取的物镜3的工作距，设定好h（棱镜1的厚度）和c（光学平板2的厚度），其中，(h+c)小于物镜3的工作距。则可以得到如下关系：
(1)
式中，α为临界角。
根据折射定理，可以得到：
(2)
代入式(1)得到的α，即可计算出θ值，θ为棱镜的梯形截面的锐角。
根据下式关系，可以计算出b值：
(3)
式中，b为棱镜的梯形截面的长边尺寸。
根据下式关系，可以计算出a值：
(4)
式中，a为棱镜的梯形截面的短边尺寸。
通过上述式(1)~(4)的计算，则图3中所有参数均可确定。
将上述装置应用于实际，其设计安装过程如图4所示，包括以下步骤：
S1、获取物镜的工作距尺寸数据以及相关环境的折射率，并据此设计棱镜及光学平板的尺寸、材料参数；
S2、按照设计的棱镜及光学平板的尺寸、材料参数，完成棱镜及光学平板的加工制作；
S3、将棱镜的短边与光学平板相连接，并在棱镜与光学平板之间填充折射率匹配液或光胶；
S4、将棱镜的长边紧贴安装于物镜的下表面，在光学平板下方设置待测样品及扫描平移台，所述待测样品位于水环境中；
S5、分别安装探测激光器、光电探测器、泵浦激光器及对应的光学设备。
实施例一
本实施例中，物镜3选用thorlabs公司生产的MicroSpot紫外聚焦物镜（型号为LMU-40X-UVB），NA=0.47，放大倍数40倍，适合波长266nm，工作距0.8mm，单价约为2.4万元。需说明的是，传统方案中，为满足应用需求，只能选用Mitutoyo 50X的物镜（适合波长266nm，NA=0.4，工作距12mm），单价高达13万元。
本实施例的安装连接效果如图5所示，其中，棱镜装置的两侧设置有第一连接件，第一连接件通过第二连接件与第三连接件相连接，第三连接件则与物镜3的侧面通过胶粘相连接。
首先设计棱镜装置中棱镜1与光学平板2的材料及尺寸数据，如图6所示，棱镜1和光学平板2材料选用JGS1光学石英玻璃，折射率为n 1 =1.502，光学平板2下面为水环境，折射率n 2 =1.333，光学平板2上面为大气环境，折射率n 0 =1。
光学平板2采用c=0.1mm厚的光学平板，材料为JGS1光学石英玻璃，设计棱镜1的厚度h=0.5mm，所以(c+h)=0.6mm，小于物镜3的工作距0.8mm。
根据式(1)，可得：
代入式(2)，可得：
根据式(3)，可得：
b=4.71mm
根据式(4)，可得：
a=2.64mm
之后设计第一连接件材料为铝合金，通过常规机加工方法获得，与棱镜装置通过紫外胶粘接。设计参数如图7所示。
设计第二连接件材料为铝合金，通过常规机加工方法获得，与第一连接件通过四个M0.8的螺钉连接。设计参数如图8所示。
设计第三连接件材料为铝合金，通过常规机加工方法获得，与第二连接件通过螺纹连接。与物镜3通过胶粘连接。设计参数如图9所示。
实施例二
本实施例应用本发明提出的棱镜装置，搭建如图10所示的光声显微成像系统，该系统中，由泵浦激光器19（266nm波长纳秒激光器）产生的泵浦光脉冲，经过第一透镜6（焦距50mm）和第二透镜5（焦距150mm）进行扩束，经过反射镜4反射入射到物镜3（NA=0.47，放大倍数40倍，适合波长266nm，工作距0.8mm）中，汇聚光束经过棱镜1及光学平板2，汇聚在样品18表面，激发出光声信号，扫描平移台11带动样品18实现二维扫描；
探测激光器7（633nm波长连续激光）发出的探测光束，经过二分之一波片8和四分之一波片9成为圆偏振光，经过第三透镜10（焦距100mm），入射到棱镜1及光学平板2，汇聚焦点在棱镜1下表面中心，在棱镜1下表面的全内反射时，光声信号导致棱镜1下表面的折射率变化，导致反射光的P光和S光的分量产生强度的变化，从棱镜1出来的探测光束，经过第四透镜12（焦距100mm）和偏振分光棱镜13后，P光透射并经过第六透镜15（焦距50mm）后由第二光电探测器17接收，S光在偏振分光棱镜13反射后，经过第五透镜14（焦距50mm）后由第一光电探测器16接收，两个探测接收到的光电信号经过差分，即可测量光声信号引起的折射率变化，从而计算出光声的变化。
综上可知，本技术方案能够可靠满足以下应用需求：
1、棱镜厚度小于物镜工作距；
2、入射光线在棱镜下表面发生全内反射，实现折射率传感测量；
3、入射光线水平入射、出射光线水平出射，便于嵌入到光路中；
4、物镜下表面为水环境，其余表面为空气环境。
而且本技术方案使得入射光线和出射光线在棱镜的上表面均发生一次全内反射，该增加的全内反射不影响棱镜下表面的折射率传感，能够使棱镜的上表面尺寸加大，减小加工和安装的难度；
