一种无遮拦反射式显微镜附加光学系统及显微系统

本发明涉及反射式显微镜光学系统，具体涉及一种无遮拦反射式显微镜附加光学系统及显微系统。

背景技术：

1、显微镜是一种将近距离微小物体放大成像的光学系统。传统的显微镜是通过人眼来观察图像，因此将显微镜分为物镜和目镜两个部分。物镜的作用是将目标形成放大的实像；目镜的作用是将放大的实像变为放大的虚像，同时将系统出瞳拉至人眼入瞳位置，以便人眼观察。显微镜主要参数有极限分辨率和放大率。极限分辨率由物镜数值孔径决定，放大率则由物镜放大率和目镜放大率确定。随着面阵微电子成像器件的出现，显微镜图像传感器件也逐渐由ccd、cmos等电子器件代替了人眼。显微成像系统也无需目镜，直接将电子成像器件置于物镜焦面即可获得图像。

2、显微镜分辨力δ由以下公式计算：

3、

4、其中，λ为工作波长，na为数值孔径，na＝n*sin(u)，n为物方折射率，u为物方孔径角。在λ和n不变的情况下，为提高分辨能力，则必须提高物方孔径角。由于其中d为显微镜第一面镜的口径，l为观测目标到显微镜第一面镜的距离，定义其为显微镜工作距离。

5、由此可知，提高物方孔径角就必须增加显微镜第一面镜的口径d，或者减小显微镜工作距离。增加显微镜第一面镜的口径d会显著增加像差，这样会增加设计难度。所以一般数值孔径大的显微镜工作距离都比较短。但显微镜工作距离太小，又会对照明和成像产生许多的限制。

技术实现思路

1、为了增加显微镜的工作距离，使其对照明与成像不受限制，本发明提供了一种无遮拦反射式显微镜附加光学系统及显微系统。

2、为了达到上树目的，本发明提供了一种无遮拦反射式显微镜附加光学系统，其特殊之处在于：包括第一离轴抛物面镜和第二离轴抛物面镜；

3、所述第一离轴抛物面镜用于与待观测目标相对应，且其焦点与待观测目标重合；

4、所述第二离轴抛物面镜与第一离轴抛物面镜的抛物面相对，第二离轴抛物面镜位于第一离轴抛物面镜的出射光路上；

5、所述第二离轴抛物面镜用于与显微镜相配合，且其焦点与显微镜探测面重合。

6、进一步地，还包括第三离轴抛物面镜、分光镜以及照明光源；

7、所述分光镜设置于第一离轴抛物面镜和第二离轴抛物面镜之间的光路上，且位于第三离轴抛物面镜的出射光路上；

8、所述第一离轴抛物面镜的抛物面与分光镜的反射面对应；

9、所述第二离轴抛物面镜的抛物面与分光镜的透射面对应；

10、所述照明光源设置于第三离轴抛物面镜的焦点处。

11、进一步地，所述第一离轴抛物面镜、第二离轴抛物面镜和第三离轴抛物面镜的离轴角为90度。

12、进一步地，还包括旋转支架；

13、所述第三离轴抛物面镜、分光镜和照明光源均安装在旋转支架上，所述旋转支架用于同步旋转第三离轴抛物面镜、分光镜和照明光源，以改变分光镜与第一离轴抛物面镜和第二离轴抛物面镜之间光路的夹角。

14、进一步地，第一离轴抛物面镜、第二离轴抛物面镜和第三离轴抛物面镜的各项参数一致；

15、所述分光镜与第一离轴抛物面镜的反射光间角度大于或等于135度。

16、本发明还提供了一种无遮拦反射式显微镜附加光学系统，其特殊之处在于：包括第一离轴抛物面镜、第二离轴抛物面镜、第一折轴镜和第二折轴镜；

17、所述第一离轴抛物面镜用于与待观测目标相对应，且其焦点与待观测目标重合；

18、所述第一折轴镜设置于第一离轴抛物面镜的反射光所在光路上；

19、所述第二折轴镜设置于第一折轴镜的反射光所在光路上；

20、所述第二离轴抛物面镜的抛物面与第二折轴镜的反射光所在光路对应，且其焦点与显微镜探测面重合。

21、进一步地，还包括第三离轴抛物面镜、分光镜以及照明光源；

22、所述分光镜设置于第二折轴镜与第二离轴抛物面镜之间的光路上，其透射面与第二离轴抛物面镜的抛物面对应，且位于第三离轴抛物面镜的出射光路上；

23、所述照明光源设置于第三离轴抛物面镜的焦点处。

24、进一步地还包括旋转支架、第一平移支架、第二平移支架和第三平移支架；

25、所述第三离轴抛物面镜、分光镜和照明光源均安装在旋转支架上，所述旋转支架用于同步旋转第三离轴抛物面镜、分光镜和照明光源，以改变分光镜与第二折轴镜和第二离轴抛物面镜之间光路的夹角；

