CN211206253U - 一种采用多镜头切换结构的光学检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用多镜头切换结构的光学检测系统，涉及表面等离子共振光学检测系统，主要包括入射光单元、反射光单元、载物台；入射光单元与反射光单元采取左右对称配置，并通过其背后的角度滑台或旋转滑台实现入射角与反射角的变化。本实用新型可以大大地提高SPR检测的光学分解能，并且可以根据需求实现多种放大倍率的转换。本实用新型可以实现二维平面上微米级的实时表面等离子共振的分析与检测，并且有效地补正因角度改变导致的光轴偏移与像差，减小检测误差；可以以特定角度的反射率的时间变化作为收集信号，特定角度可以通过计算表面等离子共振的共振角函数曲线的最大差值而设定。因此具有更高的敏感度。

Description

一种采用多镜头切换结构的光学检测系统

技术领域

本实用新型涉及表面等离子共振光学检测系统，具体涉及一种采用多镜头切换结构的二维微米级表面等离子共振光学检测系统。

背景技术

目前，表面等离子共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）是一种光学物理现象。利用SPR这种光学物理现象可以实现实时观测分子结合、薄膜形成等表面现象，给出高灵敏度、高选择性的非特异结合的信号。在目前市面上的SPR检测仪器中，棱镜耦合构造大多采用Kretschmann结构，在入射角大于某一特定值时，由激光光源发出的光线在棱镜表面发生全反射，全反射后光线照射到光学敏感器件上完成信号采集。目前，市场上销售的SPR检测仪器大多采用光敏二极管或光敏电阻用于检测SPR角度变化或是反射光的强度变化。因此，上述的SPR检测仪器将整个金属薄膜表面作为一个点进行检测，所以只能实现一维的点的检测，从而大大地提高了SPR检测仪器的检测误差及使用成本。部分SPR检测仪器采用CCD或CMOS相机检测SPR信号，虽然这种形式可以实现二维检测，但其光学分解能较低，无法分辨50微米以内的两个样点。提高改善SPR检测仪器的光学分解能具有非常大的经济价值与科研价值。例如提高SPR检测仪器的光学分解能可以有效地增加SPR检测芯片的使用率，可应用于DNA微阵列，蛋白质微阵列等相关研究与分析，并且可以大幅度降低检测成本。此外，提高改善SPR检测仪器的光学分解能可以实现针对微生物或细胞个体的相关研究与分析。

在SPR检测过程中，为了寻找不同条件下表面等离子共振的共振角，需要不断改变入射光的入射角或反射光侧的反射角。为了实现这一目的，多采用一轴或二轴的旋转结构。受制于目前机械制造加工及组装的精密度与机械误差的限制，如图1的a图所示，在入射光角度改变时，入射点将会产生偏移，从而导致光轴偏移。同样如图1的b图所示，在反射光侧角度改变时，CCD或CMOS相机等光学敏感器件的成像中心也将会产生偏移。光轴与成像中心的偏移最终将导致成像移位、成像变形、成像模糊及成像丢失，最终造成检测误差。上述的检测误差带来的影响随着光学分解能的提高而增加。因此，需要设计一种在提高SPR检测中的光学分解能的同时，减小因角度改变而造成的检测误差的新型的三维SPR检测结构。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种采用多镜头切换结构的光学检测系统。

本实用新型采用的技术方案是：一种采用多镜头切换结构的光学检测系统，由入射光单元、反射光单元、载物台构成；入射光单元与反射光单元固定于同一平面，左右对称配置；入射光单元光轴与反射光单元光轴相交并构成一个与固定入射光单元和反射光单元的平面相平行的一个面；载物台垂直于固定入射光单元和反射光单元的平面；入射光单元光轴与载物台之间的夹角等于反射光单元光轴与载物台之间的夹角；

所述反射光单元包括镜头切换转盘、镜头切换转盘齿轮、镜头切换转盘支架、镜头切换转盘轴、光学敏感器件、光学敏感器件支架、第一镜头切换定位光电传感器、第二镜头切换定位光电传感器、第三镜头切换定位光电传感器、镜头切换转盘光电传感器固定板、镜头切换转盘电机、镜头切换转盘电机齿轮、镜头切换转盘电机支架、镜头单元底板、焦距调整滑台、反射光固定底板、第一显微镜头、第二显微镜头、第三显微镜头、第四显微镜头、反射光角度滑台、反射光角度滑台反射光固定底板固定块、反射光单元滑台固定板；

第一显微镜头、第二显微镜头、第三显微镜头、第四显微镜头固定于镜头切换转盘上，镜头切换转盘齿轮固定于镜头切换转盘的外周；带有镜头切换转盘齿轮、第一显微镜头、第二显微镜头、第三显微镜头、第四显微镜头的镜头切换转盘通过镜头切换转盘轴连接至镜头切换转盘支架；

