[发明专利]环状光学装置

说明书

本申请是申请号为201180038816.8、申请日为2011年8月1日、发明名称为“环状光学装置”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种光学装置，并且更具体地涉及一种环状光学装置。

背景技术

发现难以测量弱电磁辐射，诸如波长为大约0.01微米至1000微米(μm)的电磁辐射或光学辐射。这样的弱辐射可以包括在测量浑浊样本以确定浓度时通过发射荧光或发光样本产生的光、或在悬浮介质中的颗粒的反射信号。

在这样的情形中，难以在检测系统的固有噪声和样本产生的信号值之间进行区分。信噪比(SNR)是检测系统的信号值相对于噪声值的度量单位。在实践中，大约为噪声值的两倍的信号值被认为是检测系统在置信水平下区分信号值与噪声值的实际极限。

可以采用各种方法降低检测系统的固有噪声值，诸如冷却检测器来降低随机电子的热生成或通过采用信号处理技术(例如信号平均化处理)。但是这些方法在应用或有效性上是受限制的，其中达到了一极限，不能通过信号处理来实现噪声值的进一步的降低。

如果检测器的噪声值不能被进一步降低，则仅可以通过增加信号值来提高SNR。一种采用改善信号值的常用方法是将辐射聚集到检测器中。另一方法是增加激发辐射的强度。然而，增加激发束的强度由于分子键的加热或破裂而可能会损坏样本，因此受限于某一实际的阈值。

用于聚集光学辐射的传统光学元件(诸如透镜或反射镜)本质上是有方向性的，收集从特定方向或源区域沿着特定射线路径发射的辐射。典型地，在检测弱光学信号中利用的系统定位成大致垂直于激发辐射的入 射束，以便最大化SNR。另外，由荧光或颗粒散射发射的大部分辐射未被检测到，这是由于辐射聚集装置的有限的对角。

可能影响光学测量系统的SNR的另一噪声源是杂散辐射。杂散辐射是可检测的辐射，其射到检测装置上，产生处于检验中的与样本或电磁现象不相关的信号。作为示例，容纳在检测器中但是没有传播通过样品或与样品相互作用的辐射是常见的杂散辐射。

发明内容

在本发明的一个方面中，提供了一种环状光学装置。所述环形个光学装置包括：

环状中间光学装置，所述环状中间光学装置包括以旋转轴线为中心的环；和

辅助光学结构，所述辅助光学结构基本上同轴地位于环状中间光学装置的环内，其中辅助光学结构和环状中间光学装置被具有低于辅助光学结构的折射率的介质折射率的介质分隔开，辅助光学结构配置成保持样本以被基本上沿着旋转轴线引导到辅助光学结构中的入射电磁辐射照射，其中来自辅助光学结构且在环状中间光学装置的环内的被改变方向的辐射在所述被改变方向的辐射的入射角超过预定入射阈值的情况下被允许通过辅助光学结构进入到环状中间光学装置中，以及其中环状中间光学装置使被改变方向的辐射改变方向以包括基本上平行于旋转轴线的被改变方向的辐射。

优选地，环状中间光学装置中所接收到的被改变方向的辐射基本上从环状中间光学装置的焦线径向发散，而与入射电磁辐射与旋转轴线的角度间隔无关。

优选地，所述被改变方向的辐射被环状中间光学装置接收并基本上沿着旋转轴线被改变方向，其中被改变方向的辐射从环状中间光学装置的平面环状光学表面出射。

优选地，在入射角小于预定入射阈值的情况下，被改变方向的辐射被辅助光学结构内部地改变方向，且不能穿入到环状中间光学装置中。

优选地，辅助光学结构包括能透射辐射的封闭端，所述封闭端配置 成允许所述入射电磁辐射进入。

优选地，辅助光学结构包括围绕环状中间光学装置的焦线的至少一个能透射辐射的区域。

优选地，环状光学装置还包括辐射阻挡结构，所述辐射阻挡结构定位在辅助光学结构的至少一部分之上或并入到所述至少一部分中，其中所述辐射阻挡结构防止辐射离开辅助光学结构。

优选地，环状光学装置还包括辐射阻挡结构，所述辐射阻挡结构定位在辅助光学结构的至少一部分之上或并入到所述至少一部分中，并且至少部分地从环状中间光学装置的平面环状光学表面延伸出来。

优选地，环状光学装置还包括辐射阻挡结构，所述辐射阻挡结构定位在辅助光学结构的至少一部分之上或并入到所述至少一部分中，并且使辅助光学装置在环状中间光学装置的环内基本上居中。

在本发明的一方面中，提供可一种形成环状光学装置的方法，所述方法包括以下步骤：

设置环状中间光学装置，所述环状中间光学装置包括以旋转轴线为中心的环；和