26、所述第一离轴抛物面镜设置在第一平移支架上；

27、所述第一折轴镜设置在第二平移支架上；

28、所述第二折轴镜设置在第三平移支架上；

29、所述第一平移支架、第二平移支架和第三平移支架的使用方式如下：

30、所述第一平移支架带动第一离轴抛物面镜沿第一离轴抛物面镜与第一折轴镜间的光轴移动，能够对待观测目标进行上下扫描；

31、所述第一平移支架和第二平移支架同时带动第一离轴抛物面镜和第一折轴镜沿第一折轴镜和第二折轴镜间的光轴移动，能够对待观测目标进行前后扫描；

32、所述第一平移支架、第二平移支架和第三平移支架同时带动第一离轴抛物面镜、第一折轴镜和第二折轴镜沿第二折轴镜与第二离轴抛物面镜间的光轴移动，能够对待观测目标进行左右扫描。

33、进一步地所述第一离轴抛物面镜、第二离轴抛物面镜和第三离轴抛物面镜的离轴角为90度，且各项参数一致；

34、所述第一折轴镜与第一离轴抛物面镜的反射光间角度为45度；

35、所述第二折轴镜与第一折轴镜的反射光间角度为45度；

36、所述第二折轴镜与第二离轴抛物面镜的之间的光线分别与第二折轴镜与第一折轴镜之间的光线、第一折轴镜与第一离轴抛物面镜之间的光线垂直；

37、所述分光镜的分光面与第二折轴镜反射的光线角度大于或等于为135度。

38、本发明还提供了一种无遮拦反射式显微镜系统，其特殊之处在于：包括显微镜以及上述的无遮拦反射式显微镜附加光学系统；

39、所述无遮拦反射式显微镜附加光学系统设置在显微镜探测面与观测目标之间。

40、本发明的有益效果：

41、1、本发明提供的显微镜附加光学系统能够根据需求增大显微镜与待观测目标之间的工作距离，实现对待观测目标的三维扫描成像，减小对成像产生的限制。

42、2、本发明提供的显微镜附加光学系统实现了共光路照明，使得显微观测系统在中心视场不引入任何额外的像差，能够提高了显微系统的观测能力。

43、3、本发明提供的显微镜附加光学系统，其照明光的反射光不会进入后端成像光路，也没有折射光学元件的荧光效应，这对于像显微拉曼成像等应用，可以大幅提高后端探测信噪比。

技术特征：

1.一种无遮拦反射式显微镜附加光学系统，其特征在于：包括第一离轴抛物面镜(1)和第二离轴抛物面镜(2)；

2.根据权利要求1所述的无遮拦反射式显微镜附加光学系统，其特征在于：还包括第三离轴抛物面镜(3)、分光镜(4)以及照明光源(9)；

3.根据权利要求2所述的无遮拦反射式显微镜附加光学系统，其特征在于：所述第一离轴抛物面镜(1)、第二离轴抛物面镜(2)和第三离轴抛物面镜(3)的离轴角为90度。

4.根据权利要求3所述的无遮拦反射式显微镜附加光学系统，其特征在于：还包括旋转支架；

5.根据权利要求2或3或4所述的无遮拦反射式显微镜附加光学系统，其特征在于：第一离轴抛物面镜(1)、第二离轴抛物面镜(2)和第三离轴抛物面镜(3)的各项参数一致；

6.一种无遮拦反射式显微镜附加光学系统，其特征在于：包括第一离轴抛物面镜(1)、第二离轴抛物面镜(2)、第一折轴镜(5)和第二折轴镜(6)；

7.根据权利要求6所述的无遮拦反射式显微镜附加光学系统，其特征在于：还包括第三离轴抛物面镜(3)、分光镜(4)以及照明光源(9)；

8.根据权利要求7所述的无遮拦反射式显微镜附加光学系统，其特征在于：还包括旋转支架、第一平移支架、第二平移支架和第三平移支架；

9.根据权利要求8所述的无遮拦反射式显微镜附加光学系统，其特征在于：所述第一离轴抛物面镜(1)、第二离轴抛物面镜(2)和第三离轴抛物面镜(3)的离轴角为90度，且各项参数一致；

10.一种无遮拦反射式显微镜系统，其特征在于：包括显微镜(8)以及权利要求6-9任一所述的无遮拦反射式显微镜附加光学系统；

技术总结
本发明公开了一种无遮拦反射式显微镜附加光学系统及显微系统，解决了显微镜工作距离太小，又会对照明和成像产生许多的限制的问题，具体包括第一离轴抛物面镜和第二离轴抛物面镜；所述第一离轴抛物面镜用于与待观测目标相对应，且其焦点与待观测目标重合；所述第二离轴抛物面镜与第一离轴抛物面镜的抛物面相对，第二离轴抛物面镜位于第一离轴抛物面镜的出射光路上；所述第二离轴抛物面镜用于与显微镜相配合，且其焦点与显微镜探测面重合。

技术研发人员：马小龙,薛彬,赵意意,陶金有,李福,郭松,吕娟,贺应红,杨建峰
受保护的技术使用者：中国科学院西安光学精密机械研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24