本技术方案给出了全新的棱镜参数的设计方法；
本技术方案将棱镜固定在一片与棱镜同样材料的光学平板材料上，一方面隔绝了水环境的污染可能性，另一方面，便于棱镜的安装、调整和更换；
本技术方案将棱镜与物镜直接安装在一起，减小了物镜与棱镜在测量过程中相对位置发生变化带来的影响；
本技术方案中，棱镜与光学平板的整体厚度可设计小于1mm，适合于大数值孔径但小工作距的物镜，当应用在基于光学表面波方法的光声显微成像中，能够提高成像空间分辨率，降低系统的研制成本。
Claims (9)
1.一种用于光学表面波传感器的棱镜装置，其特征在于，包括截面为梯形的棱镜(1)，所述棱镜(1)的长边位于物镜(3)的下表面下方，所述棱镜(1)的短边连接有光学平板(2)，所述棱镜(1)与光学平板(2)的厚度之和小于物镜(3)的工作距，所述棱镜(1)与光学平板(2)采用相同的光学材料，该光学材料折射率为n1，所述棱镜(1)侧面的环境折射率为n0，所述光学平板(2)下面环境的折射率为n2，其中，n1>n2>n0，所述棱镜(1)与光学平板(2)之间填充有折射率匹配液或光胶，所述折射率匹配液或光胶的折射率为n1；
当入射汇聚光线经过棱镜(1)的一个侧面入射，入射方向沿水平方向，入射光线在棱镜(1)侧面折射，并在棱镜(1)上表面全内反射，反射光线汇聚在棱镜(1)下表面中心，并再次发生全内反射，再次经过棱镜(1)上表面全内反射后，由棱镜(1)另一侧表面折射后，沿水平方向出射。
2.根据权利要求1所述的一种用于光学表面波传感器的棱镜装置，其特征在于，所述棱镜(1)与光学平板(2)的厚度之和小于1mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于光学表面波传感器的棱镜装置，其特征在于，所述棱镜(1)的梯形截面的锐角具体为：
其中，θ为棱镜(1)的梯形截面的锐角，α为临界角。
4.根据权利要求3所述的一种用于光学表面波传感器的棱镜装置，其特征在于，所述棱镜(1)的梯形截面的长边尺寸具体为：
其中，b为棱镜(1)的梯形截面的长边尺寸，h为棱镜(1)的厚度，c为光学平板(2)的厚度。
5.根据权利要求4所述的一种用于光学表面波传感器的棱镜装置，其特征在于，所述棱镜(1)的梯形截面的短边尺寸具体为：
其中，a为棱镜(1)的梯形截面的短边尺寸。
6.一种采用如权利要求1所述用于光学表面波传感器的棱镜装置的设计安装方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取物镜(3)的工作距尺寸数据以及相关环境的折射率，并据此设计棱镜(1)及光学平板(2)的尺寸、材料参数；
S2、按照设计的棱镜(1)及光学平板(2)的尺寸、材料参数，完成棱镜(1)及光学平板(2)的加工制作；
S3、将棱镜(1)的短边与光学平板(2)相连接，并在棱镜(1)与光学平板(2)之间填充折射率匹配液或光胶；
S4、将棱镜(1)的长边紧贴安装于物镜(3)的下表面，在光学平板(2)下方设置待测样品(18)及扫描平移台(11)，所述待测样品(18)位于水环境中；
S5、分别安装探测激光器(7)、光电探测器、泵浦激光器(19)及对应的光学设备。
7.根据权利要求6所述的一种棱镜装置的设计安装方法，其特征在于，所述步骤S1的具体过程为：
获取物镜(3)的工作距尺寸数据，设计棱镜(1)的厚度为h、光学平板(2)的厚度为c，其中，(h+c)小于物镜(3)的工作距；
获取棱镜(1)侧面环境折射率为n0、光学平板(2)下面环境的折射率为n2，设计棱镜(1)与光学平板(2)选用相同的光学材料，该光学材料的折射率为n1，其中，n1>n2>n0；
之后设计棱镜(1)梯形截面的锐角θ为：
棱镜(1)梯形截面的长边尺寸b为：
棱镜(1)梯形截面的短边尺寸a为：
其中，α为临界角。
8.根据权利要求7所述的一种棱镜装置的设计安装方法，其特征在于，所述步骤S3中折射率匹配液或光胶的折射率为n1。
9.根据权利要求7所述的一种棱镜装置的设计安装方法，其特征在于，所述步骤S5的具体过程为：
在物镜(3)上方安装泵浦激光器(19)、第一透镜(6)、第二透镜(5)和反射镜(4)，使得泵浦激光器(19)产生的泵浦光脉冲，经过第一透镜(6)和第二透镜(5)进行扩束，再经过反射镜(4)反射入射到物镜(3)，汇聚光束经过棱镜(1)及光学平板(2)，汇聚在样品(18)表面，激发出光声信号，利用扫描平移台(11)带动样品(18)实现二维扫描；
