CN217639718U - 一种接收系统及显微镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种接收系统及显微镜，其中，该接收系统包括：分束超透镜、汇聚超透镜以及探测器；汇聚超透镜的数量与探测器的数量均为多个且一一对应；汇聚超透镜设置于分束超透镜的出光侧，探测器设置于汇聚超透镜的出光侧；分束超透镜用于将具有不同目标波长的入射光分束为多束具有一种目标波长的探测光，并将每束探测光分别射向位于不同目标方向的汇聚超透镜；汇聚超透镜用于将射入的探测光汇聚至相应的探测器。通过本实用新型实施例提供的接收系统，因采用分束超透镜，故具有体积轻薄、结构简单、成本低等优点；并且该接收系统的分光效果好，多个探测器可同时接收射入的探测光，提高了接收探测光的效率。

Description

一种接收系统及显微镜

技术领域

本实用新型涉及显微成像技术领域，具体而言，涉及一种接收系统及显微镜。

背景技术

目前，在活体细胞显微成像领域，可以使用多通道检测方法同步观察多个细胞结构和细胞的活动过程，为生理学研究提供重要的支撑依据，该方法在细胞学、医学领域有着重要的应用。在活体细胞多通道检测中，通常使用不同的荧光探针标记不同细胞或细胞中的不同组织，通过宽光谱光源激发出所有探针的荧光信号，并设置具有光栅、二向色镜或滤波轮等分光元件的接收系统，通过该接收系统将不同的荧光信号反射或折射至不同的探测器中。

但是，当接收系统中采用光栅作为分光元件时，光栅的分辨率不高，该接收系统成像的清晰度低；当接收系统中采用二向色镜作为分光元件时，需要设置多个二向色镜，该接收系统体积大，成本高；当接收系统中采用滤光轮作为分光元件时，无法同时获取不同的荧光信号，将导致该接收系统成像速度慢。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型实施例的目的在于提供一种接收系统及显微镜。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种接收系统，包括：分束超透镜、汇聚超透镜以及探测器；所述汇聚超透镜的数量与所述探测器的数量均为多个，且二者一一对应；所述汇聚超透镜设置于所述分束超透镜的出光侧，所述探测器设置于所述汇聚超透镜的出光侧；所述分束超透镜用于将具有不同目标波长的入射光分束为多束具有一种目标波长的探测光，并将每束所述探测光分别射向位于不同目标方向的所述汇聚超透镜；所述汇聚超透镜用于将射入的所述探测光汇聚至相应的探测器；所述探测器用于接收射入的所述探测光。

可选地，目标方向包括：所述探测光向同一垂轴方向上的任一位置的出射方向；所述垂轴方向表示垂直于所述分束超透镜的主光轴的轴的方向。

可选地，分束超透镜包括纳米结构，所述纳米结构的相位满足：

其中，i表示所述入射光所包括的目标波长的个数；(x,y)表示所述入射光的入射位置；

表示位于(x,y)坐标处的所述纳米结构对第i个目标波长调制的相位；λ_i表示第i个所述目标波长；f表示所述分束超透镜的焦距。

可选地，该接收系统还包括：滤波片；所述滤波片的数量为多个，每个所述滤波片均设置于所述分束超透镜与所述汇聚超透镜之间，且所述滤波片与所述汇聚超透镜之间的距离小于所述滤波片与所述分束超透镜之间的距离；所述滤波片用于滤除目标波长以外的光。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种显微镜，包括：如上述任一接收系统和发射系统；所述发射系统设置于所述接收系统的入光侧，用于发射所述具有不同目标波长的入射光。

可选地，发射系统包括：光源模组和显微镜组；所述光源模组用于生成激发光；所述显微镜组设置于所述光源模组的出光侧，用于将所述激发光中的至少部分射向待测样品，并使所述待测样品被激发出不同目标波长的光，将具有所述不同目标波长的光作为入射光射向位于所述显微镜组出光侧的所述接收系统。

