CN1276525A - 基于达曼光栅的并行共焦检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于达曼光栅的并行共焦检测装置,结构包括光源、针孔滤波器,其特征还包括聚光透镜、达曼光栅、二向色镜、成像透镜组、滤光片、共焦针孔阵列板和二维光电探测器;被测样品置于二向色镜的下方。该装置中由于达曼光栅的性质,多通道之间的光强均匀,各个通道之间间距可调,消除杂散光效果好,有利于荧光检测。该系统结构简化,利用微加工工艺制作达曼光栅可降低成本,有很好的应用前景。
Description
本发明涉及一种基于达曼光栅的并行共焦检测装置，可应用于生物学研究，生物医学研究，材料科学和工业产品制造加工检测等，属光学成像和检测装置技术领域。
传统的共焦激光扫描显微镜是单点探测，必须长时间扫描以产生二维图象，结构复杂，价格昂贵；而现有的并行共焦系统，微阵列三维面形并行共焦检测装置，也有焦斑质量和探测的横向分辨率较差、分光光强不均匀、光源点阵间距无法调整、三维探测的各个层面点阵间距不同、消除杂散光的效果较差等不足。
现有最新的并行共焦检测装置是微阵列三维面形并行共焦检测装置(专利号97210075.X)，图1是该装置的主要结构。微阵列三维面形并行共焦检测装置依次由处于同一条中心光轴上的光源1、小孔光阑2、准直透镜3、微光学阵列合成器4、半透半反镜7、物镜5构成。除半透半反镜7为45°倾斜外，其余各部件所在平面相互平行并均垂直于中心光轴。CCD面阵10所在平面平行于中心光轴8、其接收面正对半透半反镜7反射面。其中“微光学阵列合成器件”，专利号97210955，含有微透镜列阵、小孔滤波列阵、玻璃基底和固定架。小孔滤波列阵与微透镜列阵相匹配，即小孔的间距于微透镜列阵焦点间距相等，小孔的大小与微透镜焦斑大小相等，该两列阵的间距是微透镜的焦距。
微阵列三维面形并行共焦检测装置的不足在于：1.由于工艺限制，很难加工出大数值孔径的微透镜列阵，焦斑质量和探测的横向分辨率较差；2.微透镜列阵对于光源的均匀性要求比较高，否则微透镜列阵中每个微透镜的焦点光强不均匀，将引起较大测量误差；3.微光学阵列合成器件所形成的光源点阵间距是固定的，无法调整，在三维成像过程中，所探测到的各个层面各自的点阵间距是不相同的；4.在探测器之前没有相应的小孔滤波列阵，并非完全的共焦系统，消除杂散光的效果较差。
本发明的目的是提出一种新型的基于达曼光栅的并行共焦检测系统，实现对大面积共焦荧光样片或物体三维形状的快速成像和检测。该装置中由于达曼光栅的性质，多通道之间的光强均匀，各个通道之间间距可调，消除杂散光效果好，有利于荧光检测，能够根据样品对象任意选择透镜参数以满足视场或分辨率的要求，采集数据时间短，更有利于对活性细胞的分析和研究。该系统结构简化，利用微加工工艺制作达曼光栅可降低成本，有很好的应用前景。
本发明设计的基于达曼光栅的并行共焦检测装置，有五种不同的结构：
第一种结构包括光源、针孔滤波器，其特征还包括聚光透镜、达曼光栅、二向色镜、成像透镜组、滤光片、共焦针孔阵列板和二维光电探测器；被测样品置于二向色镜的下方；光源发出的光经过针孔滤波器后形成一束原点位于针孔，并沿着水平光轴线传播的发散高斯光束，聚光透镜将发散高斯光束变换成为会聚高斯光束，此会聚光束经过达曼光栅后，由于衍射效应，将形成多个会聚高斯光束，这些会聚光束经过二向色镜的反射后转向，沿着铅垂光轴线传播，所有会聚点都将落在样品的与铅垂光轴线垂直的同一个截面上，形成间距相等的会聚光点阵，该会聚光点阵照明样品截面，并激发该截面上含有荧光标记的样品发射荧光，样品的截面位于成像透镜组中前透镜的焦平面上，而共焦针孔阵列板位于成像透镜组中后透镜的焦平面上，荧光透过二向色镜，经过前透镜和后透镜组成的成像透镜组和滤光片，在共焦针孔阵列板的平面上成像，共焦针孔阵列板的间距与荧光点阵的成像点阵间距相同，二维光电探测器探测透过共焦针孔阵列板的荧光，沿着铅垂光轴线移动样品，可以得到样品中各个截面的信号，经过计算机处理可以重构出样品荧光标记分布的三维图。