镜头切换转盘电机与镜头切换转盘电机齿轮连接至镜头切换转盘电机支架上；带有镜头切换转盘、镜头切换转盘齿轮、镜头切换转盘轴、第一显微镜头、第二显微镜头、第三显微镜头、第四显微镜头的镜头切换转盘支架与带有镜头切换转盘电机、镜头切换转盘电机齿轮的镜头切换转盘电机支架固定于镜头单元底板上；

载有光电传感器的镜头切换转盘光电传感器固定板固定于镜头切换转盘支架上，载有镜头切换转盘、镜头切换转盘齿轮、镜头切换转盘支架、镜头切换转盘轴、第一镜头切换定位光电传感器、第二镜头切换定位光电传感器、第三镜头切换定位光电传感器、镜头切换转盘光电传感器固定板、镜头切换转盘电机、镜头切换转盘电机齿轮、镜头切换转盘电机支架、第一显微镜头、第二显微镜头、第三显微镜头、第四显微镜头的镜头单元底板连接至焦距调整滑台，与焦距调整滑台固定于反射光固定底板上；

光学敏感器件通过光学敏感器件支架固定于反射光固定底板上；载有上述配件的反射光固定底板通过反射光角度滑台反射光固定底板固定块连接至反射光角度滑台，与反射光单元滑台固定板构成反射光单元；通过反射光单元滑台固定板将反射光单元固定于与入射光单元同一平面。

进一步地，第一显微镜头、第二显微镜头、第三显微镜头、第四显微镜头能通过镜头切换转盘、镜头切换转盘齿轮、镜头切换转盘支架、镜头切换转盘轴、镜头切换转盘电机、镜头切换转盘电机齿轮、镜头切换转盘电机支架实现不同镜头的切换；为了定位不同的镜头，第一镜头切换定位光电传感器、第二镜头切换定位光电传感器、第三镜头切换定位光电传感器以特定的组合定位不同的镜头，并通过镜头切换转盘光电传感器固定板连接至镜头切换转盘支架。

更进一步地，所述入射光单元包括平行光镜筒、平行光镜筒支架、偏振光片镜筒、第一偏振光定位光电传感器、第二偏振光定位光电传感器、偏振光片镜筒光电传感器固定板、偏振光片镜筒支架、偏振光片镜筒齿轮、偏振光片电机、偏振光片电机支架、偏振光片电机齿轮、入射光固定底板、偏振光片、入射光角度滑台、入射光单元滑台固定板；

平行光镜筒通过平行光镜筒支架固定于入射光固定底板上；带有偏振光片的偏振光片镜筒与偏振光片镜筒齿轮连接至偏振光片镜筒支架上；偏振光片电机与偏振光片电机齿轮连接至偏振光片电机支架上；带有偏振光片镜筒与偏振光片镜筒齿轮的偏振光片镜筒支架及带有偏振光片电机与偏振光片电机齿轮的偏振光片电机支架固定于入射光固定底板上。

更进一步地，偏振光片能通过偏振光片镜筒、偏振光片镜筒支架、偏振光片镜筒齿轮、偏振光片电机、偏振光片电机支架、偏振光片电机齿轮转动，实现S偏振光与P偏振光的切换。

更进一步地，第一偏振光定位光电传感器与第二偏振光定位光电传感器分别通过偏振光片镜筒光电传感器固定板定位偏振光片的S偏振光与P偏振光，并连接于偏振光片镜筒支架上。

更进一步地，偏振光片镜筒光电传感器固定板用以固定光电传感器。

更进一步地，光电传感器直接固定于偏振光片镜筒支架上，载有偏振光片、平行光镜筒、平行光镜筒支架、偏振光片镜筒、第一偏振光定位光电传感器、第二偏振光定位光电传感器、偏振光片镜筒光电传感器固定板、偏振光片镜筒支架、偏振光片镜筒齿轮、偏振光片电机、偏振光片电机支架、偏振光片电机齿轮的入射光固定底板连接至入射光角度滑台，与入射光单元滑台固定板构成入射光单元。

更进一步地，所述载物台包括载物台面板、载物台主板、棱镜、棱镜固定板、棱镜固定板x轴推件、棱镜固定板y轴推件、第一弹簧、第二弹簧、第三弹簧、第四弹簧、第五弹簧、第六弹簧、第七弹簧、第八弹簧、x轴推杆电机、y轴推杆电机、x轴推杆电机支架、y轴推杆电机支架、x轴推杆电机推件、y轴推杆电机推件；

