CN212321974U

CN212321974U - 一种泊松光斑显微镜

Info

Publication number: CN212321974U
Application number: CN202021590368.5U
Authority: CN
Inventors: 周培聪; 赵雷; 熊新农; 张庆月; 梅佳磊; 廖辉磊; 邹俊华; 朱正汉
Original assignee: Jiangxi Agricultural University
Current assignee: Jiangxi Agricultural University
Priority date: 2020-08-04
Filing date: 2020-08-04
Publication date: 2021-01-08
Anticipated expiration: 2030-08-04

Abstract

本实用新型公开了一种泊松光斑显微镜，所述显微镜包括：泊松光斑生成装置、成像透镜和探测器；所述泊松光斑生成装置用于生成泊松光斑，并照射到被测样品上；所述成像透镜和所述探测器设置在被测样品的反射光路上。本实用新型利用泊松光斑作为光源，利用光的波动性使样品的内部被测区域被照亮，并大幅降低光的传播路径上分布的光能，达到优异的垂直分辨性。

Description

一种泊松光斑显微镜

技术领域

本实用新型涉及显微镜技术领域，特别涉及一种泊松光斑显微镜。

背景技术

显微镜是主要用于放大微小物体使其成为人可以看见的影像的设备。在近代生物医学研究中，为了显微被测量物细胞或生物组织的内部微结构，开发了系列低辐照度、高定位度及一定穿透性的显微技术，如荧光显微技术和激光扫描共聚焦显微技术。传统显微镜利用几何光学器件通过改变光的传播路径达到照亮样品和显微探测的效果，对具有一定透明度和微细结构的样品如生物组织进行显微探测时，传统光束经样品表层射入，照亮被测区域再反射进入探测器，光束中包含了较多的非被测区域信息。如何减少非被测区域光束干扰成为新的显微技术研究的共识。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种泊松光斑显微镜，以减少显微成像过程中焦点外光干扰。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种泊松光斑显微镜，所述显微镜包括：

泊松光斑生成装置、成像透镜和探测器；

所述泊松光斑生成装置用于生成泊松光斑，并照射到被测样品上；

所述成像透镜和所述探测器设置在被测样品的反射光路上；所述被测样品在所述泊松光斑照射下形成的反射光经所述成像透镜聚焦后射入所述探测器进行成像。

可选的，泊松光斑生成装置包括激光光源、光束整形器和遮光板；

所述光束整形器和所述遮光板沿所述激光光源的出射方向依次设置在所述激光光源的出射光路上；

所述激光光源发射的激光束经所述光束整形器进行整形形成圆环光束；所述圆环光束在所述遮光板上进行衍射形成泊松光斑。

可选的，所述泊松光斑生成装置还包括聚焦透镜，所述聚焦透镜设置在所述光束整形器和所述遮光板之间，所述聚焦透镜用于对所述圆环光束进行放大，使圆环光束的内环与所述遮光板的外边缘重合。

可选的，所述泊松光斑生成装置还包括通光针孔，所述通光针孔设置在所述激光光源与所述光束整形器之间。

可选的，所述探测器安装在所述遮光板的背光面。

可选的，所述泊松光斑生成装置还包括通光窗口；所述通光窗口设置在所述遮光板和所述被测样品之间；

所述通光窗口的内径小于所述遮光板的直径，所述通光窗口用于遮蔽遮光板投影外侧的衍射光。

可选的，所述显微镜还包括成像针孔，所述成像针孔设置在所述成像透镜和所述探测器之间的所述成像透镜的焦点处。

可选的，所述探测器为CCD面阵和/或光谱分析装置。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的泊松光斑生成原理示意图；

图2为本实用新型提供的一种泊松光斑显微镜的结构图；

图3为本实用新型提供的几何光学聚焦和泊松光斑聚焦效果对比图；其中图3(a)为几何光学聚焦效果图，图3(b)为泊松光斑聚焦效果图；

其中，1为激光光源；2为通光针孔；3为光束整形器；4为聚焦透镜；5为遮光板；6为探测器；7为通光窗口；8为成像透镜；9为泊松光斑；10为被测样品；11为成像针孔。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对实用新型作进一步详细的说明。

泊松光斑，也称阿拉戈光斑，是一种由于光的衍射而产生的光学现象。当单色光照射在一定尺寸的圆形遮挡物时，会在之后的光屏上出现环状的互为同心圆的衍射条纹，并且在所有同心圆的圆心处会出现一个极小的亮斑，这个亮斑就称为泊松亮斑，如图1所示。