可选地，光源模组包括：光源、准直透镜和锥形透镜；所述光源用于发射初始光；所述准直透镜设置于所述光源的出光侧，用于对所述初始光进行准直；所述锥形透镜设置于所述准直透镜的出光侧，用于将准直后的初始光形成激发光并射向所述显微镜组，且所述激发光为贝塞尔光束。

可选地，准直透镜包括准直超透镜。

可选地，锥形透镜包括超衍射聚焦超透镜，所述超衍射聚焦超透镜包括：基底以及阵列排布于所述基底表面的多个纳米单元；多个所述纳米单元将所述超衍射聚焦超透镜配置为具有锥形面相位分布的超透镜，所述超衍射聚焦超透镜用于对准直后的初始光进行超衍射聚焦，形成所述贝塞尔光束。

可选地，超衍射聚焦超透镜的相位分布满足：

其中，Φ_B表示所述超衍射聚焦超透镜的相位分布，r表示所述超衍射聚焦超透镜上任一点距中心的径向距离，

表示光波的波矢，R表示所述超衍射聚焦超透镜的最大口径，f为所述最大口径对应的焦点位置。

可选地，显微镜组包括：分光镜、显微物镜和显微目镜；所述分光镜设置于所述显微物镜和所述显微目镜之间，所述显微目镜的物方焦平面与所述显微物镜的像方焦平面处于同一平面；所述分光镜用于将所述激发光中的至少部分反射向所述显微物镜；所述显微物镜用于将入射的所述激发光汇聚并射向所述待测样品；所述待测样品被激发出的所述不同目标波长的光依次经所述显微物镜和所述分光镜射向所述显微目镜；所述显微目镜用于将射入其中的所述不同目标波长的光作为入射光射向所述接收系统。

可选地，分光镜包括半透半反镜。

本实用新型实施例上述第一方面提供的方案中，利用分束超透镜所具有的大色散特点，按照目标波长的不同将入射光分束为多束具有一种目标波长的探测光，并将多束探测光分别射向位于不同目标方向上的汇聚超透镜，令相应的汇聚超透镜能够将射入其中的探测光汇聚至对应的探测器中，进而使探测器可以针对射入其中的探测光进行后续处理。该接收系统因采用分束超透镜，故具有体积轻薄、结构简单、成本低等优点；并且，该接收系统的分光效果也较好(分辨率较高)，多个探测器可同时接收并处理射入的探测光，提高了接收探测光的效率。

本实用新型实施例上述第二方面提供的方案中，通过在接收系统的入光侧设置发射系统，可以构成能够对不同目标波长的探测光进行成像的显微镜，该显微镜结构简单，体积轻薄，成本低；并且，该显微镜所成的图像分辨率高，其成像速度也快。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本实用新型实施例所提供的一种接收系统的结构示意图；

图2示出了本实用新型实施例所提供的接收系统中，包括滤波片的结构示意图；

图3示出了本实用新型实施例所提供的显微镜的示意图；

图4示出了本实用新型实施例所提供的显微镜中，发射系统的结构示意图；

图5示出了本实用新型实施例根据传统锥形透镜所得到的锥形面相位分布示意图；

图6示出了本实用新型实施例提供的一种显微镜的整体结构示意图；

图7示出了本实用新型实施例所提供的显微镜中，分束超透镜分光的示意图；

图8示出了本实用新型实施例所提供的显微镜中，相面光线汇聚分析图。

图标：

1-接收系统、2-发射系统、11-分束超透镜、12-汇聚超透镜、13-探测器、14-滤波片、21-光源模组、22-显微镜组、211-光源、212-准直透镜、213-锥形透镜、221-分光镜、222-显微物镜、223-显微目镜。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型实施例提供了一种接收系统，参见图1所示，该接收系统包括：分束超透镜11、汇聚超透镜12以及探测器13；汇聚超透镜12的数量与探测器13的数量均为多个，且二者一一对应；汇聚超透镜12设置于分束超透镜11的出光侧，探测器13设置于汇聚超透镜12的出光侧；图1以该分束超透镜11的上方为其出光侧示出。

