[发明专利]一种基于多面体棱镜产生阵列多焦点的装置及方法

说明书

根据本发明的基于多面体棱镜产生阵列多焦点的装置及方法，装置包括：多面体棱镜以及聚焦单元，其中，多面体棱镜、聚焦单元沿同一光轴线依次设置，多面体棱镜用于对通过棱镜的光束进行折射，得到折射光束，聚焦单元用于对折射光束进行聚焦，并在聚焦面上显示聚焦单元聚焦形成的多个聚焦光斑，聚焦单元包括一个透镜或多个透镜的组合。将本发明所涉及的基于多面体棱镜产生阵列多焦点的装置应用在激光共聚焦扫描显微镜中，可以利用其产生的阵列分布聚焦光斑实现多点同时扫描成像，从而提高激光共聚焦扫描显微的成像速度。本发明具有能够任意控制多焦点排列方式和多焦点彼此间的距离、控制各个焦点强度大小、光能利用率高、结构紧凑且稳定等特点。

技术领域

本发明属于光学领域，具体涉及一种基于多面体棱镜产生阵列多焦点的装置及方法。

背景技术

现有的多焦点产生方法，大多通过采用微透镜阵列、光束分离器或衍射光学元件等元件或方法生成多焦点光束。或者利用照明光束的振幅调制、位相调制上实现激光束直接聚焦产生多个焦点。

其中，采用微透镜阵列方法产生多焦点光束时，因入射光一般采用高斯光束，又因高斯光束的不均匀性，导致该方法存在光能利用率不高的缺点；而光束分离器需要多个分束元件分束，结构复杂、体积较大，调节精度要求高，在使用上较困难；衍射光学元件使用时必须与设计波长匹配，且不能用于不同波长，造价太高。

现有技术中，参见“多焦点光束产生装置及多焦点共焦扫描显微镜.授权号：ZL201210030310.9”，多焦点的产生是通过对照明光束引入和振幅调制。在先技术中，参见“一种相位板多焦点产生装置及方法.申请号：201210030296.2”，多焦点的产生是通过对照明光束的波前相位分布进行了0相位和π相位调节。这种产生多焦点的方法难以任意控制多焦点排列方式和多焦点彼此间的距离，而且焦点光斑质量比较差。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于多面体棱镜产生阵列多焦点的装置以及方法。

本发明提供了一种基于多面体棱镜产生阵列多焦点的装置，具有这样的特征，包括多面体棱镜以及聚焦单元，其中，多面体棱镜、聚焦单元沿同一光轴线依次放置，多面体棱镜用于对通过棱镜的光束进行折射，得到多束与光轴有一定夹角的折射光束(该发明中简称多束折射光束)，聚焦单元用于对折射光束进行聚焦，并在聚焦面上显示聚焦单元聚焦形成的多个聚焦光斑，聚焦单元包括一个透镜或多个透镜的组合。

本发明提供了一种基于多面体棱镜产生阵列多焦点的方法，利用上述的基于多面体棱镜产生阵列多焦点的装置，其特征在于,包括以下步骤：

步骤一，将多面体棱镜、聚焦单元沿同一光轴线依次放置；

步骤二，入射光束经过多面体棱镜折射后，得到得到多束折射光束；

步骤三，多束折射光束射入聚焦单元，聚焦单元对折射光束进行聚焦后在聚焦面上显示聚焦形成的多个聚焦光斑。

在本发明提供的基于多面体棱镜产生阵列多焦点的方法中，还可以具有这样的特征：其中，多面体棱镜为具有底面和多个棱面的柱体，其横截面为多边形，光束的方向与底面垂直且光束先进入底面，聚焦光斑为一维阵列分分布，聚焦光斑的数量与棱面的数量相同。

另外，在本发明提供的基于多面体棱镜产生阵列多焦点的方法中，还可以具有这样的特征：其中，当聚焦单元具有一个透镜，多面体棱镜的横截面为三角形的三棱镜，三角形包括底边、第一棱边以及第二棱边，透镜对来自第一棱边、第二棱边的折射光束进行聚焦后在聚焦面上得到第一聚焦光斑、第二聚焦光斑，

第一聚焦光斑与光轴线的距离h₁表达式为：

h₁＝fsin[asin(nsinθ₁-θ₁)]