近红外荧光扫描用共聚焦光学系统设计.pdfVIP

第 ４５ 卷 第 ５ 期 激 光 与 红 外 Ｖｏｌ．４５，Ｎｏ．５ ２０１ ５ 年 ５ 月 ＬＡＳＥＲ ＆ ＩＮＦＲＡＲＥＤ Ｍａｙ，２０１ ５ 文章编号：１ ００１ ５０７８（２０１ ５）０５ ０５３８ ０７ ·光电技术与系统· 近红外荧光扫描用共聚焦光学系统设计 罗刚银，王弼陡，缪 鹏，王 磊，田浩然，钱 庆，王钟周 （中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，中国科学院生物医学检验技术重点实验室，江苏 苏州 ２１ ５１ ６３） 摘 要：为了实现近红外荧光的高分辨率扫描，设计了用于近红外荧光扫描的激光共聚焦光学 系统。采用复消色差显微物镜结构设计了物镜，采用凹凸双透镜结构设计了点光源光路和照 明光路，采用柯克物镜结构设计了发射光路，并采用 ＺＥＭＡＸ 软件进行了光学设计和仿真。实 验表明：物镜的数值孔径为 ０４２；点光源光路的焦点弥散斑小于 ０２ μｍ，将圆形光斑激光很好 地转换成了点光源，其离焦弥散斑的直径小于 ４０ μｍ，满足照明针孔的尺寸要求；照明光路的 焦点弥散斑小于 １ μｍ，且焦点弥散斑的能量在 ２ μｍ 范围内超过了 ８３％，因此焦点光斑的能 量集中度很高；发射光路的离焦弥散斑的直径小于 １ ００ μｍ，满足照明针孔的尺寸要求；同时照 明光路和发射光路都具有较高的光学传输效率。该激光共聚焦光学系统具有数值孔径较大、 工作于近红外光谱区、分辨率高的优点。 关键词：光学设计；近红外荧光扫描；激光共聚焦；ＺＥＭＡＸ 中图分类号：ＴＮ２４；ＴＨ７４４ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１ ０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１ ００１ ５０７８．２０１ ５． ０５．０１ ４ Ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｃｏｎｆｏｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｎｅａｒ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｓｃａｎｎｉｎｇ ＬＵＯ Ｇａｎｇｙｉｎ，ＷＡＮＧ Ｂｉｄｏｕ，ＭＩＡＯ Ｐｅｎｇ，ＷＡＮＧ Ｌｅｉ，ＴＩＡＮ Ｈａｏｒａｎ，ＱＩＡＮ ｑｉｎｇ，ＷＡＮＧ Ｚｈｏｎｇｚｈｏｕ （ＣＡＳ Ｋｅｙ Ｌａｂ ｏｆ Ｂｉｏ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ，Ｓｕｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｕｚｈｏｕ ２１ ５１ ６３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｆｏｒ ｎｅａｒ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ，ａ ｌａｓｅｒ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｃｏｎｆｏｃａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｔｈｅ ｎｅａｒ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｒｅｇｉｏｎ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄＴｈｅ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｌｅｎｓ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｗｉｔｈ ａｐｏｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｍｉｃｒｏｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｉｎｔ ｌｉｇｈｔ ａｎｄ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｌｅｎｓ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｗｉｔｈ ｃｏｎｃａｖｅ ｌｅｎｓ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｘ ｌｅｎｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｌｅｎｓ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｗｉｔｈ Ｃｏｋｅ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅＴｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＺＥＭＡＸ ｉｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ， ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｌｅｎｓ ｉｓ ０４２，ｔｈｅ ｆｏｃａｌ ｓｐｏｔ’ｓ ｓｉｚｅ ｏｆ ｐｏｉｎｔ ｌｉｇｈｔ ｉｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ０２ μｍ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｆｏｃｕｓ ｓｐｏｔ’ｓ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｉｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ４０ μｍ，ｗｈｉｃｈ ｍｅｅｔｓ ｔｈｅ ｎｅｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｐｉｎｈｏｌｅＴｈｅ ｆｏｃａｌ ｓｐｏｔ’ｓ ｓｉｚｅ ｏｆ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｌｅｎｓ ｉｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ １ μｍ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｐｏｔ’ｓ ｅｎｅｒｇｙ ｉｓ ｆｏｃｕｓｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ８３％ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ２ μｍＴｈｅ ｄｅｆｏ ｃｕｓ ｓｐｏｔ’ｓ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｏｆ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｌｅｎｓ ｉｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ １ ００ μｍ，ｗｈｉｃｈ ｍｅｅｔｓ ｔｈｅ ｎｅｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｐｉｎｈｏｌｅＩｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｌｅｎｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｌｅｎｓ ｂｏｔｈ ｈａｖｅ ｈｉｇｈ ｏｐｔｉ