如图1所示，分束超透镜11用于将具有不同目标波长的入射光分束为多束具有一种目标波长的探测光，并将每束探测光分别射向位于不同目标方向的汇聚超透镜12；汇聚超透镜12用于将射入的探测光汇聚至相应的探测器13；探测器13用于接收射入的探测光。

在本实用新型实施例所提供的接收系统中，分束超透镜11的出光侧设置有多个汇聚超透镜12，多个汇聚超透镜12的位置不同；在每个汇聚超透镜12的出光侧均设置有探测器13，即探测器13的数量与汇聚超透镜12的数量相同，且一个汇聚超透镜12与一个探测器13相互对应。本实用新型实施例中，射入该分束超透镜11的入射光是具有不同目标波长的光，其中，目标波长表示该接收系统所要接收的光的波长，如待探测的光的波长；例如，射入该分束超透镜11的入射光中包括3种不同的目标波长：λ₁、λ₂以及λ₃，则该入射光是具有3种不同目标波长的入射光，该接收系统所要接收的3种光的波长分别为λ₁、λ₂以及λ₃。

在本实用新型实施例中，该分束超透镜11能够将射入其中的入射光(具有多种不同目标波长的入射光)进行分束，即按照目标波长的不同来进行划分(分束)，使得具有多种不同目标波长的入射光经该分束超透镜11的分束后，可以按不同的目标波长被分为多束探测光，其中，每束探测光对应一种目标波长，且多束探测光所对应的目标波长各不相同。在该分束超透镜11将具有多种不同目标波长的入射光分束为多束探测光的情况下，该分束超透镜11可以将多束探测光分别射向不同的目标方向，其中，该目标方向可以是位于该分束超透镜11出光侧的任意方向，且一种目标波长的探测光对应一个目标方向。本实用新型实施例中，每个目标方向上均设置一个汇聚超透镜12，使得经该分束超透镜11所射出的多束探测光可以分别射向位于不同目标方向的汇聚超透镜12；每个目标方向上所设置的汇聚超透镜12能够将射入其中的探测光汇聚至位于其出光侧与其对应设置的探测器13中，使得每个探测器13能够分别接收到只包括一种目标波长的探测光，并对射入其中的探测光进行处理，例如，进行成像和观察等；需要说明的是，探测器13针对探测光所执行的所有处理过程均属于现有技术或本领域技术人员已知的操作，本实用新型实施例对此部分技术没有做任何改进。其中，该探测器13可以包括：电荷耦合元件(CCD，Charge Coupled Device)，或者互补金属氧化物半导体(CMOS，Complementary Metal Oxide Semiconductor)。

本实用新型实施例通过在接收系统中设置分束超透镜11，利用该分束超透镜11所具有的大色散特点，按照目标波长的不同将入射光分束为多束具有一种目标波长的探测光，并将多束探测光分别射向位于不同目标方向上的汇聚超透镜12，令相应的汇聚超透镜12能够将射入其中的探测光汇聚至对应的探测器13中，进而使探测器13可以针对射入其中的探测光进行后续处理。该接收系统因采用分束超透镜11，故具有体积轻薄、结构简单、成本低等优点；并且，该接收系统的分光效果也较好(分辨率较高)，多个探测器13可同时接收并处理射入的探测光，提高了接收探测光的效率。

可选地，目标方向包括：探测光向同一垂轴方向上的任一位置的出射方向；垂轴方向表示垂直于分束超透镜11的主光轴的轴的方向。

本实用新型实施例中，该目标方向是探测光射出分束超透镜11的出射方向，具体可以是探测光射向同一垂轴方向上的任一位置所对应的出射方向；其中，垂直于该分束超透镜11的主光轴(图1中以垂直于分束超透镜11的虚线表示该主光轴)的轴可以称为该分束超透镜11的垂轴(如图1中垂直于该主光轴的虚线表示该垂轴方向)，沿该垂轴向两端无限延伸的方向即为该垂轴方向(如图1中沿该垂轴向其左右两端延伸的方向)。其中，该垂轴方向可以包括多个，例如，多个平行于该分束超透镜11的轴均可称为该分束超透镜11的垂轴，每个垂轴的延伸方向均表示该垂轴方向。

