一種三維空間內(nèi)微弱光收集器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種光學(xué)裝置，公開了一種三維空間內(nèi)微弱光收集器。其包括橢球面反射鏡、球面反射鏡和平面反射鏡，橢球面反射鏡、球面反射鏡均為凹面反射鏡，且兩者凹面相對，形成一個腔體；球面反射鏡的圓心與橢球面反射鏡中橢圓的一個焦點(diǎn)重合；平面反射鏡的反射面位于橢球面反射鏡中橢圓的兩個焦點(diǎn)連線的中點(diǎn)處，平面反射鏡的面積為橢球面反射鏡中橢圓正焦弦處圓面積的1/5～1/3。本發(fā)明采用特殊的結(jié)構(gòu)，使得激光束激發(fā)出的痕量物質(zhì)的熒光、拉曼散射光等微弱光在三維空間范圍內(nèi)得到定向高效的收集。
【專利說明】—種三維空間內(nèi)微弱光收集器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學(xué)裝置，尤其涉及了一種三維空間內(nèi)微弱光收集器。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今許多生物學(xué)實(shí)驗室、細(xì)胞學(xué)實(shí)驗室或物理實(shí)驗室對生物熒光、細(xì)胞熒光、拉曼散射光等微弱光進(jìn)行收集和光譜探測，來進(jìn)行對于分子性質(zhì)探究的相關(guān)實(shí)驗。對于光譜探測，首先要對分子發(fā)出來的熒光、拉曼散射光有較高的收集率，盡可能高的提高信噪比，特別是對于熒光、拉曼散射光等很弱的譜線，這一點(diǎn)尤為重要。如有的熒光、拉曼散射光本身十分微弱，用肉眼無法觀測到，探測出的譜線很難達(dá)到理想的信噪比，影響實(shí)驗進(jìn)程，如果缺乏有效的微弱光收集裝置，結(jié)果更是難以達(dá)到要求。
[0003]將被激光激發(fā)的氣體或微小物質(zhì)看作點(diǎn)光源，其發(fā)散角為整個空間立體角4 ，目前已有的微弱光收集器未能將該4 π空間內(nèi)的激發(fā)光-熒光、拉曼散射光等高效收集，而是僅有立體角Θ?；蛘呤? Θ，通過在中繼光學(xué)透鏡組背面加球面反射鏡來實(shí)現(xiàn)。因此，目前激光激發(fā)出的痕量物質(zhì)的熒光、拉曼散射光等微弱光在三維空間內(nèi)難以有效收集。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中激光激發(fā)出的痕量物質(zhì)的熒光、拉曼散射光等微弱光在三維空間范圍內(nèi)得到定向高效的收集的問題，提供了一種三維空間內(nèi)微弱光收集器。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案得以解決:
[0006]一種三維空間內(nèi)微弱光收集器，包括一個橢球面反射鏡、一個球面反射鏡和一個平面反射鏡，橢球面反射鏡、球面反射鏡均為凹面反射鏡，且兩者凹面相對，形成一個腔體；球面反射鏡的圓心與橢球面反射鏡中橢圓的一個焦點(diǎn)重合；平面反射鏡的反射面位于橢球面反射鏡中橢圓的兩個焦點(diǎn)連線的中點(diǎn)處，平面反射鏡的面積為橢球面反射鏡中橢圓正焦弦處圓面積的1/5?1/3，大小剛好能夠覆蓋住光束，將反射后的光線完全反射匯聚至焦點(diǎn)處。
[0007]作為優(yōu)選，平面反射鏡、橢球面反射鏡、球面反射鏡的反射面均鍍有光反射率大于99%的反射膜。
[0008]作為優(yōu)選，橢球面反射鏡的頂點(diǎn)設(shè)有通孔，通孔處設(shè)有中繼光學(xué)透鏡組，更好的將收集好的光束進(jìn)行合理有效的利用。
[0009]作為優(yōu)選，平面反射鏡可替換為凸面反射鏡，凸面反射鏡可沿橢圓的主軸上下移動，以此來調(diào)整進(jìn)入中繼光學(xué)透鏡組的光能大小，使得從橢球面反射鏡的通孔處出射的熒光或拉曼散射光有最大值。
[0010]作為優(yōu)選，平面反射鏡和凸面反射鏡的形狀可為圓形、方形或其他規(guī)則形狀。
[0011]作為優(yōu)選，平面反射鏡為圓形時，平面反射鏡的半徑為橢球面反射鏡中橢圓半正焦弦的一半，即平面反射鏡的面積為橢球面反射鏡中橢圓正焦弦處圓面積的1/4，可以保證平面反射鏡剛好能夠覆蓋住光束，將反射后的光線完全反射匯聚至焦點(diǎn)處。[0012]作為優(yōu)選，球面反射鏡頂點(diǎn)處設(shè)有通孔。通孔的設(shè)置可以方便里面的平面反射鏡的安裝和調(diào)試。
