[发明专利]基于色散元件的多角度全内反射照明成像装置

权利要求书

1.基于色散元件的多角度全内反射照明成像装置，其特征在于：包括照明分光模块、物镜型TIR模块和成像分光模块；

所述照明分光模块按照光线传播方向依次为：LED宽谱准直光源(1)、平面反射式光栅(2)和消色差透镜一(3)；

所述LED宽谱准直光源(1)发出宽光谱准直光束，通过所述平面反射式光栅(2)和所述消色差透镜一(3)被分光为a、b、c三个波长的聚焦光，聚焦在高数值孔径浸油物镜后焦面(4)上；

所述物镜型TIR模块按照光线传播方向依次为：高数值孔径浸油物镜后焦面(4)和高数值孔径浸油物镜(5)；

所述高数值孔径浸油物镜后焦面(4)作为照明分光模块的光束聚焦平面，聚焦在高数值孔径浸油物镜后焦面(4)的光束入射至所述高数值孔径浸油物镜(5)，在高数值孔径浸油物镜(5)出射端面形成TIR照明；

所述成像分光模块按照光线传播方向依次为：成像物镜(7)、平面反射镜(8)、消色差透镜二(9)、凹面衍射光栅(10)和相机(11)；

所述成像物镜(7)收集TIR照明下样品(6)的散射光，收集的散射光入射所述成像物镜(7)后出射为平行光束，平行光束在经过所述平面反射镜(8)调整光路方向后入射至所述消色差透镜二(9)，将散射光聚焦在所述凹面衍射光栅(10)物面上，光束经过凹面衍射光栅(10)后聚焦在所述相机(11)上。

2.根据权利要求1所述的基于色散元件的多角度全内反射照明成像装置，其特征在于：所述平面反射式光栅(2)只有一级衍射条纹进入物镜型TIR模块，一级衍射条纹不同波长分光角度表达式为：

其中，为LED宽谱准直光源发出的光进入平面反射式光栅的入射角度，λ代表入射光波长，φ(λ)为分光角度，d为平面反射式光栅的光栅常数。

3.根据权利要求1所述的基于色散元件的多角度全内反射照明成像装置，其特征在于：所述消色差透镜一(3)焦面和所述高数值孔径浸油物镜后焦面(4)重合。

4.根据权利要求1所述的基于色散元件的多角度全内反射照明成像装置，其特征在于：a、b、c平行光入射至所述高数值孔径油浸物镜(5)后出射光与光学系统主光轴夹角大于全内反射临界角：

其中，n_oil为镜油折射率，n_sam为样品折射率，θ_c为全内反射的临界角度。

5.根据权利要求1所述的基于色散元件的多角度全内反射照明成像装置，其特征在于：全内反射入射角度θ与所述高数值孔径浸油物镜后焦面(4)光斑径向距离r满足：

其中，f₅为高数值孔径浸油物镜焦距。

6.根据权利要求1所述的基于色散元件的多角度全内反射照明成像装置，其特征在于：消色差透镜一(3)的焦距为f₃，高数值孔径浸油物镜(5)焦距为f₅，则

其中δ(λ)为随波长变化的全内反射穿透深度，n_air为空气折射率，n_oil为镜油折射率，n_sam为样品折射率,为LED宽谱准直光源发出的光进入平面反射式光栅的入射角度，d为平面反射式光栅的光栅常数，λ表示入射全内反射介质界面时光的波长，经过分光后不同波长的光对应不同的穿透深度。

7.根据权利要求1所述的基于色散元件的多角度全内反射照明成像装置，其特征在于：样品(6)发生弹性散射，且散射光与入射光波长相同。

8.根据权利要求1所述的基于色散元件的多角度全内反射照明成像装置，其特征在于：所述消色差透镜二(9)后焦面与所述凹面衍射光栅(10)工作面重合。