本实用新型实施例中，该分束超透镜11对于不同目标波长的探测光所具有的垂轴折射能力(如偏折能力)不同，例如，当经该分束超透镜11所射出的某种目标波长的探测光的出射方向(目标方向)与该分束超透镜11主光轴之间的夹角越大，该分束超透镜11对于该目标波长的探测光的垂轴能力越强；反之，当经该分束超透镜11所射出的某种目标波长的探测光的出射方向(目标方向)与该分束超透镜11主光轴之间的夹角越小，该分束超透镜11对于该目标波长的探测光的垂轴能力越弱；其中，当分束超透镜11将某种目标波长的探测光射入与分束超透镜11共轴设置的汇聚超透镜12时，该分束超透镜11对于该目标波长的探测光的垂轴能力为0；基于此，本实用新型实施例可以在每个目标方向对应设置汇聚超透镜12，使得每个汇聚超透镜12也可沿同一垂轴方向设置，令每束探测光能够射向每个汇聚超透镜12中，在同时接收不同目标波长的探测光的基础上，还可以进一步缩小该接收系统的体积。

可选地，分束超透镜11包括纳米结构，纳米结构的相位满足：

其中，i表示入射光所包括的目标波长的个数；(x,y)表示入射光的入射位置(即该纳米结构在该分束超透镜11上的位置坐标)；λ_i表示第i个目标波长；

表示位于(x,y)坐标处的纳米结构对第i个目标波长调制的相位；f表示分束超透镜11的焦距。

本实用新型实施例中，分束超透镜11包含呈周期排列的多个纳米结构。通常情况下，对于入射光(即具有多种不同目标波长的入射光)而言，该入射光若要被分束超透镜11以不同的目标波长分束为多束探测光，并将多束探测光分别射向各自对应的目标方向，则该分束超透镜11上用于调制入射光(具有多个不同目标波长的入射光)的纳米结构的相位应同时满足

其中，i表示该入射光所具有的目标波长的个数，或者，射出该分束超透镜11的探测光的数量，例如，i可以是大于或等于2的整数；该式子整体则表示分束超透镜11能够将具有多种不同目标波长的入射光分束为多束探测光，并向相应的目标方向投射时，该分束超透镜11上的纳米结构应同时满足的相位。

可选地，参见图2所示，该接收系统还包括：滤波片14；滤波片14的数量为多个，每个滤波片14均设置于分束超透镜11与汇聚超透镜12之间，且滤波片14与汇聚超透镜12之间的距离小于该滤波片14与分束超透镜11之间的距离；滤波片14用于滤除目标波长以外的光。

在本实用新型实施例中，为了使最终汇聚在该探测器13的探测光不包含除目标波长以外的其他波长的光，如该探测光中多余的旁瓣，可以在该分束超透镜11与每个汇聚超透镜12之间均设置滤波片14(如图2所示)，该滤波片14的具体设置位置可以在分束超透镜11的出光侧且更靠近汇聚超透镜12的位置处，即该滤波片14与汇聚超透镜12之间的距离小于该滤波片14与分束超透镜11之间的距离，使得每个滤波片14不会过滤掉其他单束探测光。其中，该滤波片14可以是窄带滤波片，即指通带小于预设阈值的滤波器，该窄带滤波片用于将分束超透镜11所发射的探测光的波长约束在较小的范围内，且该较小的范围能够与该探测光的目标波长的范围一致；换句话说，每个滤波片14可以将分束超透镜11所发射的单束探测光的波长中，超出目标波长的旁瓣过滤掉，只保留目标波长的光，并将该目标波长的光射向位于其出光侧的汇聚超透镜12，使得最终射入探测器13中的探测光的信噪比更高。

