[发明专利]一种微型共焦显微成像装置

说明书

本发明公开了一种微型共焦显微成像装置，包括激光器、分光镜、精密位移台和光电探测器，激光器与分光镜之间依次设置有第一菲涅尔波带片和四分之一波片；精密位移台设置在分光镜的下方，被测样品设置在精密位移台上，分光镜与精密位移台之间设置有超表面聚焦单元；光电探测器设置在分光镜的一侧，分光镜与光电探测器之间设置有第二菲涅尔波带片；精密位移台用于对被测样品进行精密微位移控制，实现二维或三维扫描成像。本发明使用菲涅尔波带片和超表面透镜等平面透镜对共焦显微成像装置进行集成化设计，形成了一种结构简单、紧凑，造价更为便宜的微型化共焦显微成像装置。

技术领域

本发明属于光学显微成像及精密测量技术领域，具体涉及一种微型共焦显微成像装置。

背景技术

共焦显微成像装置在结构上分为反射式和透射式两种，一般由光源、显微光学系统、扫描装置、检测装置和应用软件系统五部分组成，其中光学成像装置是核心部分。现有的共焦显微成像装置的光学成像部分一般由普通折射透镜或透镜组组成，以实现光束聚焦与物体成像。在这类装置中透镜加工质量和系统装调误差对成像效果影响较大，并且成像装置结构复杂、尺寸庞大。因此，为了使共焦显微成像装置中各光学元器件分布更加紧凑，有效减小装置的结构尺寸，实现共焦显微成像装置的微型化、集成化，有必要提出一种微型化结构的共焦显微成像装置。

目前，共焦显微镜中用于聚焦的透镜均为普通折射透镜，这种透镜由于使用的是连续曲面调制相位实现光束聚焦，从而不可避免地具有一定厚度，使得透镜结构尺寸和重量偏大。近年被大量研究的超表面平面透镜等微纳光学元件，不仅具有优异的聚焦特性，而且结构尺寸也远小于普通折射透镜，非常适用于一些仪器的微型化集成化应用。使用新型的平面透镜替代普通折射透镜对共焦显微成像装置进行设计，可以实现装置的微型化与集成化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种微型共焦显微成像装置，采用菲涅尔波带片和超表面透镜等平面透镜替代普通折射透镜对光束进行准直、聚焦与探测成像，实现共焦显微装置的微型化与集成化。

本发明采用以下技术方案：

一种微型共焦显微成像装置，包括激光器、分光镜、精密位移台和光电探测器，激光器与分光镜之间依次设置有第一菲涅尔波带片和四分之一波片；精密位移台设置在分光镜的下方，被测样品设置在精密位移台上，分光镜与精密位移台之间设置有超表面聚焦单元；光电探测器设置在分光镜的一侧，分光镜与光电探测器之间设置有第二菲涅尔波带片和探测针孔；精密位移台用于对被测样品进行精密微位移控制，实现二维或三维扫描成像。

具体的，激光器与单模光纤连接用于产生点光源，点光源位于第一菲涅尔波带片的主焦点处，光场经第一菲涅尔波带片准直形成平行光束，再经四分之一波片改变光波偏振态后进入分光镜。

进一步的，第二菲涅尔波带片经连接基块与探测针孔连接，探测针孔位于第二菲涅尔波带片的焦点处。

更进一步的，第二菲涅尔波带片位于连接基块的一侧表面中心位置，探测针孔位于连接基块的另一侧表面中心位置，第二菲涅尔波带片和探测针孔之间的距离由连接基块的厚度确定。

更进一步的，第一菲涅尔波带片、四分之一波片、分光镜、超表面聚焦单元、第二菲涅尔波带片和探测针孔为一体式结构。

具体的，第一菲涅尔波带片和四分之一波片位于分光镜的上表面中心位置，超表面聚焦单元位于分光镜的下表面中心位置。

具体的，第一菲涅尔波带片和第二菲涅尔波带片均为二元振幅型环带片或二元相位型环带片，各环半径r_n满足关系如下：