带有棱镜的棱镜固定板与棱镜固定板x轴推件、棱镜固定板y轴推件、第一弹簧、第二弹簧、第三弹簧、第四弹簧、第五弹簧、第六弹簧、第七弹簧、第八弹簧安装于载物台主板相对应的凹槽中，并通过载物台面板封盖；x轴推杆电机通过x轴推杆电机支架连接至棱镜固定板；

x轴推杆电机推件固定至载物台主板上，通过棱镜固定板x轴推件、第五弹簧、第六弹簧、第七弹簧、第八弹簧、x轴推杆电机、x轴推杆电机支架、x轴推杆电机推件实现带有棱镜的棱镜固定板X轴的移动；

y轴推杆电机通过y轴推杆电机支架连接至载物台主板上，y轴推杆电机推件固定至棱镜固定板上；通过棱镜固定板y轴推件、第一弹簧、第二弹簧、第三弹簧、第四弹簧、y轴推杆电机、y轴推杆电机支架、y轴推杆电机推件实现带有棱镜的棱镜固定板Y轴的移动。

本实用新型的优点：

本实用新型可以大大地提高SPR检测的光学分解能，并且可以根据需求实现多种放大倍率的转换。

本实用新型可以有效地补正因角度改变导致的光轴偏移与像差，减小检测误差。

本实用新型采用双轴对称旋转结构用以实现入射光的入射角与反射光的反射角的变换功能，可以以特定角度的反射率的时间变化作为收集信号，特定角度可以通过计算表面等离子共振的共振角函数曲线的最大差值而设定。因此具有更高的敏感度。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是现有技术中的光学检测系统结构图；

图2是本实用新型的第一检测图；

图3是本实用新型的第二检测图；

图4是本实用新型的整体结构示意图；

图5是本实用新型的入射光单元的结构示意图（依次为俯视图、侧视图、正视图）；

图6是本实用新型的反射光单元的结构示意图（依次为俯视图、侧视图、正视图）；

图7是本实用新型的载物台的结构示意图（依次为带有载物台面板时的俯视图、移除载物台面板时的俯视图、正视图、仰视图）。

附图标记：

1-入射光单元、2-反射光单元、3-载物台、4-平行光镜筒、5-平行光

镜筒支架、6-偏振光片镜筒、7-第一偏振光定位光电传感器、8-第二偏振光定位光电传感器、9-偏振光片镜筒光电传感器固定板、10-偏振光片镜筒支架、11-偏振光片镜筒齿轮、12-偏振光片电机、13-偏振光片电机支架、14-偏振光片电机齿轮、15-入射光固定底板、16-偏振光片、17-入射光角度滑台、18-入射光单元滑台固定板、19-镜头切换转盘、20-镜头切换转盘齿轮、21-镜头切换转盘支架、22-镜头切换转盘轴、23-光学敏感器件、24-光学敏感器件支架、25-第一镜头切换定位光电传感器、26-第二镜头切换定位光电传感器、27-第三镜头切换定位光电传感器、28-镜头切换转盘光电传感器固定板、29-镜头切换转盘电机、30-镜头切换转盘电机齿轮、31-镜头切换转盘电机支架、32-镜头单元底板、33-焦距调整滑台、34-反射光固定底板、35-第一显微镜头、36-第二显微镜头、37-第三显微镜头、38-第四显微镜头、39-反射光角度滑台、40-反射光角度滑台反射光固定底板固定块、41-反射光单元滑台固定板、42-载物台面板、43-载物台主板、44-棱镜、45-棱镜固定板、46-棱镜固定板x轴推件、47-棱镜固定板y轴推件、48-第一弹簧、49-第二弹簧、50-第三弹簧、51-第四弹簧、52-第五弹簧、53-第六弹簧、54-第七弹簧、55-第八弹簧、56-x轴推杆电机、57-y轴推杆电机、58-x轴推杆电机支架、59-y轴推杆电机支架、60-x轴推杆电机推件、61-y轴推杆电机推件。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参考图4至图7，如图4至图7所示，一种采用多镜头切换结构的光学检测系统，由入射光单元1、反射光单元2、载物台3三大单元构成。入射光单元1与反射光单元2固定于同一平面，采取左右对称配置。入射光单元1光轴与反射光单元2光轴相交并构成一个与固定入射光单元1和反射光单元2的平面相平行的一个面。载物台3垂直于固定入射光单元1和反射光单元2的平面。并且，入射光单元1光轴与载物台3之间的夹角等于反射光单元2光轴与载物台3之间的夹角。此外，根据使用的SPR检测光学系统中的SPR芯片的规格确定载物台3中棱镜中心与入射光单元1光轴与反射光单元2光轴交点的相对位置，从而决定载物台3与入射光单元1和反射光单元2的相对位置。

