专利名称：多焦点光束产生装置及多焦点共焦扫描显微镜的制作方法
技术领域：
本发明属于光学技术领域，涉及一种光束产生装置，尤其涉及一种多焦点光束产生装置；同时，本发明还涉及一种包括上述多焦点光束产生装置的多焦点共焦扫描显微镜。
背景技术：
共焦显微技术是提供物体的一个或多个层面的高分辨率图像的现有技术，点光源发出的光束经物镜聚焦到物体表面，光束经物体反射或透射后再经聚焦透镜聚焦到针孔后进入光电探测器。为了提高激光扫描共焦显微技术的成像速度，通常采用多焦点光束形成多个具有衍射极限质量并且能够分散聚焦的焦点同时激发样品。多焦点扫描显微技术和单光束激发扫描显微技术主要区别在于多焦点扫描显微技术需要一个多焦点光束产生装置和多焦点光束探测装置，现有的多焦点显微技术主要采用微透镜阵列、光束分离器和衍射光学元件等方法实现激光光束的分光和产生多个焦点。上述多焦点显微技术利用多光束并行激发样品的方法以提高激光共焦扫描成像速度，以实现样品的三维快速多光子激发荧光显微成像。用于实现多焦点共焦扫面显微技术的多焦点光束经聚焦后的焦斑应满足以下三个条件首先，每个焦点应该具有尽可能高地均勻性，即各个焦点的强度应保持一致，目的是为了避免图像重构时的误差；其次，考虑到成像分辨率，每个焦点的尺寸应尽可能小；最后，每个焦点的形状应该尽可能为圆对称分布，目的是为了确保焦平面上各个方向的分辨率是相同的。然而现有的多焦点显微技术均无法同时满足上述三个条件。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种多焦点光束产生装置，经聚焦后可呈现多个焦点的光束。此外，本发明还提供一种多焦点共焦扫描显微镜，可保证高分辨率的前提下成像速度快。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种多焦点光束产生装置，包括光源、偏振器和偏振滤波光路；所述偏振滤波光路在光源出射光束经过偏振器后的光路上设置有第一偏振分光镜，光束经过第一偏振分光镜后一部分发生反射，一部分发生透射；在反射光路上依次设置有第一反射镜、第一滤波片和第二偏振分光镜；在透射光路上依次设置有第二滤波片、第二反射镜和第二偏振分光镜，反射光束和透射光束在第二偏振分光镜处汇合成一束光束。作为本发明的一种优选方案，所述偏振器和第一偏振分光镜之间设置有环形光束产生装置，沿光路轴对称的设置有第一外反射式圆锥面反射镜、第一内反射式圆锥面反射镜、第二内反射式圆锥面反射镜和第二外反射式圆锥面反射镜。作为本发明的一种优选方案，所述第一滤波片的振幅滤波函数为CCSn(ItKp);所述第二滤波片的振幅滤波函数为sinn(m(P)，其中，φ为光束横截面上的方位角，η为正整数，m为大于0的整数。作为本发明的一种优选方案，其中，η为正奇数。作为本发明的一种优选方案，其中，η为正奇数，m为大于1的整数。作为本发明的一种优选方案，其中，η为正偶数，m= 1。一种多焦点共焦扫描显微镜，所述显微镜包括上述的多焦点光束产生装置；焦点调控组件，被配置成调控多焦点的空间位置；样品组件，用于保持经多焦点光束产生装置产生的光束扫描的样品；光电探测器件，被配置成探测由所述样品反射的光；控制组件，用于控制上述各组件。本发明提出的多焦点光束产生装置及多焦点共焦扫描显微镜的有益效果在于通过多焦点光束产生装置产生的光束经聚焦后得到的焦点同时具有高均勻性(强度一致)、 尺寸小和形状呈圆对称分布的特点。包含多焦点光束产生装置的多焦点共焦扫描显微镜具有保证高分辨率的前提下成像速度快的特点，或者在同样的成像速度下具有更高分辨率的特点。
图1为本发明实施例的多焦点光束产生装置示意图。图2为本发明实施例的环形光束产生装置示意图。图3为本发明实施例的多焦点共焦扫描显微镜示意图。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。实施例一图1为本发明实施例的多焦点光束产生装置示意图，在光源1光束出射方向上依次设置有准直扩束镜2、偏振片3和第一偏振分光镜5，光束从激光器1出射后经准直扩束镜2进行准直、扩束后，入射到偏振片3，入射光束经偏振片3调制后变成线偏振光，线偏振光入射到第一偏振分光镜5，光束经过第一偏振分光镜5后分成反射光束和透射光束，反射光束和透射光束为两束正交线偏振光，在透射光路上依次设置有第一滤波片6、第一平面反射镜7，透射光束经第一滤波片6滤波后进入第一片面反射镜7，再经第一平面反射镜7反射后入射到第二偏振分光镜10 ；在反射光路上设置有第一平面反射镜8，反射光束经第一平面反射镜8反射后入射到第二滤波片9，再经第二滤波片9滤波后入射到第二偏振分光镜10上，被不同滤波片分别调制后的反射光束和透射光束在第二偏振分光镜10处汇合成一束光束。其中，第一滤波片6和第二滤波片9的滤波函数分别为Sinn(ItKp)和COSn(ItKp)，φ为光束横截面上的方位角。本实施例中光源1为He-Ni激光器，波长为632. 8nm。