[0013]本發(fā)明的工作原理:在橢球反射鏡對應(yīng)位置加上球面反射鏡，形成一個腔體，且球面反射鏡的圓心與橢球面反射鏡中橢圓的第一焦點(diǎn)重合，此時激光束激發(fā)出的熒光或拉曼散射光所形成的點(diǎn)光源就處于球面反射鏡的球心，也同時處于橢球反射鏡中橢圓的第一焦點(diǎn)處。激光束激發(fā)出的熒光或拉曼散射光由于體積微小，可視為點(diǎn)光源，該點(diǎn)光源處于橢球反射鏡的第一焦點(diǎn)處，也就是球面反射鏡的球心，由光源向上發(fā)出的光絕大部分經(jīng)橢球反射鏡反射后匯聚至橢球反射鏡的第二焦點(diǎn)處。在橢球反射鏡的第一焦點(diǎn)與第二焦點(diǎn)的中間位置加入平板反射鏡或凸面反射鏡，其大小剛好能夠覆蓋住光束，并且調(diào)整其在橢圓的主軸上的位置，以此來調(diào)整進(jìn)入中繼光學(xué)透鏡組的光能大小，使得從橢球面反射鏡的通孔處出射的熒光或拉曼散射光有最大值。
[0014]本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，具有顯著的技術(shù)效果:
[0015]本發(fā)明采用特殊的結(jié)構(gòu)，使得激光束激發(fā)出的痕量物質(zhì)的熒光、拉曼散射光等微弱光經(jīng)橢圓反射鏡、球面反射鏡以及平面反射鏡或凸面反射鏡反射后匯聚，最終都進(jìn)入中繼光系統(tǒng)透鏡組，使得微弱光在三維空間范圍內(nèi)得到定向高效的收集。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本發(fā)明內(nèi)腔中激發(fā)光光路I ;
[0018]圖3是本發(fā)明內(nèi)腔中激發(fā)光光路2 ；
[0019]圖4是本發(fā)明內(nèi)腔中激發(fā)光光路3 ；
[0020]圖5是本發(fā)明內(nèi)腔中激發(fā)光光路4 ；
[0021]圖6是本發(fā)明內(nèi)腔中激發(fā)光光路5 ；
[0022]圖7是本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖8是本發(fā)明實(shí)施例3的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖9是本發(fā)明實(shí)施例3的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]附圖中各數(shù)字標(biāo)號所指代的部位名稱如下:1 一橢圓反射鏡、2—球面反射鏡、3—平面反射鏡、4 一中繼光學(xué)透鏡組、5—激光束、6—凸面反射鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0027]實(shí)施例1
[0028]一種三維空間內(nèi)微弱光收集器，如圖1所示，包括一個橢球面反射鏡1、一個球面反射鏡2和一個平面反射鏡3，橢球面反射鏡1、球面反射鏡2均為凹面反射鏡，且兩者凹面相對，形成一個腔體；球面反射鏡2的圓心與橢球面反射鏡I中橢圓的一個焦點(diǎn)重合,且球面反射鏡2的半徑等于橢球面反射鏡I中橢圓的半正焦弦；激光束5激發(fā)出的熒光或拉曼散射光所形成的點(diǎn)光源就處于球面反射鏡2的球心，也同時處于橢球反射鏡I靠近橢球反射鏡的焦點(diǎn)處。
[0029]平面反射鏡3位于球面反射鏡2內(nèi)，中心位于橢球面反射鏡I中橢圓的主軸上,反射面位于橢球面反射鏡I中橢圓的兩個焦點(diǎn)連線的中點(diǎn)處，平面反射鏡為圓形，平面反射鏡的半徑為橢球面反射鏡中橢圓半正焦弦一半，即面積為橢球面反射鏡中橢圓正焦弦處圓面積的1/4，大小剛好能夠覆蓋住光束。
[0030]平面反射鏡3、橢球面反射鏡1、球面反射鏡2的反射面均鍍有光反射率為99.5%的反射膜。
[0031]橢球面反射鏡I的頂點(diǎn)設(shè)有通孔，通孔處設(shè)有中繼光學(xué)透鏡組4，更好的將收集好的光束進(jìn)行合理有效的利用。
[0032]球面反射鏡2頂點(diǎn)處設(shè)有通孔。通孔的設(shè)置可以方便里面的平面反射鏡3的安裝和調(diào)試。
[0033]光線在本發(fā)明中橢圓反射鏡和球面反射鏡所形成的收集腔內(nèi)可分為5路:
[0034](I)如圖2所示光路1:激光束5激發(fā)出的很少一部分熒光或拉曼散射光通過橢球反射鏡I上的通孔直接進(jìn)入中繼光學(xué)透鏡組4 ；
[0035](2)如圖3所示光路2:激光束5激發(fā)出的一部分熒光或拉曼散射光入射至橢球反射鏡I內(nèi)表面，經(jīng)該面反射至平面反射鏡3，再經(jīng)該平面反射鏡3反射后通過橢球反射鏡I上的通孔進(jìn)入中繼光學(xué)透鏡組4，由于入射至橢球反射鏡I的角度的變化，在橢球反射鏡I與平面反射鏡3之間會產(chǎn)生多次震蕩，最終經(jīng)過橢球反射鏡I上的通過進(jìn)入中繼光學(xué)透鏡組4 ；
[0036](3)如圖4所示光路3:激光束5激發(fā)出的一部分熒光或拉曼散射光入射至平面反射鏡3，經(jīng)該反射鏡反射后通過橢球反射鏡I上的通孔進(jìn)入中繼光學(xué)透鏡組4 ；