所述入射光单元包括平行光镜筒4、平行光镜筒支架5、偏振光片镜筒6、第一偏振光定位光电传感器P（或S）7、第二偏振光定位光电传感器S（或P）8、偏振光片镜筒光电传感器固定板9、偏振光片镜筒支架10、偏振光片镜筒齿轮11、偏振光片电机12、偏振光片电机支架13、偏振光片电机齿轮14、入射光固定底板15、偏振光片16、入射光角度滑台或旋转滑台17、入射光单元滑台固定板18。

平行光镜筒4通过平行光镜筒支架5固定于入射光固定底板15上。带有偏振光片16的偏振光片镜筒6与偏振光片镜筒齿轮11连接至偏振光片镜筒支架10上。偏振光片电机12与偏振光片电机齿轮14连接至偏振光片电机支架13上。带有偏振光片镜筒6与偏振光片镜筒齿轮11的偏振光片镜筒支架10及带有偏振光片电机12与偏振光片电机齿轮14的偏振光片电机支架13固定于入射光固定底板15上。偏振光片16可以通过偏振光片镜筒6、偏振光片镜筒支架10、偏振光片镜筒齿轮11、偏振光片电机12、偏振光片电机支架13、偏振光片电机齿轮14转动，实现S偏振光与P偏振光的切换。

为了定位S偏振光与P偏振光，第一偏振光定位光电传感器7与第二偏振光定位光电传感器8分别通过偏振光片镜筒光电传感器固定板9定位偏振光片16的S偏振光与P偏振光，并连接于偏振光片镜筒支架10上。在此，为了减小偏振光片镜筒支架10的体积从而增加了偏振光片镜筒光电传感器固定板9用以固定光电传感器。

因此，也可以将光电传感器直接固定于偏振光片镜筒支架10上。载有偏振光片16、平行光镜筒4、平行光镜筒支架5、偏振光片镜筒6、第一偏振光定位光电传感器7、第二偏振光定位光电传感器8、偏振光片镜筒光电传感器固定板9、偏振光片镜筒支架10、偏振光片镜筒齿轮11、偏振光片电机12、偏振光片电机支架13、偏振光片电机齿轮14的入射光固定底板15连接至入射光角度滑台17，与入射光单元滑台固定板18构成入射光单元1。

在本系统中，偏振光片电机12作为偏振光片16的S偏振光与P偏振光转换的动力源，可选用直流电机，步进电机或伺服电机等电机。偏振光片镜筒齿轮11与偏振光片电机齿轮14用于动力传递。因此，也可选用同步带或链条结构实现这一目的。偏振光片电机12、偏振光片电机支架13、偏振光片电机齿轮14不限于固定至入射光固定底板15上，也可以固定至偏振光片镜筒支架10等可以实现动力输出的地方。

为了便于偏振光片16的S偏振光与P偏振光的转换，偏振光片镜筒6与偏振光片镜筒支架10之间也可以安装轴承等。在本系统中，为了定位偏振光片16的S偏振光与P偏振光，除光电传感器之外，也可以选用霍尔传感器等其他可以实现定位的传感器。在本系统中，目的通过角度滑台实现入射光角度的改变。因此，也可以通过旋转滑台实现入射光角度的改变。

所述反射光单元包括镜头切换转盘19、镜头切换转盘齿轮20、镜头切换转盘支架21、镜头切换转盘轴22、光学敏感器件（CCD或CMOS相机等）23、光学敏感器件支架24、第一镜头切换定位光电传感器25、第二镜头切换定位光电传感器26、第三镜头切换定位光电传感器27、镜头切换转盘光电传感器固定板28、镜头切换转盘电机29、镜头切换转盘电机齿轮30、镜头切换转盘电机支架31、镜头单元底板32、焦距调整滑台33、反射光固定底板34、第一显微镜头35、第二显微镜头36、第三显微镜头37、第四显微镜头38、反射光角度滑台（或旋转滑台）39、反射光角度滑台反射光固定底板固定块40、反射光单元滑台固定板41。

第一显微镜头35、第二显微镜头36、第三显微镜头37、第四显微镜头38固定于镜头切换转盘19上，镜头切换转盘齿轮20固定于镜头切换转盘19的外周。带有镜头切换转盘齿轮20、第一显微镜头35、第二显微镜头36、第三显微镜头37、第四显微镜头38的镜头切换转盘19通过镜头切换转盘轴22连接至镜头切换转盘支架21。镜头切换转盘电机29与镜头切换转盘电机齿轮30连接至镜头切换转盘电机支架31上。

带有镜头切换转盘19、镜头切换转盘齿轮20、镜头切换转盘轴22、第一显微镜头35、第二显微镜头36、第三显微镜头37、第四显微镜头38的镜头切换转盘支架21与带有镜头切换转盘电机29、镜头切换转盘电机齿轮30的镜头切换转盘电机支架31固定于镜头单元底板32上。