本实用新型实施例采用滤波片14可以过滤掉多余的旁瓣，使得汇聚在探测器13表面的探测光为所需探测的目标波长的光，能够提高射入每一个探测器13的探测光的精度。

本实用新型实施例还提供了一种显微镜，参见图3所示，该显微镜包括：上述任意一种接收系统1和发射系统2；发射系统2设置于接收系统1的入光侧，用于发射具有不同目标波长的入射光；图4以该发射系统2的上侧为其出光侧示出，以接收系统1的下侧为其入光侧示出。

如图3所示，发射系统2能够向接收系统1发射具有不同目标波长的入射光，使得该入射光(具有不同目标波长)可以射入接收系统1的分束超透镜11中，使得该分束超透镜11可以将该入射光(具有不同目标波长)分束为不同的目标波长的探测光，并射向不同的目标方向，最终射入不同的探测器13中，得到相应目标波长的探测光的图像。本实用新型实施例通过在接收系统1的入光侧设置发射系统2，可以构成能够对不同目标波长的探测光进行成像的显微镜，该显微镜结构简单，体积轻薄，成本低；并且，该显微镜所成的图像分辨率高，其成像速度也快。

可选地，参见图4所示，发射系统2包括：光源模组21和显微镜组22；光源模组21用于生成激发光；显微镜组22设置于光源模组21的出光侧，用于将激发光中的至少部分射向待测样品，并使待测样品被激发出不同目标波长的光，将具有不同目标波长的光作为入射光射向位于显微镜组22出光侧的接收系统1。

其中，该发射系统2中的光源模组21是用于生成激发光的装置，该激发光可以为宽光谱光，且该激发光可以射向位于光源模组21出光侧的显微镜组22。本实用新型实施例中，显微镜组22能够将至少部分激发光(如该光源模组21所发射的激发光的50％，或者100％)射向待测样品；需要说明的是，该待测样品可以是具有不同细胞的组织，且该待测样品中不同细胞已被不同的荧光探针所标记。在本实用新型实施例中，当至少部分激发光射向该待测样品时，该待测样品中不同的荧光探针将会对该至少部分激发光产生不同的响应，例如，不同的荧光探针在该至少部分激发光的辐射下呈现出不同波段的荧光信号，即不同目标波长的光。其中，该显微镜组22能够将被至少部分激发光所激发出的具有不同目标波长的光作为入射光射向位于该显微镜组22出光侧的接收系统1，例如，将具有不同目标波长的光(如不同波段的荧光信号)一并射向接收系统1中的分束超透镜11。

可选地，参见图4所示，光源模组21包括：光源211、准直透镜212和锥形透镜213；光源211用于发射初始光；准直透镜212设置于光源211的出光侧，用于对初始光进行准直；锥形透镜213设置于准直透镜212的出光侧，用于将准直后的初始光形成激发光并射向显微镜组22，且激发光为贝塞尔光束；图4以光源211的右侧为其出光侧示出。

本实用新型实施例中，光源211所发射的初始光可以与最终形成的激发光具有相同的光谱，例如，该初始光也可以是宽光谱光。其中，光源211将初始光射入位于其出光侧(如图4中光源211右侧)的准直透镜212，该准直透镜212用以将光束(如初始光)对准于特定方向，以形成准直光线或平行光线，藉此，该光束(如初始光)不会随着距离远而散开，或者至少使得其散开程度达到最小。可选地，该准直透镜212包括准直超透镜；该光源模组21采用准直超透镜替换传统的准直透镜，可以使该光源模组21的体积更加轻薄，成本也更低。

在本实用新型实施例中，初始光经过该准直透镜212的调制后成为准直后的初始光，并射向位于该准直透镜212出光侧(如图4中准直透镜212右侧)的锥形透镜213中；该锥形透镜213通常也被称为锥透镜，其能够将平行光束(如准直后的初始光)调制为贝塞尔光束，即得到所需的激发光。其中，该贝塞尔光束是无衍射的同心环状光束，每个同心环具有与中心环相同的功率，并且，该贝塞尔光束对于待测样品的穿透能力强，本实用新型实施例将准直后的初始光调制为贝塞尔光束(激发光)，可以提高对待测样品的穿透能力。