第二种结构包括光源、针孔滤波器，其特征还包括聚光透镜、达曼光栅、成像透镜组、滤光片、共焦针孔阵列板和二维光电探测器；被测样品置于达曼光栅和成像透镜组之间；光源发出的光经过针孔滤波器后形成一束原点位于针孔，并沿着水平光轴线传播的发散高斯光束，聚光透镜将发散高斯光束变换成为会聚高斯光束，此会聚光束经过达曼光栅后，由于衍射效应，将形成多个会聚高斯光束，这些会聚光束的所有会聚点都将落在样品的与水平光轴线垂直的同一个截面上，形成间距相等的会聚光点阵，该会聚光点阵照明样品截面，并激发该截面上含有荧光标记的样品发射荧光，样品的截面位于成像透镜组中前透镜的焦平面上，而共焦针孔阵列板位于成像透镜组中后透镜的焦平面上，荧光透过经过前透镜和后透镜组成的成像透镜组和滤光片，在共焦针孔阵列板的平面上成像，共焦针孔阵列板的间距与荧光点阵的成像点阵间距相同，二维光电探测器探测透过共焦针孔阵列板的荧光；沿着水平光轴线移动样品，可以得到样品中各个截面的信号，经过计算机处理可以重构出样品荧光标记分布的三维图。
第三种结构包括光源、针孔滤波器，其特征还包括准直透镜、达曼光栅、二向色镜、成像透镜组、滤光片、共焦针孔阵列板和二维光电探测器；被测样品置于二向色镜的下方；光源发出的光经过针孔滤波器后形成一束原点位于针孔，并沿着水平光轴线传播的发散高斯光束，准直透镜将发散高斯光束变换成为平行高斯光束，此平行光束经过达曼光栅后，由于衍射效应，将形成多个不同倾角的平行高斯光束，这些平行光束经过二向色镜的反射后转向，沿着铅垂光轴线传播，经过前透镜后形成多个会聚光束，所有会聚点都将落在样品的与铅垂光轴线垂直的同一个截面上，形成间距相等的会聚光点阵，该会聚光点阵照明样品截面，并激发该截面上含有荧光标记的样品发射荧光，样品的截面位于成像透镜组中前透镜的焦平面上，而共焦针孔阵列板位于成像透镜组中后透镜的焦平面上，荧光经过前透镜、二向色镜滤光片和后透镜，在共焦针孔阵列板的平面上成像，共焦针孔阵列板的间距与荧光点阵的成像点阵间距相同，二维光电探测器探测透过共焦针孔阵列板的荧光，沿着铅垂光轴线移动样品，可以得到样品中各个截面的信号，经过计算机处理可以重构出样品荧光标记分布的三维图。
第四种结构包括光源、针孔滤波器，其特征还包括聚光透镜、达曼光栅、半透半反镜、成像透镜、共焦针孔阵列板和二维光电探测器；被测样品置于半透半反镜的下方；光源发出的光经过针孔滤波器后形成一束原点位于针孔，并沿着水平光轴线传播的发散高斯光束，聚光透镜将发散高斯光束变换成为会聚高斯光束，此会聚光束经过达曼光栅后，由于衍射效应，将形成多个会聚高斯光束，这些会聚光束经过半透半反镜的反射后转向，沿着铅垂光轴线传播，所有会聚点都将落在样品的与铅垂光轴线垂直的同一个截面上，形成间距相等的会聚光点阵，该会聚光点阵照明样品截面，样品截面反射光和散射光透过半透半反镜，经过成像透镜，在共焦针孔阵列板的平面上成像，共焦针孔阵列板的间距与样品反射光所成像的点阵间距相同，二维光电探测器探测透过共焦针孔阵列板的光能，沿着铅垂光轴线移动样品，可以得到样品中各个截面的信号，经过计算机处理可以重构出样品内部分布或表面面形的三维图。