第一显微镜头35、第二显微镜头36、第三显微镜头37、第四显微镜头38可以通过镜头切换转盘19、镜头切换转盘齿轮20、镜头切换转盘支架21、镜头切换转盘轴22、镜头切换转盘电机29、镜头切换转盘电机齿轮30、镜头切换转盘电机支架31实现不同镜头的切换。

为了定位不同的镜头，第一镜头切换定位光电传感器25、第二镜头切换定位光电传感器26、第三镜头切换定位光电传感器27以特定的组合定位不同的镜头，并通过镜头切换转盘光电传感器固定板28连接至镜头切换转盘支架21。在此，为了减小镜头切换转盘支架21的体积从而增加了镜头切换转盘光电传感器固定板28用以固定光电传感器。

因此，也可以将载有光电传感器的镜头切换转盘光电传感器固定板28固定于镜头切换转盘支架21上。载有镜头切换转盘19、镜头切换转盘齿轮20、镜头切换转盘支架21、镜头切换转盘轴22、第一镜头切换定位光电传感器25、第二镜头切换定位光电传感器26、第三镜头切换定位光电传感器27、镜头切换转盘光电传感器固定板28、镜头切换转盘电机29、镜头切换转盘电机齿轮30、镜头切换转盘电机支架31、第一显微镜头35、第二显微镜头36、第三显微镜头37、第四显微镜头38的镜头单元底板32连接至焦距调整滑台33，与焦距调整滑台33固定于反射光固定底板34上。

同时，光学敏感器件23（CCD或CMOS相机等）通过光学敏感器件支架24固定于反射光固定底板34上。载有上述配件的反射光固定底板34通过反射光角度滑台反射光固定底板固定块40连接至反射光角度滑台39，与反射光单元滑台固定板41构成反射光单元2。并且，通过反射光单元滑台固定板41将反射光单元2固定于与入射光单元1同一平面。

在本系统中，镜头切换转盘电机29作为第一显微镜头35、第二显微镜头36、第三显微镜头37、第四显微镜头38转换的动力源，可选用直流电机，步进电机或伺服电机等电机。镜头切换转盘齿轮20与镜头切换转盘电机齿轮30用于动力传递。因此，也可选用同步带或链条结构实现这一目的。镜头切换转盘电机29、镜头切换转盘电机齿轮30、镜头切换转盘电机支架31不限于固定至镜头单元底板32上，也可以固定至镜头切换转盘支架21等可以实现动力输出的地方。

为了便于第一显微镜头35、第二显微镜头36、第三显微镜头37、第四显微镜头38之间的转换，镜头切换转盘轴22与镜头切换转盘支架21之间也可以安装轴承等。在本系统中，为了定位第一显微镜头35、第二显微镜头36、第三显微镜头37、第四显微镜头38，除光电传感器之外，也可以选用霍尔传感器等其他可以实现定位的传感器。在本系统中，目的通过角度滑台实现反射光角度的改变。因此，也可以通过旋转滑台实现反射光角度的改变。

所述载物台包括载物台面板42、载物台主板43、棱镜44、棱镜固定板45、棱镜固定板x轴推件46、棱镜固定板y轴推件47、第一弹簧48、第二弹簧49、第三弹簧50、第四弹簧51、第五弹簧52、第六弹簧53、第七弹簧54、第八弹簧55、x轴推杆电机56、y轴推杆电机57、x轴推杆电机支架58、y轴推杆电机支架59、x轴推杆电机推件60、y轴推杆电机推件61。

带有棱镜44的棱镜固定板45与棱镜固定板x轴推件46、棱镜固定板y轴推件47、第一弹簧48、第二弹簧49、第三弹簧50、第四弹簧51、第五弹簧52、第六弹簧53、第七弹簧54、第八弹簧55安装于载物台主板43相对应的凹槽中，并通过载物台面板42封盖。

x轴推杆电机56通过x轴推杆电机支架58连接至棱镜固定板45。x轴推杆电机推件60固定至载物台主板43上。通过棱镜固定板x轴推件46、第五弹簧52、第六弹簧53、第七弹簧54、第八弹簧55、x轴推杆电机56、x轴推杆电机支架58、x轴推杆电机推件60实现带有棱镜44的棱镜固定板45 X轴的移动。

y轴推杆电机57通过y轴推杆电机支架59连接至载物台主板43上，y轴推杆电机推件61固定至棱镜固定板45上。通过棱镜固定板y轴推件47、第一弹簧48、第二弹簧49、第三弹簧50、第四弹簧51、y轴推杆电机57、y轴推杆电机支架59、y轴推杆电机推件61实现带有棱镜44的棱镜固定板45 Y轴的移动。