可选地，该锥形透镜213包括超衍射聚焦超透镜，超衍射聚焦超透镜包括：基底以及阵列排布于基底表面的多个纳米单元；多个纳米单元将超衍射聚焦超透镜配置为具有锥形面相位分布的超透镜，超衍射聚焦超透镜用于对准直后的初始光进行超衍射聚焦，形成贝塞尔光束。

本实用新型实施例可以采用超衍射聚焦超透镜替换不易加工和级联的传统锥形透镜，即本实用新型实施例中的锥形透镜213可以是超衍射聚焦超透镜，该超衍射聚焦超透镜通过还原相位设计而成，其成像原理与传统锥形透镜相似。其中，超衍射聚焦超透镜可以包括多个纳米单元以及用于排列多个纳米单元的基底；这些纳米单元是全介质的纳米单元，可选的材料包括：氧化钛、氮化硅、熔融石英、氧化铝、氮化镓、磷化镓、非晶硅、晶体硅和氢化非晶硅等。其中，基底表面设置的多个纳米单元呈阵列排布，可直接调控光(如准直后的初始光)的相位、幅度和偏振等特性。

其中，该超衍射聚焦超透镜(锥形透镜213)上所排布的纳米单元的相位分布是一系列等距的同心环，满足锥形面相位分布(如传统锥形透镜的相位分布)；该超衍射聚焦超透镜可以通过对点扩散函数进行调制，以实现将射入其中的光束(如准直后的初始光)生成贝塞尔光束的效果。相比于传统锥形透镜，本实用新型实施例选用的超衍射聚焦超透镜能够使显微镜具备“轻”、“薄”、“简”、“廉”以及产能高的优势；且基于平面超透镜产生贝塞尔光束规避了传统锥形透镜加工难度大这一技术劣势。

可选地，参见图5所示，图5示出了根据传统锥形透镜所得到的锥形面相位分布示意图，该超衍射聚焦超透镜的相位分布满足：

其中，Φ_B表示超衍射聚焦超透镜的相位分布，r表示超衍射聚焦超透镜上任一点距中心的径向距离，

表示光波的波矢，R表示超衍射聚焦超透镜的最大口径，f为最大口径对应的焦点位置。

对于本实用新型实施例所要生成的贝塞尔光束来说，其在不同传播距离上横截面的光场分布保持不变，满足光束(激发光)无衍射的性质。进一步地，贝塞尔光束中心为一个强度最高的实心光斑，围绕中心光斑的是一系列同心圆环，这些同心环是贝塞尔光束光场的旁瓣结构。理论上，每个环状旁瓣的能量与中心光斑的能量均一致，因此随着旁瓣环直径的增大，环带光强的峰值逐渐减小。另外，贝塞尔光束在物理学中本质上是一种干涉场，参与干涉的平面子波振幅相等，且都与空间中的z轴(如图5所示)有着相同的夹角β。

在尝试用超透镜实现锥形面的相位分布时，理论上，该超衍射聚焦超透镜表面的相位分布Φ_B与其上任一点距其中心的径向距离r呈正相关。严格来说，该超衍射聚焦超透镜并没有固定的焦点，平面波(如准直后的初始光)入射到该超衍射聚焦超透镜时，不同口径位置的光场汇聚于不同的传播距离处，所以超衍射聚焦超透镜的聚焦的焦斑很长。本实用新型实施例将超衍射聚焦超透镜最大口径R处对应的焦点位置确定为f。因此，可以得到图5所示的夹角β满足

即具有锥形面相位分布超透镜的相位分布为：

当该超衍射聚焦超透镜上的纳米单元的相位分布满足上述Φ_B与r的关系时，能够实现传统锥形透镜的功能，例如生成贝塞尔光束，如本实用新型实施例中所需使用的激发光。

可选地，参见图4所示，显微镜组22包括：分光镜221、显微物镜222和显微目镜223；分光镜221设置于显微物镜222和显微目镜223之间，显微目镜223的物方焦平面与显微物镜222的像方焦平面处于同一平面；分光镜221用于将激发光中的至少部分反射向显微物镜222；显微物镜222用于将入射的激发光汇聚并射向待测样品；待测样品被激发出的不同目标波长的光依次经显微物镜222和分光镜221射向显微目镜223；显微目镜223用于将射入其中的不同目标波长的光作为入射光射向接收系统1。