第五种结构包括光源、针孔滤波器，其特征还包括达曼光栅、聚光透镜、半透半反镜、成像透镜、共焦针孔阵列板和二维光电探测器；被测样品置于半透半反镜的下方；光源发出的光经过针孔滤波器后形成一束原点位于针孔，并沿着水平光轴线传播的发散高斯光束，经过达曼光栅后，由于衍射效应，将形成多个发散高斯光束，聚光透镜将这些发散高斯光束变换成为多个会聚高斯光束，经过半透半反镜的反射后转向，沿着铅垂光轴线传播，所有会聚点都将落在样品的与铅垂光轴线垂直的同一个截面上，形成间距相等的会聚光点阵，该会聚光点阵照明样品截面，样品截面反射光和散射光透过半透半反镜，经过成像透镜，在共焦针孔阵列板的平面上成像，共焦针孔阵列板的间距与样品反射光所成像的点阵间距相同，二维光电探测器探测透过共焦针孔阵列板的光能，沿着铅垂光轴线移动样品，可以得到样品中各个截面的信号，经过计算机处理可以重构出样品内部分布或表面面形的三维图。
本发明的效果是：(1)利用达曼光栅可以实现并行检测，采集数据时间短，更有利于对活性细胞的分析和研究。(2)利用达曼光栅分束作用，形成多通道的共焦系统，不需要复杂的二维扫描单元，简化了系统结构。(3)利用达曼光栅形成多通道的共焦系统，可以充分利用聚光透镜的大数值孔径，可以达到较高的横向和纵向分辨率，可准确记录物体面形或物体内部的三维信息，实现了对三维物体的快速检测。(4)移动工作台以实现纵向扫描，经过计算机软件重构可以得到物体三维面形或内部结构。(5)多通道之间的光强均匀，只需调整达曼光栅在光路中的位置，即可方便地改变各个通道之间间距，消除杂散光效果好，有利于荧光检测，能够根据样品对象任意选择透镜参数以满足视场和分辨率的要求。(6)结构简化，制作容易，操作方便，成本低廉，实用性强，应用范围广。
附图说明：
图1是现有的微阵列三维面形并行共焦检测装置结构图。
图2是本发明的第一种结构图，应用在荧光探测场合。
图3是本发明的第二种结构图，应用在荧光探测场合。
图4是本发明的第三种结构图，应用在荧光探测场合。
图5是本发明的第四种结构图，应用在非荧光探测场合。
图6是本发明的第五种结构图，应用在非荧光探测场合。
上述附图中，1为光源，2为小孔光阑，3为准直物镜，4为微光学阵列合成器，5为物镜，6为被测物面，7为半透半反镜，8为中心光轴线，9为反射光轴线，10为CCD面阵，11为水平光轴线，12为铅垂光轴线，13为会聚透镜或准直透镜，14为达曼光栅，15为被测样品，16为前透镜，17为滤光片，18为后透镜，19为共焦针孔阵列板，20为二维光电探测器，21为二向色镜，22为被测样品截面。
下面结合附图，详细介绍本发明的内容。
以下描述中用到方向描述概念：令光源位于整个系统图的最左端，从光源发出的光线传播方向为正右，通过光源中心从左向右的直线定义为水平光轴线。令样品位于整个系统图的最下端，探测器位于系统图的最上端，通过样品和探测器各自中心的直线定义为铅垂光轴线。其中，水平光轴线和铅垂光轴线只代表在图中的相对位置，并不表示在实际应用中物理方向上的水平和铅垂。本系统可以根据应用情况使水平光轴线和铅垂光轴线所确定的平面处于物理方向上的水平平面内或铅垂平面内。