在本系统中，为了节省系统空间，选择将偏振光片16及其相关配件安装于入射光单元一侧。根据需求偏振光片16及其相关配件也可以安装于反射光单元一侧。例如，安装于镜头之前，或安装于镜头与光学敏感器件66之间。

本实用新型中采用了入射光与反射光的双轴对称旋转结构，用以实现入射光的入射角与反射光的反射角的变换功能。镜头焦点可作为旋转结构原点，或者以其他点作为旋转结构原点。在本实用新型中同时设计了棱镜位置补正单元对入射光的入射角或反射光侧的反射角改变时发生的光轴偏移或成像中心的偏移进行补正。

在本实用新型中，首先，设计了多种由单枚或多枚镜片构成的可以分别实现不同放大倍率的远距离对物放大镜头。所设计的远距离对物放大镜头的工作距离与成像距离之和为一固定数值，并且，为了实现多个远距离对物放大镜头之间的切换，镜头的成像距离要大于一固定数值。在本实用新型中，同时设计了可实现1-4点定位的多点定位切换转盘用以实现多种光学分解能的光学单元之间的切换。并且，为了实现不同镜头之间焦点距离的对光聚焦，镜头与光学敏感器件之间采用分离结构。此外，也可以采用连续变倍放大镜头用以提高SPR检测的光学分解能并实现多种放大倍率之间的切换。

图2 在检测待检物A时，通过光学敏感器件成像面相对于检测物所在的平面的偏角配置补正成像时产生的变形。虚线表示法线，α为待检物A穿过棱镜时的折射角，β为棱镜的顶角。为了防止待检物A成像时产生的变形，待检物A上任意点之间到光学敏感器件成像面的光路大小必须相等。

如图2所示，为了减小高倍放大成像时容易产生的变形，通过光学敏感器件成像面相对于检测物所在的平面的偏角配置补正像差。成像面相对于检测物所在的平面的偏角计算可通过下列公式计算所得：

其中，n为棱镜的折射率。角α随待检物种类的变化而改变，可通过实验取得最适值。同理，在使用连续变倍放大镜头时，连续变倍放大镜头通过设计的像差补正接头连接在CCD上，并通过步进电机或伺服电机完成连续变倍实现多种光学分解能。

图3 当反射光侧的反射角改变前（虚线）后（实线），A点到成像面的光路长短将随反射角的变化而改变。

如图3所示，反射光侧的反射角改变时，待检物到成像面的光路将发生改变。因此，在高倍放大待检物时，随着反射光侧的反射角改变必须相应地调节镜头的焦距。在使用远距离对物放大镜头时，为了实现不同镜头之间焦点距离的对光聚焦，镜头与光学敏感器件之间采用分离结构，通过高精度导轨与高精度步进电机或伺服电机实现镜头对光学敏感器件的对光聚焦的同时，也可以补正因反射光侧的反射角改变时导致的焦距改变。当光路垂直于棱镜侧面到达成像面时（虚线），A点到成像面的光路长为L0，A点到棱镜侧面B点的光路长为l，焦距为f，此时像距b0的长为：

当反射光侧移动到折射角为α时，此时光路L1的长为：

因此，高精度步进电机或伺服电机对焦距改变的补正值可通过下列公式计算所得：

在本实用新型中，可以实现xy平面移动的载物台。载物台除了实现移动待检物的功能的同时，还可以实现补正入射光的入射角或反射光侧的反射角改变时导致的检测误差的功能。当入射光的入射角改变或反射光侧的反射角改变导致光轴偏移时，CCD或CMOS相机等光学敏感器件检测到的光轴也将发生偏移。此时通过载物台上的x轴与y轴的推杆电机移动棱镜载物台，重合入射角与反射角角度改变前后的光轴位置达到补正入射光的入射角或反射光侧的反射角改变时导致的检测误差。综上所述，在本实用新型中，设计了一种在提高SPR检测中的光学分解能的同时，可以减小因角度改变而造成的检测误差的新型的三维SPR检测结构。

在本实用新型专利中，首先在表面等离子共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）检测技术中的棱镜与光学敏感器件（CCD）之间加入由单枚或复数枚镜片组成的光学单元用以提高SPR检测的光学分解能。并且，设计了多点定位切换转盘实现了多种光学分解能的光学单元之间的切换。此外，还设计了多轴协作的构造用以减小检测误差。