本实用新型实施例中，光源模组21所射出的激发光将射入该显微镜组22中的分光镜221，其中，该分光镜221是一种具有透反功能的光学元件，可选地，该分光镜221可以包括半透半反镜。其中，半透半反镜是一种在光学玻璃上镀制半反射膜，改变射入其中的光原来的透射和反射的比例的光学元件，即透射部分光线、反射另一部分光线。本实用新型实施例当采用“透过的光强和被反射的光强各占50％”的半透半反镜作为分光镜221时，该分光镜221可以将射入的激发光中的一半反射向显微物镜222，使得该至少部分激发光能够经该显微物镜222射向待测样品；并将射入的激发光中的另一半透射出去。

其中，该待测样品中已被荧光探针标记的细胞所被激发出的不同目标波长的光(如荧光信号)能够射向该显微物镜222，并经过该显微物镜222射入分光镜221；该分光镜221能够将这些不同目标波长的光进行透射，例如，若该分光镜221为半透半反镜时，该分光镜221可以将这些不同目标波长的光的光强的50％透射出去，另50％反射。

本实用新型实施例中，为了使该显微模组22在能够实现显微成像的功能，该显微物镜222的像方焦平面应与该显微目镜223的物方焦平面重合，即该显微物镜222与该显微目镜223之间的距离是二者焦距之和，例如，该显微物镜222在其主光轴上的像方焦点与该显微目镜223在其主光轴上的物方焦点重合，使得二者之间的距离为二者焦距之和。本实用新型实施例中，不同目标波长的光(荧光信号)在射入该显微目镜223之后，将作为具有不同目标波长的入射光，从该显微目镜223的出光侧射向接收系统1中的分束超透镜11，最终实现对待测样品中不同的细胞进行同步成像检测。

实施例1：

本实施例提供一种基于分束超透镜11的显微镜(参见图6所示)的仿真结果。其中，待测样品中的三种不同细胞分别被Fam、Hex和Rox三种荧光探针标记，该待测样品可以被激发光激发出三种不同目标波长的光(荧光信号)，这三种目标波长分别是520nm、560nm和630nm。分束超透镜11的厚度可以为1mm，半高(分束超透镜11表面的半径)为2mm，纳米结构可以选取纳米圆柱，材料为氮化硅，该纳米柱的直径为180nm，采用正六边形排布，周期为500nm。在距离分束超透镜11的出光侧20mm处设置多个汇聚超透镜12，以实现分别对不同目标波长的探测光进行汇聚，该显微镜的探测结果如图7或图8所示，图7为该分束超透镜11分光的示意图，图8为相面光线汇聚分析图。本实施例中，分束超透镜11将不同目标波长的探测光沿同一垂轴方向分散排布，分别对每个目标波长的探测光进行成像，且具有很好的成像效果，满足上述提到的不同细胞的同步检测。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换的技术方案，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种接收系统，其特征在于，包括：分束超透镜(11)、汇聚超透镜(12)以及探测器(13)；所述汇聚超透镜(12)的数量与所述探测器(13)的数量均为多个，且二者一一对应；所述汇聚超透镜(12)设置于所述分束超透镜(11)的出光侧，所述探测器(13)设置于所述汇聚超透镜(12)的出光侧；

所述分束超透镜(11)用于将具有不同目标波长的入射光分束为多束具有一种目标波长的探测光，并将每束所述探测光分别射向位于不同目标方向的所述汇聚超透镜(12)；

所述汇聚超透镜(12)用于将射入的所述探测光汇聚至相应的探测器(13)；所述探测器(13)用于接收射入的所述探测光。

2.根据权利要求1所述的接收系统，其特征在于，所述目标方向包括：所述探测光向同一垂轴方向上的任一位置的出射方向；所述垂轴方向表示垂直于所述分束超透镜(11)的主光轴的轴的方向。