图2是基于达曼光栅的并行共焦检测系统的第一种结构图，应用于含有荧光的样品检测。沿着水平光轴线11从左到右依次有：光源1、针孔滤波器2、聚光透镜13、达曼光栅14和二向色镜21；沿着铅垂光轴线12从下到上依次有样品15、二向色镜21、前透镜16、滤光片17、后透镜18、共焦针孔阵列板19和二维光电探测器20；二向色镜21位于水平光轴线11与铅垂光轴线12的交点上，与水平光轴线11相交成45°；除二向色镜21外，各个器件的平面都与各自的光轴线垂直；针孔滤波器2的针孔与样品15的截面22呈物象关系；样品15的截面22位于前透镜16的焦平面上，共焦针孔阵列板19位于后透镜18的焦平面上，样品15的截面22与共焦针孔阵列板18呈物象关系；共焦针孔阵列板19的间距与荧光点阵的成像点阵间距相同。本发明第一种结构的工作原理为：光源1(例如激光器)经过针孔滤波器2后形成一束其原点位于针孔，并沿着水平光轴线11传播的发散高斯光束，聚光透镜13将发散高斯光束变换成为会聚高斯光束，此会聚光束经过达曼光栅14后，由于衍射效应，将形成多个会聚高斯光束，这些会聚光束经过二向色镜21的反射，所有会聚点都将落在样品15中与铅垂光轴线12垂直的同一个截面22上，形成间距相等的会聚光点阵，该会聚光点阵照明样品截面22，并激发含有荧光标记的样品截面22发射荧光，荧光透过二向色镜21，经过前透镜16、滤光片17和后透镜18，在共焦针孔阵列板19平面上成像，二维光电探测器20(例如面阵电荷耦合探测器CCD)将探测透过共焦针孔阵列板19的荧光。这个共焦系统由于达曼光栅14的分束作用形成多通道共焦光路可以并行检测，无需扫描。沿着铅垂光轴线12移动样品15，可以得到样品15中各个截面的信号，经过计算机处理可以重构出样品15荧光标记分布的三维图。沿着水平光轴线11移动达曼光栅14可以改变投射在样品15的截面22上的光点阵列的间距，可以方便地调整所探测的面积和采样间距。
图3是本发明的第二种结构图，应用于含有荧光的样品检测。光源1、针孔滤波器2、聚光透镜13、达曼光栅14、样品15、前透镜16、滤光片17、后透镜18、共焦针孔阵列板19、二维光电探测器20的中心依次放置在水平光轴线11上；各个器件的平面都与水平光轴线11垂直；针孔滤波器2的针孔于样品15的截面22呈物象关系；样品15的截面22位于透镜16的焦平面上，共焦针孔阵列板19位于后透镜18的焦平面上，样品15的截面22与共焦针孔阵列板19呈物象关系；共焦针孔阵列板19的间距与荧光点阵的成像点阵间距相同。本发明第二种结构的工作原理为：光源1(例如激光器)经过针孔滤波器2后形成一束其原点位于针孔，并沿着水平光轴线11传播的发散高斯光束，聚光透镜13将发散高斯光束变换成为会聚高斯光束，此会聚光束经过达曼光栅14后，由于衍射效应，将形成多个会聚高斯光束，所有会聚点都将落在样品15中与水平光轴线12垂直的同一个截面22上，形成间距相等的会聚光点阵，该会聚光点阵照明样品截面22，并激发含有荧光标记的样品截面22发射荧光，荧光经过前透镜16、滤光片17、后透镜18，在共焦针孔阵列板19平面上成像，二维光电探测器20(例如面阵电荷耦合探测器CCD)将探测透过共焦针孔阵列板19的荧光。这个共焦系统由于达曼光栅14的分束作用形成多通道共焦光路可以并行检测，无需扫描。沿着铅垂光轴线12移动样品15，可以得到样品15中各个截面的信号，经过计算机处理可以重构出样品15荧光标记分布的三维图。沿着水平光轴线11移动达曼光栅14可以改变投射在样品15的截面22上的光点阵列的间距，可以方便地调整所探测的面积和采样间距。