该多焦点光束经聚焦后的焦点个数情况说明如下当滤波函数中的η为正奇数，m为整数且m> 1时，焦点个数为 2(m-l)；当η为正奇数，m为整数且m<0时，焦点个数为(2|m|+l)；对于η为正偶数的情况，只有m= 1时可以获得高对比度的双焦点，其他m值无法得到多焦点。上述实施例中，在偏振片3和第一偏振分光镜5之间设置有一个环形光束产生器 4，光束经过环形光束产生器4后变成环形光束，可提高多焦点的各个焦点之间的分离程度并改善多焦点的性能，环形光束产生器4的示意图如图2所示，光束从左向右入射到环形光束产生器4，沿光路轴对称的设置有第一外反射式圆锥面反射镜4. 1、第一内反射式圆锥面反射镜4. 2、第二内反射式圆锥面反射镜4. 3和第二外反射式圆锥面反射镜4. 4，第一外反射式圆锥面反射镜4. 1的反射锥面和第一内反射式圆锥面反射镜4. 2的反射锥面平行且与光轴成45°角，第二外反射式圆锥面反射镜4. 3的反射锥面和第二内反射式圆锥面反射镜 4. 4的反射锥面平行且与光轴成45°角。图3为包含图1所示多焦点光束产生装置的多焦点共焦扫描显微镜示意图，多焦点光束产生装置产生的多焦点光束出射光路上设置有焦点调控组件11，多焦点光束经焦点调控组件11反射、聚焦后入射到样品组件12，样品组件12的样品位于多焦点光束的焦平面上，光束经样品反射后入射到光电探测组件13，并由光电探测组件13对样品反射光探测成像，焦点调控组件11、样品组件12和光电探测组件13均有控制组件14控制。其中所述的焦点调控组件11、样品组件12、光电探测组件13和控制组件14均为现有技术，多焦点光束经由多焦点光束产生装置产生后，样品的扫描、成像和控制均可通过现有技术实现。综上所述，通过多焦点光束产生装置产生的光束经聚焦后得到的焦点同时具有高均勻性(强度一致)、尺寸小和形状呈圆对称分布的特点。包含多焦点光束产生装置的多焦点共焦扫描显微镜具有保证高分辨率的前提下成像速度快的特点，或者在同样的成像速度下具有更高分辨率的特点。这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、 材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
权利要求
1.一种多焦点光束产生装置，包括光源、偏振器和偏振滤波光路；其特征在于所述偏振滤波光路在光源出射光束经过偏振器后的光路上设置有第一偏振分光镜，光束经过第一偏振分光镜后一部分发生反射，一部分发生透射；在反射光路上依次设置有第一反射镜、第一滤波片和第二偏振分光镜； 在透射光路上依次设置有第二滤波片、第二反射镜和第二偏振分光镜， 反射光束和透射光束在第二偏振分光镜处汇合成一束光束。
2.根据权利要求1所述的多焦点光束产生装置，其特征在于所述偏振器和第一偏振分光镜之间设置有环形光束产生装置，沿光路轴对称的设置有第一外反射式圆锥面反射镜、第一内反射式圆锥面反射镜、第二内反射式圆锥面反射镜和第二外反射式圆锥面反射镜。
3.根据权利要求1或2所述的多焦点光束产生装置，其特征在于所述第一滤波片的振幅滤波函数为COSn(ItKP);所述第二滤波片的振幅滤波函数为 Sinn(ItKp)，其中，φ为光束横截面上的方位角，η为正整数，m为大于O的整数。
4.根据权利要求3所述的多焦点光束产生装置，其特征在于 其中，η为正奇数。
5.根据权利要求3所述的多焦点光束产生装置，其特征在于 其中，η为正奇数，m为大于1的整数。
6.根据权利要求3所述的多焦点光束产生装置，其特征在于 其中，η为正偶数，m= 1。
7.一种多焦点共焦扫描显微镜，其特征在于，所述显微镜包括 如权利要求1至6之一所述的多焦点光束产生装置； 焦点调控组件，被配置成调控多焦点的空间位置；样品组件，用于保持经多焦点光束产生装置产生的光束扫描的样品； 光电探测器件，被配置成探测由所述样品反射的光； 控制组件，用于控制上述各组件。
全文摘要
本发明揭示了一种多焦点光束产生装置及多焦点共焦扫描显微镜，多焦点光束产生装置包括光源、偏振器和偏振滤波光路；偏振滤波光路在光源出射光束经过偏振器后的光路上设置有第一偏振分光镜，光束经过第一偏振分光镜后一部分发生反射，一部分发生透射；在反射光路上依次设置有第一反射镜、第一滤波片和第二偏振分光镜；在透射光路上依次设置有第二滤波片、第二反射镜和第二偏振分光镜，反射光束和透射光束在第二偏振分光镜处汇合成一束光束。通过多焦点光束产生装置产生的光束经聚焦后得到的焦点均匀性高、尺寸小和形状呈圆对称分布。本发明扫描显微镜可保证高分辨率的前提下成像速度快，或者在同样的成像速度下具有更高分辨率。
文档编号G02B27/28GK102566076SQ201210030310
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月10日 优先权日2012年2月10日
发明者姜曼, 庄松林, 瑚琦, 田毅强, 翁晓羽, 蒋庭佳, 郭汉明, 隋国荣 申请人:上海理工大学