[发明专利]一种轴向多焦点光学系统

说明书

本发明提供一种轴向多焦点光学系统，其包括照明聚焦子系统和荧光探测系统，照明聚焦子系统包括发光单元、多光程单元和第一物镜；发光单元用于出射激发光至多光程单元；多光程单元用于将激发光分成至少两束主光并出射至第一物镜，不同主光束之间存在预定的光程差；第一物镜对至少两束主光进行聚焦，以得到用于照射目标物的具有多个焦点的光束，相邻焦点之间具有根据对应主光束之间的光程差确定的间距。荧光探测系统用于采集样品发出的荧光并成像。本发明与现有技术相比不仅照明范围更大更均匀，且光路系统的结构得以简化，光路光程差调控十分方便，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种轴向多焦点光学系统。

背景技术

荧光显微镜是生命科学研究领域的一种重要工具。在生命科学研究中，往往需要对生物体感兴趣的区域进行荧光标记，该区域受到激发光的照射后，发射的荧光将包含生物体的结构和功能信息，为进一步的研究提供可能。在传统荧光显微镜系统中，纵向分辨率差于横向分辨率，且由于样品焦面上下区域同样受到激光照射，造成图像背景噪音高，信噪比低，还引入了额外的光损伤。在光片系统中，只有焦面薄薄一层被照亮，因此可以提高成像信噪比和减少光损伤，并且如果侧面照明的光片越薄，成像的纵向分辨率也能越高。但是，受到聚焦后光束分辨率和焦深不可兼得的限制，如果焦点处光片厚度越薄，焦深越短，意味着均匀照明的区域越小，也就是有效视野越小，因此存在光束厚度和照明视野不可兼得的问题。

激光加工装置是通过光学系统将激光聚焦到加工对象进行激光加工的设备。在对光学透明材料进行切割时，通常会把激光聚焦到透明材料内部一定深度，通过长时间激光照射，使得焦点附近位点发生变性，从而切割开来。如果想要更高效率和更高精度地进行切割，则需要在保持小光斑照明的同时，又能均匀长焦深照射待切割部位。然而实际情况中，聚焦光斑大小和焦深是互相受限的。

生物科学研究中，为了对选定区域成像，可以结合荧光显微与激光照射技术，光片显微荧光成像领域及激光加工领域中所使用的光学系统，照明光经过物镜聚焦后，形成具有一定焦深的光斑。分辨率的高低体现为聚焦的光斑大小，而分辨率和焦深均主要由光源波长和物镜决定，图4为高斯光束示意图，经过物镜聚焦后，高斯光束的束腰宽度和瑞利半径呈反比例关系，互相制约，光斑越大则焦深越短，焦深越长则光斑越小，故现有技术中光学系统存在着高分辨率和长焦深不可兼得的问题。

发明内容

本发明提供一种轴向多焦点光学系统，其包括照明聚焦子系统，照明聚焦子系统包括发光单元、多光程单元和第一物镜；发光单元用于出射激发光至多光程单元；多光程单元用于将激发光分成至少两束主光并出射至第一物镜，不同主光束之间存在预定的光程差；第一物镜对至少两束主光进行聚焦，以得到用于照射目标物的具有多个焦点的光束，相邻焦点之间具有根据对应主光束之间的光程差确定的间距。

本发明与现有技术相比不仅照明范围更大更均匀，且光路系统的结构得以简化，光路光程差调控十分方便，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为实施例一的轴向多焦点照明光学系统结构示意图；

图2为实施例一的轴向多焦点照明光学系统工作状态效果模拟图；

图3为实施例一的平片组示意图；

图4为高斯光束示意图；

图5为实施例一的光束经第一物镜聚焦示意图；

图6为单焦点及多焦点光场分布模拟图；

图7为实施例二的轴向多焦点照明光学系统结构示意图。

具体实施方式