图4是基于达曼光栅的并行共焦检测系统的第三种结构图，应用于含有荧光的样品检测。沿着水平光轴线11从左到右依次有：光源1、针孔滤波器2、准直透镜13、达曼光栅14和二向色镜21；沿着铅垂光轴线12从下到上依次有样品15、前透镜16、二向色镜21、滤光片17、后透镜18、共焦针孔阵列板19和二维光电探测器20；二向色镜21位于水平光轴线11与铅垂光轴线12的交点上，与水平光轴线11相交成45°；除二向色镜21外，各个器件的平面都与各自的光轴线垂直；针孔滤波器2的针孔位于准直透镜13的焦平面上，样品15的截面22位于前透镜16的焦平面上，共焦针孔阵列板19位于后透镜18的焦平面上；针孔滤波器2的针孔与样品15的截面22呈物象关系，样品15的截面22与共焦针孔阵列板18呈物象关系；共焦针孔阵列板19的间距与荧光点阵的成像点阵间距相同。本发明第三种结构的工作原理为：光源1(例如激光器)经过针孔滤波器2后形成一束其原点位于针孔，并沿着水平光轴线11传播的发散高斯光束，准直透镜13将发散高斯光束变换成为平行高斯光束，此平行光束经过达曼光栅14后，由于衍射效应，将形成多个不同倾角的平行高斯光束，这些平行光束经过二向色镜21的反射转向，沿着铅垂光轴线12传播，再经过前透镜16形成多个会聚光束，所有会聚点都将落在样品15中与铅垂光轴线12垂直的同一个截面22上，形成间距相等的会聚光点阵，该会聚光点阵照明样品截面22，并激发含有荧光标记的样品截面22发射荧光。荧光透过二向色镜21，经过由前透镜16、滤光片17和后透镜18，在共焦针孔阵列板19平面上成像，二维光电探测器20(例如面阵电荷耦合探测器CCD)探测透过共焦针孔阵列板19的荧光。这个共焦系统由于达曼光栅14的分束作用形成多通道共焦光路可以并行检测，无需扫描。沿着铅垂光轴线12移动样品15，可以得到样品15中各个截面的信号，经过计算机处理可以重构出样品15荧光标记分布的三维图。
图5是基于达曼光栅的并行共焦检测系统的第四种结构图，应用于不含有荧光的样品检测。沿着水平光轴线11从左到右依次有：光源1、针孔滤波器2、聚光透镜13、达曼光栅14和半透半反镜7；沿着铅垂光轴线12从下到上依次有样品15、半透半反镜7、成像透镜16、共焦针孔阵列板19和二维光电探测器20；半透半反镜7位于水平光轴线11与铅垂光轴线12的交点上，与水平光轴线11相交成45°；除半透半反镜7外，各个器件的平面都与各自的光轴线垂直；针孔滤波器2的针孔与样品15的截面22呈物象关系；样品15的截面22与共焦针孔阵列板18呈物象关系；共焦针孔阵列板19的间距与样品的成像点阵间距相同。本发明第四种结构的工作原理为：光源1(例如激光器)经过针孔滤波器2后形成一束其原点位于针孔，并沿着水平光轴线11传播的发散高斯光束，聚光透镜13将发散高斯光束变换成为会聚高斯光束，此会聚光束经过达曼光栅14后，由于衍射效应，将形成多个会聚高斯光束，这些会聚光束经过半透半反镜7的反射，所有会聚点都将落在样品15中与铅垂光轴线12垂直的同一个截面22上，形成间距相等的会聚光点阵，该会聚光点阵照明样品截面22，样品发射光和散射光透过半透半反镜7，经过成像透镜16，在共焦针孔阵列板19平面上成像，二维光电探测器20(例如面阵电荷耦合探测器CCD)将探测透过共焦针孔阵列板19的光能。这个共焦系统由于达曼光栅14的分束作用形成多通道共焦光路可以并行检测，无需扫描。沿着铅垂光轴线12移动样品15，可以得到样品15中各个截面的信号，经过计算机处理可以重构出样品15内部分布或表面面形的三维图。沿着水平光轴线11移动达曼光栅14可以改变投射在样品15的截面22上的光点阵列的间距，可以方便地调整所探测的面积和采样间距。
