專利名稱：長景深共聚焦熒光探測光學系統的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微弱光訊號探測光學系統，特別是指一種長景深共聚焦熒光探測光學系統。
現有的共聚焦光學系統，如

圖1所示，激光束5經擴束準直成為平行光，經反射鏡或分色片2反射，通過物鏡1聚焦在樣品表面6，樣片表面6熒光染料受激發(fā)射，部分發(fā)射的熒光向上經物鏡1準直成平行光，經會聚鏡3聚焦，在會聚鏡3的焦面上設置針孔4，使得只有樣品表面6被照亮部分的熒光可以通過，然后被針孔4后的光電傳感器(圖中未畫)接受，由于光路在物方和像方有兩個焦點，故乘共聚焦，這種光學體統稱為共聚焦光學系統。這種原理的光路能接受到激發(fā)的熒光，同時對不在樣片表面6以及不在探測成像區(qū)域內的雜散光有很好的屏蔽作用。然而這種設計的缺點是在通常情況下視場景深淺，只要樣品面稍稍偏離物鏡焦面，如，通?；蛐酒旧淼牟黄秸?，機械運動時的微小震動，或基因樣點厚度超過景深，共聚焦探測的效果就顯著下降，影響熒光探測準確性。
按照傳統設計，共聚焦光學系統要求1．激光以平行光入射；2．物鏡數值孔徑越大越好，以有利于接受更多熒光；3．針孔與空間分辨率完全匹配。以激光熒光掃描儀為例，選擇數值孔徑為0.65(放大倍率40x焦距約4mm)的顯微鏡頭。而針孔直徑d與空間分辨率D、物鏡焦距f1和會聚鏡焦距f2有關。
d=D*f2/f1如空間分辨率D=10μm，會聚鏡焦距f2=40mm，則d=100μm。經計算，這樣的設計景深只有5～6μm。
本發(fā)明的目的在于對現有共焦距光學系統進行改進，提供一種長景深共聚焦熒光探測光學系統。
本發(fā)明的長景深共聚焦熒光探測光學系統是在共聚焦光學系統的改進而實現的。
本發(fā)明的目的的實現經分析可有如下途徑1．激光不一定需要平行入射，相反，一定擴散的激光束可以加大景深；2．激光束越細景深越大；3．物鏡焦距越大，景深越大；4．針孔的直徑越小，景深越大。
但是物鏡焦距加長使得數值孔徑減小，會降低總體通光效率，同時過度擴大針孔，會降低系統抗雜散光的能力，需要根據情況進行優(yōu)化。
本發(fā)明一種長景深共聚焦熒光探測光學系統，由物鏡、反射鏡或分色片、會聚鏡、針孔構成，當一束激光入射經反射，通過物鏡聚焦在樣品表面，樣品表面熒光染料受激發(fā)，部分發(fā)射的熒光向上經物鏡準直成平行光，經會聚鏡聚焦在會聚鏡焦平面上的針孔，被位于該針孔的光電傳感器探測，其特征在于所說物鏡的焦距f1的取值范圍為4～16毫米。
所說的激光束的直徑取值范圍為0.5～10毫米，其光束發(fā)散角的取值范圍為0～2毫弧度。
所說的針孔應處在會聚鏡的焦平面上，并滿足關系式d>Df2f1------(1)]]>式中d-針孔的直徑，f1-物鏡的焦距，f2-會聚鏡的焦距，D-空間分辨率，在基因芯片掃描儀的情況下，D的取值可為1～50μm，當D=10μm，則式(1)可改寫為d>10μmf2f1----(2)]]>下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
圖1是現有的共聚焦光學系統圖，也是本發(fā)明的光學系統圖。
圖中1-物鏡 2-反射鏡或分色片3-會聚鏡4-針孔