3.根据权利要求2所述的接收系统，其特征在于，所述分束超透镜(11)包括纳米结构，所述纳米结构的相位满足：

其中，i表示所述入射光所包括的目标波长的个数；(x,y)表示所述入射光的入射位置；

表示位于(x,y)坐标处的所述纳米结构对第i个目标波长调制的相位；λ_i表示第i个所述目标波长；f表示所述分束超透镜(11)的焦距。

4.根据权利要求1所述的接收系统，其特征在于，还包括：滤波片(14)；所述滤波片(14)的数量为多个，每个所述滤波片(14)均设置于所述分束超透镜(11)与所述汇聚超透镜(12)之间，且所述滤波片(14)与所述汇聚超透镜(12)之间的距离小于所述滤波片(14)与所述分束超透镜(11)之间的距离；所述滤波片(14)用于滤除目标波长以外的光。

5.一种显微镜，其特征在于，包括：如上述权利要求1-4任一所述的接收系统(1)和发射系统(2)；

所述发射系统(2)设置于所述接收系统(1)的入光侧，用于发射所述具有不同目标波长的入射光。

6.根据权利要求5所述的显微镜，其特征在于，所述发射系统(2)包括：光源模组(21)和显微镜组(22)；

所述光源模组(21)用于生成激发光；

所述显微镜组(22)设置于所述光源模组(21)的出光侧，用于将所述激发光中的至少部分射向待测样品，并使所述待测样品被激发出不同目标波长的光，将具有所述不同目标波长的光作为入射光射向位于所述显微镜组(22)出光侧的所述接收系统(1)。

7.根据权利要求6所述的显微镜，其特征在于，所述光源模组(21)包括：光源(211)、准直透镜(212)和锥形透镜(213)；

所述光源(211)用于发射初始光；

所述准直透镜(212)设置于所述光源(211)的出光侧，用于对所述初始光进行准直；

所述锥形透镜(213)设置于所述准直透镜(212)的出光侧，用于将准直后的初始光形成激发光并射向所述显微镜组(22)，且所述激发光为贝塞尔光束。

8.根据权利要求7所述的显微镜，其特征在于，所述准直透镜(212)包括准直超透镜。

9.根据权利要求7所述的显微镜，其特征在于，所述锥形透镜(213)包括超衍射聚焦超透镜，所述超衍射聚焦超透镜包括：基底以及阵列排布于所述基底表面的多个纳米单元；

多个所述纳米单元将所述超衍射聚焦超透镜配置为具有锥形面相位分布的超透镜，所述超衍射聚焦超透镜用于对准直后的初始光进行超衍射聚焦，形成所述贝塞尔光束。

10.根据权利要求9所述的显微镜，其特征在于，所述超衍射聚焦超透镜的相位分布满足：

其中，Φ_B表示所述超衍射聚焦超透镜的相位分布，r表示所述超衍射聚焦超透镜上任一点距中心的径向距离，

表示光波的波矢，R表示所述超衍射聚焦超透镜的最大口径，f为所述最大口径对应的焦点位置。

11.根据权利要求6所述的显微镜，其特征在于，所述显微镜组(22)包括：分光镜(221)、显微物镜(222)和显微目镜(223)；所述分光镜(221)设置于所述显微物镜(222)和所述显微目镜(223)之间，所述显微目镜(223)的物方焦平面与所述显微物镜(222)的像方焦平面处于同一平面；

所述分光镜(221)用于将所述激发光中的至少部分反射向所述显微物镜(222)；

所述显微物镜(222)用于将入射的所述激发光汇聚并射向所述待测样品；

所述待测样品被激发出的所述不同目标波长的光依次经所述显微物镜(222)和所述分光镜(221)射向所述显微目镜(223)；

所述显微目镜(223)用于将射入其中的所述不同目标波长的入射光射向所述接收系统(1)。

12.根据权利要求11所述的显微镜，其特征在于，所述分光镜(221)包括半透半反镜。

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