图6是基于达曼光栅的并行共焦检测系统的第五种结构图，应用于不含有荧光的样品检测。沿着水平光轴线11从左到右依次有：光源1、针孔滤波器2、达曼光栅14、聚光透镜13和半透半反镜7；沿着铅垂光轴线12从下到上依次有样品15、半透半反镜7、成像透镜16、共焦针孔阵列板19和二维光电探测器20；半透半反镜7位于水平光轴线11与铅垂光轴线12的交点上，与水平光轴线11相交成45°；除半透半反镜7外，各个器件的平面都与各自的光轴线垂直；针孔滤波器2的针孔与样品15的截面22呈物象关系；样品15的截面22与共焦针孔阵列板18呈物象关系；共焦针孔阵列板19的间距与样品的成像点阵间距相同。本发明第四种结构的工作原理为：光源1(例如激光器)经过针孔滤波器2后形成一束其原点位于针孔，并沿着水平光轴线11传播的发散高斯光束，此发散光束经过达曼光栅14后，由于衍射效应，将形成多个发散高斯光束，聚光透镜13将这些发散高斯光束变换成为多个会聚高斯光束，这些会聚光束经过半透半反镜7的反射，所有会聚点都将落在样品15中与铅垂光轴线12垂直的同一个截面22上，形成间距相等的会聚光点阵，该会聚光点阵照明样品截面22，样品的发射光和散射光透过半透半反镜7，经过成像透镜16，在共焦针孔阵列板19平面上成像，二维光电探测器20(例如面阵电荷耦合探测器CCD)将探测透过共焦针孔阵列板19的光能。这个共焦系统由于达曼光栅14的分束作用形成多通道共焦光路可以并行检测，无需扫描。沿着铅垂光轴线12移动样品15，可以得到样品15中各个截面的信号，经过计算机处理可以重构出样品15内部分布或表面面形的三维图。沿着水平光轴线11移动达曼光栅14可以改变投射在样品15的截面22上的光点阵列的间距，可以方便地调整所探测的面积和采样间距。
本发明装置的一个实施例，测量DNA杂交反应芯片。使用激光器的波长为632.8nm，被测样品为载波片上固定的标记了CY5的DNA点阵，根据达曼光栅的分束数不同，测量横向分辨率20～40μm，样品截面上的采样间距200～800μm。被测面积1.7～4mm。
Claims (5)
1、一种基于达曼光栅的并行共焦检测装置，该装置包括光源、小孔光阑，其特征还包括聚光透镜、达曼光栅、二向色镜、成像透镜组、滤光片、共焦针孔阵列板和二维光电探测器；被测样品置于二向色镜的下方；光源发出的光经过针孔滤波器后形成一束原点位于针孔，并沿着水平光轴线传播的发散高斯光束，聚光透镜将发散高斯光束变换成为会聚高斯光束，此会聚光束经过达曼光栅后，经衍射形成多个会聚高斯光束，会聚光束经过二向色镜的反射后转向，沿着铅垂光轴线传播，所有会聚点都落在样品的与铅垂光轴线垂直的同一个截面上，形成间距相等的会聚光点阵，该会聚光点阵照明样品截面，并激发该截面上含有荧光标记的样品发射荧光，样品的截面位于成像透镜组中前透镜的焦平面上，共焦针孔阵列板位于成像透镜组中后透镜的焦平面上，荧光透过二向色镜，经过前透镜和后透镜组成的成像透镜组和滤光片，在共焦针孔阵列板的平面上成像，共焦针孔阵列板的间距与荧光点阵的成像点阵间距相同，二维光电探测器探测透过共焦针孔阵列板的荧光，沿着铅垂光轴线移动样品，即得到样品中各个截面的信号。
