專利名稱：暗場顯微鏡聚光系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及顯微鏡，特別是一種暗場顯微鏡聚光系統(tǒng)。主要用于暗場顯微鏡和需要高數(shù)值孔徑匯聚光束的光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
暗場顯微鏡中，當(dāng)樣品幾何尺寸大于半個波長時，樣品的散射光能夠反映樣品形貌；當(dāng)樣品幾何尺寸小于半個波長時，樣品邊界的衍射效應(yīng)可以反映樣品形貌，所以，暗場顯微鏡具有較高的分辨率，并且是在黑顏色背景中顯示樣品形貌。暗場顯微鏡的關(guān)鍵技術(shù)在于聚光系統(tǒng)。聚光系統(tǒng)是將入射系統(tǒng)的照明光轉(zhuǎn)換成大入射角光束，或者形成內(nèi)全反射產(chǎn)生近場消逝光波，來照明樣品，所以，聚光系統(tǒng)直接影響入射光的利用率和暗場顯微鏡的觀察效果。在先技術(shù)中，主要有幾種暗場顯微鏡聚光系統(tǒng)(參見國外書籍“Evanescent Waves From Newtonian Optics to AtomicOptics”edited by F.de Fornel，Spring Heidelberg 2001)。盡管在先技術(shù)中的暗場顯微鏡聚光系統(tǒng)具有一定的優(yōu)點，但是，仍然存在不足1)照明光的利用效率較低，光能損失較大；2)照射在樣品上的光強度分布不對稱，這將導(dǎo)致所觀察到的樣品形貌與實際情況存在較大偏差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題在于克服了上述在先技術(shù)的不足，提供一種暗場顯微鏡聚光系統(tǒng)，它應(yīng)具有照射在樣品上的光強度分布對稱和利用效率高的特點。
本發(fā)明的基本思想是采用梯形圓筒內(nèi)壁作為外反射面，與圓錐形反射面相結(jié)合，構(gòu)成反射曲面平行的空間光調(diào)制部分，將近軸光束轉(zhuǎn)化為環(huán)形照明光束，而后由高數(shù)值孔徑照明物鏡會聚。照明物鏡光入射端的透鏡中間開有圓孔，用于連接空間光調(diào)制部分和減輕聚光鏡系統(tǒng)的重量。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種暗場顯微鏡聚光系統(tǒng)，包括空間光調(diào)制和照明物鏡兩部分，其特征在于該聚光系統(tǒng)成軸對稱分布，其對稱軸與光軸O1O2重合，所述的空間光調(diào)制部分由圓錐形反射器、梯形圓筒反射器和調(diào)制殼組成，所述的圓錐形反射器由連成一體的圓柱銷和錐形反光體組成，該錐形反光體外表面鍍有反射層，圓錐形反射器的尖端朝下，該圓錐形反射器的錐形反光體之外，同軸地設(shè)有梯形圓筒反射器，該梯形圓筒反射器為一梯形圓柱筒體，筒體的內(nèi)表面鍍有反射層，梯形圓筒反射器的大口端朝上，整個錐形反光體伸入梯形圓筒反射器之中，圓錐形反射器的反射面與梯形圓筒反射器的反射面相對，且兩曲面相互平行；所述的調(diào)制殼用于固定梯形圓筒反射器；所述的照明物鏡部分包括對稱軸與光軸O1O2重合的高數(shù)值孔徑照明物鏡，該照明物鏡的光入射端的透鏡面上開有圓孔，該圓孔的對稱軸與光軸O1O2重合，圓柱銷可以插入該圓孔并固定住圓錐形反射器，該照明物鏡設(shè)有物鏡外殼，該物鏡外殼與調(diào)制殼相互活動連接。
對稱軸與光軸O1O2重合的高數(shù)值孔徑照明物鏡，它可以采用商用物鏡和自行設(shè)計的物鏡。
所述的照明物鏡由前端透鏡、彎月透鏡和透鏡構(gòu)成高數(shù)值孔徑照明物鏡。
本發(fā)明的暗場顯微鏡聚光系統(tǒng)如上所述結(jié)構(gòu)。在使用時，照明光由下方沿著光軸O1O2射入梯形圓筒反射器的下方圓孔，光束被圓錐形反射器反射后，射向梯形圓筒反射器的反射面。由于圓錐形反射器的反射面與梯形圓筒反射器的反射面平行，所以，照明光經(jīng)過梯形圓筒反射器反射后仍然沿著光軸O1O2向前傳播。近軸照明光束被轉(zhuǎn)化為環(huán)形照明光束。再經(jīng)過照明物鏡會聚，以大入射角或內(nèi)全反射的形式照明樣品平臺。
與在先技術(shù)相比，本發(fā)明的主要優(yōu)點是1)采用梯形圓筒內(nèi)壁作為外反射面，與圓錐形反射面相結(jié)合，構(gòu)成反射面平行的空間光調(diào)制部分，將近軸光束轉(zhuǎn)化為環(huán)形照明光束，再經(jīng)過照明物鏡會聚，以大入射角或內(nèi)全反射的形式照明樣品平臺，提高了照明光的利用效率。
2)高數(shù)值孔徑照明物鏡光入射端的透鏡中間開有圓孔，用于連接空間光調(diào)制部分和減輕聚光鏡系統(tǒng)的重量。
3)由于為軸對稱系統(tǒng)，照射在樣品上的光強度分布對稱。
4)結(jié)構(gòu)緊湊。


圖1是本發(fā)明的暗場顯微鏡聚光系統(tǒng)剖視示意圖。
圖2是本發(fā)明的圓錐形反射器示意圖。