在棱镜(1)的一侧安装探测激光器(7)、二分之一波片(8)、四分之一波片(9)和第三透镜(10)，在棱镜(1)的另一侧安装第四透镜(12)、偏振分光棱镜(13)、第五透镜(14)、第一光电探测器(16)、第六透镜(15)和第二光电探测器(17)，使得探测激光器(7)发出的探测光束，经过二分之一波片(8)和四分之一波片(9)成为圆偏振光，经过第三透镜(10)入射到棱镜(1)及光学平板(2)，汇聚焦点在棱镜(1)下表面中心，在棱镜(1)下表面的全内反射时，光声信号导致棱镜(1)下表面的折射率变化，导致反射光的P光和S光的分量产生强度的变化，从棱镜(1)出来的探测光束，经过第四透镜(12)和偏振分光棱镜(13)后，P光透射并经过第六透镜(15)后由第二光电探测器(17)接收，S光在偏振分光棱镜(13)反射后，经过第五透镜(14)后由第一光电探测器(16)接收，第一光电探测器(16)与第二光电探测器(17)接收到的光电信号经过差分，即可测量出光声信号引起的折射率变化，从而计算出光声的变化。
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Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0682653A (ja) * | 1992-08-28 | 1994-03-25 | Ricoh Co Ltd | 集積型光導波路デバイス、導波路型光ピックアップ及び集積型光導波路デバイス用プリズム作製方法 |
| JP2001076375A (ja) * | 1999-09-02 | 2001-03-23 | Sharp Corp | 整形プリズム及び該整形プリズムを用いた光ピックアップ装置 |
| CN1336653A (zh) * | 2000-04-19 | 2002-02-20 | 索尼公司 | 组合棱镜,光头和光学记录/重现装置 |
| JP2005147969A (ja) * | 2003-11-19 | 2005-06-09 | Shimadzu Corp | 光学顕微鏡測定装置 |
| CN102488494A (zh) * | 2011-11-16 | 2012-06-13 | 华中科技大学 | 全内反射式光声显微成像系统及方法 |
| CN103637808A (zh) * | 2013-11-18 | 2014-03-19 | 深圳先进技术研究院 | 光声成像装置 |
| CN106092901A (zh) * | 2016-06-07 | 2016-11-09 | 深圳大学 | 一种基于表面波的声信号探测器和反射式光声显微镜 |
| CN106123770A (zh) * | 2016-06-20 | 2016-11-16 | 西北工业大学 | 一种折射率与形貌同时动态测量的方法 |
| CN210442817U (zh) * | 2019-09-20 | 2020-05-01 | 朱健吾 | 一种小体积的光学采集系统 |
| CN114264614A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-04-01 | 深圳大学 | 一种无标记光声病理显微成像系统及成像方法 |
| CN114384016A (zh) * | 2022-01-18 | 2022-04-22 | 深圳大学 | 大深度成像的光声显微成像系统及成像方法 |
| CN115058494A (zh) * | 2022-07-06 | 2022-09-16 | 上海交通大学 | 全内反射单分子基因测序系统 |
| CN115824976A (zh) * | 2022-12-22 | 2023-03-21 | 深圳大学 | 一种基于平面波导的光声微流控探测系统 |
| CN116027534A (zh) * | 2023-02-02 | 2023-04-28 | 之江实验室 | 一种减小全反射探测光束占用范围的装置和方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016110971A1 (ja) * | 2015-01-07 | 2016-07-14 | オリンパス株式会社 | 光音響顕微鏡用対物レンズユニット及びこれを有する光音響顕微鏡 |