2、一种基于达曼光栅的并行共焦检测装置，该装置包括光源、小孔光阑，其特征还包括聚光透镜、达曼光栅、成像透镜组、滤光片、共焦针孔阵列板和二维光电探测器；被测样品置于达曼光栅和成像透镜组之间；光源发出的光经过针孔滤波器后形成一束原点位于针孔，并沿着水平光轴线传播的发散高斯光束，聚光透镜将发散高斯光束变换成为会聚高斯光束，此会聚光束经过达曼光栅后，经衍射形成多个会聚高斯光束，会聚光束的所有会聚点都落在样品的与水平光轴线垂直的同一个截面上，形成间距相等的会聚光点阵，该会聚光点阵照明样品截面，并激发该截面上含有荧光标记的样品发射荧光，样品的截面位于成像透镜组中前透镜的焦平面上，共焦针孔阵列板位于成像透镜组中后透镜的焦平面上，荧光透过经过前透镜和后透镜组成的成像透镜组和滤光片，在共焦针孔阵列板的平面上成像，共焦针孔阵列板的间距与荧光点阵的成像点阵间距相同，二维光电探测器探测透过共焦针孔阵列板的荧光；沿着水平光轴线移动样品，即可得到样品中各个截面的信号。
3、一种基于达曼光栅的并行共焦检测装置，该装置包括光源、小孔光阑，其特征还包括准直透镜、达曼光栅、二向色镜、成像透镜组、滤光片、共焦针孔阵列板和二维光电探测器；被测样品置于二向色镜的下方；光源发出的光经过针孔滤波器后形成一束原点位于针孔，并沿着水平光轴线传播的发散高斯光束，准直透镜将发散高斯光束变换成为平行高斯光束，此平行光束经过达曼光栅后，经衍射形成多个不同倾角的平行高斯光束，平行光束经过二向色镜的反射后转向，沿着铅垂光轴线传播，经过前透镜后形成多个会聚光束，所有会聚点都落在样品的与铅垂光轴线垂直的同一个截面上，形成间距相等的会聚光点阵，该会聚光点阵照明样品截面，并激发该截面上含有荧光标记的样品发射荧光，样品的截面位于成像透镜组中前透镜的焦平面上，共焦针孔阵列板位于成像透镜组中后透镜的焦平面上，荧光经过前透镜、二向色镜滤光片和后透镜，在共焦针孔阵列板的平面上成像，共焦针孔阵列板的间距与荧光点阵的成像点阵间距相同，二维光电探测器探测透过共焦针孔阵列板的荧光，沿着铅垂光轴线移动样品，即可得到样品中各个截面的信号。
4、一种基于达曼光栅的并行共焦检测装置，该装置包括光源、小孔光阑，其特征还包括聚光透镜、达曼光栅、半透半反镜、成像透镜、共焦针孔阵列板和二维光电探测器；被测样品置于半透半反镜的下方；光源发出的光经过针孔滤波器后形成一束原点位于针孔，并沿着水平光轴线传播的发散高斯光束，聚光透镜将发散高斯光束变换成为会聚高斯光束，此会聚光束经过达曼光栅后，经衍射形成多个会聚高斯光束，会聚光束经过半透半反镜的反射后转向，沿着铅垂光轴线传播，所有会聚点都落在样品的与铅垂光轴线垂直的同一个截面上，形成间距相等的会聚光点阵，该会聚光点阵照明样品截面，样品截面反射光和散射光透过半透半反镜，经过成像透镜，在共焦针孔阵列板的平面上成像，共焦针孔阵列板的间距与样品反射光所成像的点阵间距相同，二维光电探测器探测透过共焦针孔阵列板的光能，沿着铅垂光轴线移动样品，即可得到样品中各个截面的信号。
5、一种基于达曼光栅的并行共焦检测装置，该装置包括光源、小孔光阑，其特征还包括达曼光栅、聚光透镜、半透半反镜、成像透镜、共焦针孔阵列板和二维光电探测器；被测样品置于半透半反镜的下方；光源发出的光经过针孔滤波器后形成一束原点位于针孔，并沿着水平光轴线传播的发散高斯光束，经过达曼光栅后，经衍射了形成多个发散高斯光束，聚光透镜将发散高斯光束变换成为多个会聚高斯光束，经过半透半反镜的反射后转向，沿着铅垂光轴线传播，所有会聚点都将落在样品的与铅垂光轴线垂直的同一个截面上，形成间距相等的会聚光点阵，该会聚光点阵照明样品截面，样品截面反射光和散射光透过半透半反镜，经过成像透镜，在共焦针孔阵列板的平面上成像，共焦针孔阵列板的间距与样品反射光所成像的点阵间距相同，二维光电探测器探测透过共焦针孔阵列板的光能，沿着铅垂光轴线移动样品，即可得到样品中各个截面的信号。
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