圖3是本發(fā)明的梯形圓筒反射器示意圖。
圖4是本發(fā)明的暗場顯微鏡聚光系統(tǒng)一個具體實施例示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的暗場顯微鏡聚光系統(tǒng)，包括空間光調(diào)制和照明物鏡兩大部分。圖4是本發(fā)明暗場顯微鏡聚光系統(tǒng)的一個具體實施例示意圖。整套聚光系統(tǒng)成軸對稱分布，對稱軸為光軸O1O2，空間光調(diào)制部分包括錐形反射器3，圓錐形反射器3的對稱軸與光軸O1O2重合，圓錐形反射器3如圖2所示，它是由用于定位的圓柱銷301和錐形反光體302組成，錐形反光器302的外表面鍍有反射層。包括對稱軸與光軸O1O2重合的梯形圓筒反射器4，梯形圓筒反射器4如圖3所示，梯形圓筒反射器4為梯形圓柱筒體402，筒體的內(nèi)表面401鍍有反射層。圓錐形反射器3的尖端朝下，梯形圓筒反射器4的大口端朝上，整個錐形反光體302伸入梯形圓筒反射器4中，圓錐形反射器3的外表面錐形反射面與梯形圓筒反射器4的反射面相對，且兩曲面相互平行。包括用于固定梯形圓筒反射器4和保護(hù)內(nèi)部器件的調(diào)制殼5。照明物鏡部分包括對稱軸與光軸O1O2重合的前端透鏡201，前端透鏡201光束入射一側(cè)開有圓柱形孔，圓柱形孔的對稱軸與光軸O1O2重合，圓柱銷301可以插入圓柱形孔中并固定該圓錐形反射器3。包括置于前端透鏡201光束出射一側(cè)的彎月透鏡202，彎月透鏡202的對稱軸與光軸O1O2重合。包括彎月透鏡光202出射一側(cè)的透鏡203。前端透鏡201、彎月透鏡202和透鏡203構(gòu)成高數(shù)值孔徑照明物鏡2。包括用于保護(hù)和固定照明物鏡2的物鏡外殼204。物鏡外殼204與制殼5相互活動連接，故可以調(diào)節(jié)圓錐形反射器3和梯形圓筒反射器7在光軸方向上的相對位置。
本發(fā)明的暗場顯微鏡聚光系統(tǒng)一個實施例如上所述結(jié)構(gòu)。在使用時，照明光由下方沿著光軸O1O2方向射入梯形圓筒反射器4的下方圓孔，近軸光束被圓錐形反射器3錐形反射面反射后，射向梯形圓筒反射器4的反射面。由于圓錐形反射器3的反射面與梯形圓筒反射器4的反射面相互平行，所以，照明光經(jīng)過梯形圓筒反射器4反射后仍然沿著光軸O1O2向前傳播。圓柱形照明光被空間光調(diào)制部分轉(zhuǎn)化成環(huán)形照明光，再經(jīng)過前端透鏡201、彎月透鏡202和透鏡203，以大入射角或內(nèi)全反射的形式照明樣品平臺1。將本發(fā)明應(yīng)用于暗場照明取得了很好的效果，并且結(jié)構(gòu)緊湊、照明光利用效率高、光強度分布對稱。
權(quán)利要求
1.一種暗場顯微鏡聚光系統(tǒng)，包括空間光調(diào)制和照明物鏡兩部分，其特征在于該聚光系統(tǒng)成軸對稱分布，其對稱軸與光軸O1O2重合，所述的空間光調(diào)制部分由圓錐形反射器(3)、梯形圓筒反射器(4)和調(diào)制殼(5)組成，所述的圓錐形反射器(3)由連成一體的圓柱銷(301)和錐形反光體(302)組成，該錐形反光體(302)外表面鍍有反射層，圓錐形反射器(3)的尖端朝下，該圓錐形反射器(3)的錐形反光體(302)之外，同軸地設(shè)有梯形圓筒反射器(4)，該梯形圓筒反射器(4)為一梯形圓柱筒體(402)，筒體的內(nèi)表面(401)鍍有反射層，梯形圓筒反射器(4)的大口端朝上，整個錐形反光體(302)伸入梯形圓筒反射器(4)之中，圓錐形反射器(3)的反射面與梯形圓筒反射器(4)的反射面(401)相對，且兩曲面相互平行；所述的調(diào)制殼(5)用于固定梯形圓筒反射器(4)；所述的照明物鏡部分包括對稱軸與光軸O1O2重合的高數(shù)值孔徑照明物鏡(2)，該照明物鏡(2)的光入射端的透鏡面上開有圓孔(21)，該圓孔(21)的對稱軸與光軸O1O2重合，圓柱銷(301)可以插入該圓孔(21)并固定住圓錐形反射器(3)，該照明物鏡(2)設(shè)有物鏡外殼(204)，該物鏡外殼(204)與調(diào)制殼(5)相互活動連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的暗場顯微鏡聚光系統(tǒng)，其特征在于所述的照明物鏡(2)由前端透鏡(201)、彎月透鏡(202)和透鏡(203)構(gòu)成高數(shù)值孔徑照明物鏡。
全文摘要
一種暗場顯微鏡聚光系統(tǒng)，包括空間光調(diào)制和照明物鏡兩部分，其特征在于該聚光系統(tǒng)成軸對稱分布，其對稱軸與光軸O
文檔編號G02B21/06GK1564045SQ200410017069
公開日2005年1月12日 申請日期2004年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月19日
發(fā)明者高秀敏, 徐文東, 周飛, 張鋒, 楊金濤 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所