[发明专利]一种三维空间内微弱光收集器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学装置，尤其涉及了一种三维空间内微弱光收集器。

背景技术

当今许多生物学实验室、细胞学实验室或物理实验室对生物荧光、细胞荧光、拉曼散射光等微弱光进行收集和光谱探测，来进行对于分子性质探究的相关实验。对于光谱探测，首先要对分子发出来的荧光、拉曼散射光有较高的收集率，尽可能高的提高信噪比，特别是对于荧光、拉曼散射光等很弱的谱线，这一点尤为重要。如有的荧光、拉曼散射光本身十分微弱，用肉眼无法观测到，探测出的谱线很难达到理想的信噪比，影响实验进程，如果缺乏有效的微弱光收集装置，结果更是难以达到要求。

将被激光激发的气体或微小物质看作点光源，其发散角为整个空间立体角4π，目前已有的微弱光收集器未能将该4π空间内的激发光-荧光、拉曼散射光等高效收集，而是仅有立体角θ。或者是2θ，通过在中继光学透镜组背面加球面反射镜来实现。因此，目前激光激发出的痕量物质的荧光、拉曼散射光等微弱光在三维空间内难以有效收集。

发明内容

本发明针对现有技术中激光激发出的痕量物质的荧光、拉曼散射光等微弱光在三维空间范围内得到定向高效的收集的问题，提供了一种三维空间内微弱光收集器。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种三维空间内微弱光收集器，包括一个椭球面反射镜、一个球面反射镜和一个平面反射镜，椭球面反射镜、球面反射镜均为凹面反射镜，且两者凹面相对，形成一个腔体；球面反射镜的圆心与椭球面反射镜中椭圆的一个焦点重合；平面反射镜的反射面位于椭球面反射镜中椭圆的两个焦点连线的中点处，平面反射镜的面积为椭球面反射镜中椭圆正焦弦处圆面积的1/5～1/3，大小刚好能够覆盖住光束，将反射后的光线完全反射汇聚至焦点处。

作为优选，平面反射镜、椭球面反射镜、球面反射镜的反射面均镀有光反射率大于99%的反射膜。

作为优选，椭球面反射镜的顶点设有通孔，通孔处设有中继光学透镜组，更好的将收集好的光束进行合理有效的利用。

作为优选，平面反射镜可替换为凸面反射镜，凸面反射镜可沿椭圆的主轴上下移动，以此来调整进入中继光学透镜组的光能大小，使得从椭球面反射镜的通孔处出射的荧光或拉曼散射光有最大值。

作为优选，平面反射镜和凸面反射镜的形状可为圆形、方形或其他规则形状。

作为优选，平面反射镜为圆形时，平面反射镜的半径为椭球面反射镜中椭圆半正焦弦的一半，即平面反射镜的面积为椭球面反射镜中椭圆正焦弦处圆面积的1/4，可以保证平面反射镜刚好能够覆盖住光束，将反射后的光线完全反射汇聚至焦点处。

作为优选，球面反射镜顶点处设有通孔。通孔的设置可以方便里面的平面反射镜的安装和调试。

本发明的工作原理：在椭球反射镜对应位置加上球面反射镜，形成一个腔体，且球面反射镜的圆心与椭球面反射镜中椭圆的第一焦点重合，此时激光束激发出的荧光或拉曼散射光所形成的点光源就处于球面反射镜的球心，也同时处于椭球反射镜中椭圆的第一焦点处。激光束激发出的荧光或拉曼散射光由于体积微小，可视为点光源，该点光源处于椭球反射镜的第一焦点处，也就是球面反射镜的球心，由光源向上发出的光绝大部分经椭球反射镜反射后汇聚至椭球反射镜的第二焦点处。在椭球反射镜的第一焦点与第二焦点的中间位置加入平板反射镜或凸面反射镜，其大小刚好能够覆盖住光束，并且调整其在椭圆的主轴上的位置，以此来调整进入中继光学透镜组的光能大小，使得从椭球面反射镜的通孔处出射的荧光或拉曼散射光有最大值。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

本发明采用特殊的结构，使得激光束激发出的痕量物质的荧光、拉曼散射光等微弱光经椭圆反射镜、球面反射镜以及平面反射镜或凸面反射镜反射后汇聚，最终都进入中继光系统透镜组，使得微弱光在三维空间范围内得到定向高效的收集。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明内腔中激发光光路1；

图3是本发明内腔中激发光光路2；

图4是本发明内腔中激发光光路3；

图5是本发明内腔中激发光光路4；

图6是本发明内腔中激发光光路5；

图7是本发明实施例2的结构示意图；

图8是本发明实施例3的一种结构示意图；

图9是本发明实施例3的另一种结构示意图。