如图2所示，本实用新型提供一种泊松光斑显微镜，所述显微镜包括：泊松光斑生成装置、成像透镜8、成像针孔11、探测器6和通光窗口7；

所述泊松光斑生成装置用于生成泊松光斑9，并照射到被测样品上；所述泊松光斑生成装置包括激光光源1、通光针孔2、光束整形器3、聚光透镜4和遮光板5。为提高光源效率，激光光源1经通光针孔2转变为相干单色光后，通过光束整形器3整形为圆环光束。圆环光束经聚焦透镜4放大后，使圆环光束与遮光板5吻合。圆环光束照射在遮光板5边缘处发生光的衍射，衍射光在空间中传播产生泊松光斑和衍射条纹。

本实用新型在所述遮光板和所述被测样品之间还设置了通光窗口7，通光窗口7的大小略小于遮光板5，用于屏蔽遮光板投影外侧衍射光，使样品不受到遮光板投影外侧干涉条纹的影响。

所述成像透镜8和所述探测器6设置在被测样品10的反射光路上；所述被测样品10在所述泊松光斑照射下形成的反射光经所述成像透镜聚8焦后射入所述探测器6进行成像。成像针孔11设置在成像透镜8和探测器6之间的成像透镜8的焦点处，用于滤除非焦平面光束。

探测器安装在遮光板下，接收被测样品被光斑照亮发射的光束。根据放大镜接收的需求不同，探测器可以是CCD面阵，用于接收样品放大的平面影响信息。探测器也可以是光谱分析装置，用于获取样品的高光谱信息。

传统显微镜利用几何光学器件通过改变光的传播路径达到照亮样品和显微探测的效果。传统显微镜的聚焦效果如图3(a)所示；与之相比，泊松光斑是光的波动论解释下被观察到的光学现象。泊松光斑的本质是光的能量束在波动传播过程中相干叠加产生的高能量区域。这个高能量区域理论上小于光波长的四分之一。这个在光学中叫做相干相长。紧邻高能量区域还有光的波动能互相抵消的区域，这在光学中叫做相干相消。这些光的波动论解释的相干叠加造成了泊松光斑的对比度高、边缘锐利。泊松光斑显微镜利用光的波动性进行显微测量，本实用新型的泊松光斑显微镜的聚焦效果如图3(b)所示，本实用新型的泊松光斑显微镜具备传统几何光学不具有的垂直高分辨特性(光束的垂直收敛)。

根据图3可见，与传统的几何光学的聚焦光斑相比，泊松光斑具有对比度高、边缘锐利、具有垂直高分辨的特点。特别是，几何光束无法垂直收敛，泊松光斑具有该特性。对具有一定透明度和微细结构的样品如生物组织进行显微探测时，传统光束经样品表层射入，照亮被测区域再反射进入探测器，光束中包含了较多的非被测区域信息。泊松光斑利用光的波动性使样品的内部被测区域被照亮，并大幅降低光的传播路径上分布的光能，达到优异的垂直分辨性。图3中被测样品内黑色区域为被照亮的区域，由图3可知。泊松光斑聚焦与几何光学聚焦相比，在垂直对比上具有显著的优势。

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。

本文中应用了具体个例对实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

Claims

1.一种泊松光斑显微镜，其特征在于，所述显微镜包括：

泊松光斑生成装置、成像透镜和探测器；

2.根据权利要求1所述的泊松光斑显微镜，其特征在于，所述泊松光斑生成装置包括激光光源、光束整形器和遮光板；

3.根据权利要求2所述的泊松光斑显微镜，其特征在于，所述泊松光斑生成装置还包括聚焦透镜，所述聚焦透镜设置在所述光束整形器和所述遮光板之间，所述聚焦透镜用于对所述圆环光束进行放大，使圆环光束的内环与所述遮光板的外边缘重合。

4.根据权利要求2或3所述的泊松光斑显微镜，其特征在于，所述泊松光斑生成装置还包括通光针孔，所述通光针孔设置在所述激光光源与所述光束整形器之间。

5.根据权利要求2所述泊松光斑显微镜，其特征在于，所述探测器安装在所述遮光板的背光面。

6.根据权利要求2或5所述的泊松光斑显微镜，其特征在于，所述泊松光斑生成装置还包括通光窗口；所述通光窗口设置在所述遮光板和所述被测样品之间；

7.根据权利要求1所述的泊松光斑显微镜，其特征在于，所述显微镜还包括成像针孔，所述成像针孔设置在所述成像透镜和所述探测器之间的所述成像透镜的焦点处。

8.根据权利要求1所述的泊松光斑显微镜，其特征在于，所述探测器为CCD面阵和/或光谱分析装置。