本实用新型可以大大地提高SPR检测的光学分解能，并且可以根据需求实现多种放大倍率的转换。

本实用新型可以有效地补正因角度改变导致的光轴偏移与像差，减小检测误差。

本实用新型采用双轴对称旋转结构用以实现入射光的入射角与反射光的反射角的变换功能，可以以特定角度的反射率的时间变化作为收集信号，特定角度可以通过计算表面等离子共振的共振角函数曲线的最大差值而设定。因此具有更高的敏感度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种采用多镜头切换结构的光学检测系统，其特征在于，由入射光单元（1）、反射光单元（2）、载物台（3）构成；入射光单元（1）与反射光单元（2）固定于同一平面，左右对称配置；入射光单元（1）光轴与反射光单元（2）光轴相交并构成一个与固定入射光单元（1）和反射光单元（2）的平面相平行的一个面；载物台（3）垂直于固定入射光单元（1）和反射光单元（2）的平面；入射光单元（1）光轴与载物台（3）之间的夹角等于反射光单元（2）光轴与载物台（3）之间的夹角；

所述反射光单元包括镜头切换转盘（19）、镜头切换转盘齿轮（20）、镜头切换转盘支架（21）、镜头切换转盘轴（22）、光学敏感器件（23）、光学敏感器件支架（24）、第一镜头切换定位光电传感器（25）、第二镜头切换定位光电传感器（26）、第三镜头切换定位光电传感器（27）、镜头切换转盘光电传感器固定板（28）、镜头切换转盘电机（29）、镜头切换转盘电机齿轮（30）、镜头切换转盘电机支架（31）、镜头单元底板（32）、焦距调整滑台（33）、反射光固定底板（34）、第一显微镜头（35）、第二显微镜头（36）、第三显微镜头（37）、第四显微镜头（38）、反射光角度滑台（39）、反射光角度滑台反射光固定底板固定块（40）、反射光单元滑台固定板（41）；

第一显微镜头（35）、第二显微镜头（36）、第三显微镜头（37）、第四显微镜头（38）固定于镜头切换转盘（19）上，镜头切换转盘齿轮（20）固定于镜头切换转盘（19）的外周；

带有镜头切换转盘齿轮（20）、第一显微镜头（35）、第二显微镜头（36）、第三显微镜头（37）、第四显微镜头（38）的镜头切换转盘（19）通过镜头切换转盘轴（22）连接至镜头切换转盘支架（21）；

镜头切换转盘电机（29）与镜头切换转盘电机齿轮（30）连接至镜头切换转盘电机支架（31）上；带有镜头切换转盘（19）、镜头切换转盘齿轮（20）、镜头切换转盘轴（22）、第一显微镜头（35）、第二显微镜头（36）、第三显微镜头（37）、第四显微镜头（38）的镜头切换转盘支架（21）与带有镜头切换转盘电机（29）、镜头切换转盘电机齿轮（30）的镜头切换转盘电机支架（31）固定于镜头单元底板（32）上；

载有光电传感器的镜头切换转盘光电传感器固定板（28）固定于镜头切换转盘支架（21）上，载有镜头切换转盘（19）、镜头切换转盘齿轮（20）、镜头切换转盘支架（21）、镜头切换转盘轴（22）、第一镜头切换定位光电传感器（25）、第二镜头切换定位光电传感器（26）、第三镜头切换定位光电传感器（27）、镜头切换转盘光电传感器固定板（28）、镜头切换转盘电机（29）、镜头切换转盘电机齿轮（30）、镜头切换转盘电机支架（31）、第一显微镜头（35）、第二显微镜头（36）、第三显微镜头（37）、第四显微镜头（38）的镜头单元底板（32）连接至焦距调整滑台（33），与焦距调整滑台（33）固定于反射光固定底板（34）上；

光学敏感器件（23）通过光学敏感器件支架（24）固定于反射光固定底板（34）上；载有上述配件的反射光固定底板（34）通过反射光角度滑台反射光固定底板固定块（40）连接至反射光角度滑台（39），与反射光单元滑台固定板（41）构成反射光单元（2）；通过反射光单元滑台固定板（41）将反射光单元（2）固定于与入射光单元（1）同一平面。

2.根据权利要求1所述的采用多镜头切换结构的光学检测系统，其特

征在于，所述第一显微镜头（35）、第二显微镜头（36）、第三显微镜头（37）、第四显微镜头（38）能通过镜头切换转盘（19）、镜头切换转盘齿轮（20）、镜头切换转盘支架（21）、镜头切换转盘轴（22）、镜头切换转盘电机（29）、镜头切换转盘电机齿轮（30）、镜头切换转盘电机支架（31）实现不同镜头的切换。