| DE102016122429A1 (de) * | 2016-11-22 | 2018-05-24 | Karl Storz Se & Co. Kg | Negativlinse und Endoskopobjektiv |
| WO2018135005A1 (ja) * | 2017-01-23 | 2018-07-26 | オリンパス株式会社 | 信号処理装置、光音響波撮影装置および信号処理方法 |
-
2023
- 2023-06-29 CN CN202310776924.XA patent/CN116499975B/zh active Active
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0682653A (ja) * | 1992-08-28 | 1994-03-25 | Ricoh Co Ltd | 集積型光導波路デバイス、導波路型光ピックアップ及び集積型光導波路デバイス用プリズム作製方法 |
| JP2001076375A (ja) * | 1999-09-02 | 2001-03-23 | Sharp Corp | 整形プリズム及び該整形プリズムを用いた光ピックアップ装置 |
| CN1336653A (zh) * | 2000-04-19 | 2002-02-20 | 索尼公司 | 组合棱镜,光头和光学记录/重现装置 |
| JP2005147969A (ja) * | 2003-11-19 | 2005-06-09 | Shimadzu Corp | 光学顕微鏡測定装置 |
| CN102488494A (zh) * | 2011-11-16 | 2012-06-13 | 华中科技大学 | 全内反射式光声显微成像系统及方法 |
| CN103637808A (zh) * | 2013-11-18 | 2014-03-19 | 深圳先进技术研究院 | 光声成像装置 |
| CN106092901A (zh) * | 2016-06-07 | 2016-11-09 | 深圳大学 | 一种基于表面波的声信号探测器和反射式光声显微镜 |
| CN106123770A (zh) * | 2016-06-20 | 2016-11-16 | 西北工业大学 | 一种折射率与形貌同时动态测量的方法 |
| CN210442817U (zh) * | 2019-09-20 | 2020-05-01 | 朱健吾 | 一种小体积的光学采集系统 |
| CN114384016A (zh) * | 2022-01-18 | 2022-04-22 | 深圳大学 | 大深度成像的光声显微成像系统及成像方法 |
| CN114264614A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-04-01 | 深圳大学 | 一种无标记光声病理显微成像系统及成像方法 |
| CN115058494A (zh) * | 2022-07-06 | 2022-09-16 | 上海交通大学 | 全内反射单分子基因测序系统 |
| CN115824976A (zh) * | 2022-12-22 | 2023-03-21 | 深圳大学 | 一种基于平面波导的光声微流控探测系统 |
| CN116027534A (zh) * | 2023-02-02 | 2023-04-28 | 之江实验室 | 一种减小全反射探测光束占用范围的装置和方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Development of dual-channel surface plasmon resonance imaging system applied to living tumour cell analyses;Lulu Zhang et al.;《Micro & Nano Letters》;第9卷(第6期);382-385 * |
| 微分干涉相衬显微镜中偏光棱镜设计;蔡昕, 徐毓娴, 张志利;光学技术(第03期);229-231、234 * |
| 生物医学光声显微成像 ： 技术和应用进展;龙晓云、田超;《中国激光》;第47卷(第2期);1-15 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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