5-激光束6-樣品表面本發(fā)明的長景深共聚焦熒光探測光學系統的基本結構，看起來與共聚焦光學系統相似，由即物鏡1、反射鏡或分色片2、會聚鏡3、針孔4構成，當一束激光5入射經反射鏡或分色分色片2的反射，通過物鏡1聚焦在樣品表面6，樣品表面6的熒光染料受激光激發(fā)，產生熒光，部分發(fā)射的熒光向上經物鏡1準直成平行光，經會聚鏡3聚焦在會聚鏡3的焦平面上的針孔4，被位于該針孔4的光電傳感器探測，本發(fā)明的特點在于所說激光束5的發(fā)散角的取值范圍為1～2毫弧度。
所說激光束5的直徑的取值范圍為0.5～10毫米；所說的物鏡焦距f1的取值范圍為4～16毫米；所說的針孔4應處于會聚鏡3的焦平面上，并滿足關系式d>Df2f1]]>式中f2是會聚鏡3的焦距，D是空間分辨率，在基因芯片掃描儀的情況下，如果D～10μm，則d=10μmf2f1]]>。
本發(fā)明的最佳取值參數如下激光束5直徑為1毫米，發(fā)散角為1毫弧度，物鏡焦距f1=8毫米，會聚鏡焦距f2=40毫米，針孔4的直徑為100微米，其景深達到了50～60微米，且仍然保持了共聚焦光學系統抗雜散光的優(yōu)點，大大提高了對芯片的適應性。
本發(fā)明的光學系不僅適合于生物芯片掃描裝置使用，對具有主動光源照明的共聚焦光學系統都適用。
權利要求
1．一種長景深共聚焦熒光探測光學系統，由物鏡(1)、反射鏡或分色片(2)、會聚鏡(3)、針孔(4)構成，當一束激光(5)入射經反射鏡或分色片(2)反射，通過物鏡(1)聚焦在樣品表面(6)，樣品表面(6)熒光染料受激發(fā)，部分發(fā)射的熒光向上經物鏡(1)準直成平行光，經會聚鏡(3)聚焦在會聚鏡(3)焦平面上的針孔(4)，被位于該針孔(4)的光電傳感器探測，其特征在于所說物鏡(1)的焦距f1的取值范圍為4～16毫米。
2．根據權利要求1所述的長景深共聚焦熒光探測光學系統，其特征在于所說的激光束(5)的直徑取值范圍為0.5～10毫米，其光束發(fā)散角的取值范圍為0～2毫弧度。
3．根據權利要求2所述的長景深共聚焦熒光探測光學系統，其特征在于所說的針孔(4)應處在會聚鏡(3)的焦平面上，并滿足關系式d>Df2f1-----(1)]]>式中d-針孔的直徑，f1-物鏡(1)的焦距，f2-會聚鏡(3)焦距，D-空間分辨率，在基因芯片掃描儀的情況下，D的取值為1～50μm，當D～10μm時，則d>10μmf2f1-----(2)]]>
4．根據權利要求1或2或3所述的長景深共聚焦熒光探測光學系統，其特征在于所說的激光束(5)直徑為1毫米，發(fā)散角為1毫弧度，物鏡(1)的焦距為8毫米，會聚鏡(3)的焦距為40毫米，針孔(4)的直徑為100微米。
全文摘要
本發(fā)明提供一種長景深共聚焦熒光探測光學系統,由物鏡、反射鏡或分色片、會聚鏡、針孔所構成,其最佳實施例的光學參數是:激光束直徑1毫米,發(fā)散角1毫弧度,物鏡焦距8毫米,會聚鏡焦距40毫米,針孔直徑100微米,其景深長約50～60微米,比共聚焦系統的景深擴展了十倍,而仍然保持了共聚焦光學系統抗雜散光的優(yōu)點,不僅適合于生物芯片掃描熒光探測,而且對具有主動光源照射的共聚焦光學系統都適用。
文檔編號G01N21/64GK1296176SQ0012792
公開日2001年5月23日 申請日期2000年12月18日 優(yōu)先權日2000年12月18日
發(fā)明者邵暉, 陳大龐, 馮哲民 申請人:上海愛普特儀器有限公司