3.根据权利要求1所述的采用多镜头切换结构的光学检测系统，其特

征在于，所述入射光单元包括平行光镜筒（4）、平行光镜筒支架（5）、偏振光片镜筒（6）、第一偏振光定位光电传感器（7）、第二偏振光定位光电传感器（8）、偏振光片镜筒光电传感器固定板（9）、偏振光片镜筒支架（10）、偏振光片镜筒齿轮（11）、偏振光片电机（12）、偏振光片电机支架（13）、偏振光片电机齿轮（14）、入射光固定底板（15）、偏振光片（16）、入射光角度滑台（17）、入射光单元滑台固定板（18）；

平行光镜筒（4）通过平行光镜筒支架（5）固定于入射光固定底板（15）上；带有偏振光片（16）的偏振光片镜筒（6）与偏振光片镜筒齿轮（11）连接至偏振光片镜筒支架（10）上；偏振光片电机（12）与偏振光片电机齿轮（14）连接至偏振光片电机支架（13）上；

带有偏振光片镜筒（6）与偏振光片镜筒齿轮（11）的偏振光片镜筒支架（10）及带有偏振光片电机（12）与偏振光片电机齿轮（14）的偏振光片电机支架（13）固定于入射光固定底板（15）上。

4.根据权利要求3所述的采用多镜头切换结构的光学检测系统，其特

征在于，偏振光片（16）能通过偏振光片镜筒（6）、偏振光片镜筒支架（10）、偏振光片镜筒齿轮（11）、偏振光片电机（12）、偏振光片电机支架（13）、偏振光片电机齿轮（14）转动，实现S偏振光与P偏振光的切换。

5.根据权利要求3所述的采用多镜头切换结构的光学检测系统，其特

征在于，第一偏振光定位光电传感器（7）与第二偏振光定位光电传感器（8）分别通过偏振光片镜筒光电传感器固定板（9）定位偏振光片（16）的S偏振光与P偏振光，并连接于偏振光片镜筒支架（10）上。

6.根据权利要求3所述的采用多镜头切换结构的光学检测系统，其特

征在于，偏振光片镜筒光电传感器固定板（9）用以固定光电传感器。

7.根据权利要求3所述的采用多镜头切换结构的光学检测系统，其特

征在于，光电传感器直接固定于偏振光片镜筒支架（10）上，载有偏振光片（16）、平行光镜筒（4）、平行光镜筒支架（5）、偏振光片镜筒（6）、第一偏振光定位光电传感器（7）、第二偏振光定位光电传感器（8）、偏振光片镜筒光电传感器固定板（9）、偏振光片镜筒支架（10）、偏振光片镜筒齿轮（11）、偏振光片电机（12）、偏振光片电机支架（13）、偏振光片电机齿轮（14）的入射光固定底板（15）连接至入射光角度滑台（17），与入射光单元滑台固定板（18）构成入射光单元（1）。

8.根据权利要求1所述的采用多镜头切换结构的光学检测系统，其

特征在于，所述载物台包括载物台面板（42）、载物台主板（43）、棱镜（44）、棱镜固定板（45）、棱镜固定板x轴推件（46）、棱镜固定板y轴推件（47）、第一弹簧（48）、第二弹簧（49）、第三弹簧（50）、第四弹簧（51）、第五弹簧（52）、第六弹簧（53）、第七弹簧（54）、第八弹簧（55）、x轴推杆电机（56）、y轴推杆电机（57）、x轴推杆电机支架（58）、y轴推杆电机支架（59）、x轴推杆电机推件（60）、y轴推杆电机推件（61）；

带有棱镜（44）的棱镜固定板（45）与棱镜固定板x轴推件（46）、棱镜固定板y轴推件（47）、第一弹簧（48）、第二弹簧（49）、第三弹簧（50）、第四弹簧（51）、第五弹簧（52）、第六弹簧（53）、第七弹簧（54）、第八弹簧（55）安装于载物台主板（43）相对应的凹槽中，并通过载物台面板（42）封盖；

x轴推杆电机（56）通过x轴推杆电机支架（58）连接至棱镜固定板（45）；x轴推杆电机推件（60）固定至载物台主板（43）上，通过棱镜固定板x轴推件（46）、第五弹簧（52）、第六弹簧（53）、第七弹簧（54）、第八弹簧（55）、x轴推杆电机（56）、x轴推杆电机支架（58）、x轴推杆电机推件（60）实现带有棱镜（44）的棱镜固定板（45）X轴的移动；

y轴推杆电机（57）通过y轴推杆电机支架（59）连接至载物台主板（43）上，y轴推杆电机推件（61）固定至棱镜固定板（45）上；通过棱镜固定板y轴推件（47）、第一弹簧（48）、第二弹簧（49）、第三弹簧（50）、第四弹簧（51）、y轴推杆电机（57）、y轴推杆电机支架（59）、y轴推杆电机推件（61）实现带有棱镜（44）的棱镜固定板（45）Y轴的移动。

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