[0037](4)如圖5所示光路4:激光束5激發(fā)出的一部分熒光或拉曼散射光入射至平面反射鏡3，經(jīng)該反射鏡反射后入射至橢球反射鏡1，再經(jīng)橢球反射鏡I反射至球面反射鏡2，后經(jīng)球面反射鏡2反射至橢球反射鏡1，接著經(jīng)橢球反射鏡I反射至平面反射鏡3，后經(jīng)平面反射鏡3反射至橢球反射鏡1，接著由橢球反射鏡I反射至平面反射鏡3，最后由該平面反射鏡3反射后通過橢球反射鏡I上的通孔進(jìn)入中繼光學(xué)透鏡組4，由于入射至平面反射鏡3的角度的變化，在橢球反射鏡I與平面反射鏡3之間會產(chǎn)生多次震蕩，最終經(jīng)過橢球反射鏡I上的通過進(jìn)入中繼光學(xué)透鏡組4 ；
[0038](5)如圖6所示光路5:激光束5激發(fā)出的一部分熒光或拉曼散射光入射至球面反射鏡2，經(jīng)該反射鏡反射后入射至橢球反射鏡1，再經(jīng)橢球反射鏡I反射至平面反射鏡3，接著由平面反射鏡3反射后入射至橢球反射鏡I，接著由橢球反射鏡I反射后入射至平面反射鏡3，最后經(jīng)平面反射鏡3反射后通過橢球反射鏡I上的通孔進(jìn)入中繼光學(xué)透鏡組4 ;由于入射至球面反射鏡2角度的變化，在橢球反射鏡I和平面反射鏡3之間會有多次震蕩，最后經(jīng)平面反射鏡3反射后通過橢球反射鏡I上的通孔進(jìn)入中繼光學(xué)透鏡組4。
[0039]激光束5激發(fā)出的熒光或拉曼散射光通過上述5種光路，最終全部進(jìn)入中繼光學(xué)透鏡組4中，使得熒光或拉曼散射光等微弱光在三維空間內(nèi)得到了高效、定向的收集，使得微弱光得到合理有效的利用。
[0040]實(shí)施例2
[0041]如圖7所示，同實(shí)施例1,所不同的是平面反射鏡3替換為凸面反射鏡6,調(diào)整凸面反射鏡6在橢圓的主軸上的位置，以此調(diào)整進(jìn)入中繼光學(xué)透鏡組4的光能大小。
[0042]實(shí)施例3[0043]如圖8、圖9所示，同實(shí)施例1和實(shí)施例2，所不同的是平面反射鏡3或凸面反射鏡6為正方形，面積為橢球面反射鏡I中橢圓正焦弦處圓面積的1/5，且可移出球面反射鏡2的凹面處。
[0044]實(shí)施例4
[0045]同實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3，所不同的是平面反射鏡3或凸面反射鏡6為正六邊形，面積為橢球面反射鏡I中橢圓正焦弦處圓面積的1/3。
[0046]總之，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種三維空間內(nèi)微弱光收集器，其特征在于:包括橢球面反射鏡(I)、球面反射鏡(2 )和平面反射鏡(3 )，橢球面反射鏡(I )、球面反射鏡(2 )均為凹面反射鏡，且兩者凹面相對，形成一個腔體；球面反射鏡(2)的圓心與橢球面反射鏡(I)中橢圓的一個焦點(diǎn)重合；平面反射鏡(3)的反射面位于橢球面反射鏡(I)中橢圓的兩個焦點(diǎn)連線的中點(diǎn)處，平面反射鏡(3)的面積為橢球面反射鏡(I)中橢圓正焦弦處圓面積的1/5?1/3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維空間內(nèi)微弱光收集器，其特征在于:平面反射鏡(3)的形狀可為圓形、方形或其他規(guī)則形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種三維空間內(nèi)微弱光收集器，其特征在于:平面反射鏡(3)為圓形，平面反射鏡(3)的半徑為橢球面反射鏡(I)中橢圓半正焦弦的一半。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維空間內(nèi)微弱光收集器，其特征在于:平面反射鏡(3)、橢球面反射鏡(I)、球面反射鏡(2)的反射面均鍍有光反射率大于99%的反射膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維空間內(nèi)微弱光收集器，其特征在于:橢球面反射鏡Cl)的頂點(diǎn)設(shè)有通孔，通孔處設(shè)有中繼光學(xué)透鏡組(4)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維空間內(nèi)微弱光收集器，其特征在于:球面反射鏡(2)頂點(diǎn)處設(shè)有通孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維空間內(nèi)微弱光收集器，其特征在于，平面反射鏡(3)替換為凸面反射鏡(6)。
【文檔編號】G01N21/01GK103941381SQ201410135539
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】歐旭鋒, 王文鵬, 馬輝, 張幼文 申請人:浙江卷積科技有限公司