一種共聚焦光學(xué)掃描儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種共聚焦光學(xué)掃描儀,特別涉及使用入射角度可調(diào)的環(huán)形照明方法的共聚焦光學(xué)掃描儀。本發(fā)明主要應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)顯微成像領(lǐng)域,也可用于材料研究和集成電路芯片檢測(cè)成像。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著細(xì)胞生物學(xué)研究的深入,熒光顯微鏡成像的應(yīng)用越來(lái)越普遍,共聚焦顯微成像更是受到廣泛的重視。目前的共聚焦成像系統(tǒng)使用的均為傳統(tǒng)的、均勻的光源,照明光經(jīng)透鏡匯聚穿過(guò)針孔,再經(jīng)由顯微鏡的物鏡照明樣品,最后由探測(cè)器采集樣品通過(guò)物鏡和針孔反射或發(fā)射的光信號(hào),以獲得具有一定軸向分辨率的共聚焦圖像。其中,照明光對(duì)位于物鏡焦面的樣品部分的照明,要強(qiáng)于位于物鏡非焦面的樣品部分,部分非焦面樣品的光信號(hào)被共聚焦成像系統(tǒng)的針孔阻擋,部分仍能通過(guò)針孔被探測(cè)器檢測(cè)為噪聲。
[0003]如圖2所示,對(duì)于透光的生物樣品,照明光從共聚焦顯微成像系統(tǒng)的光源I發(fā)出,除了照射到位于顯微鏡物鏡的焦平面的樣品17a外,同樣照射位于物鏡16的非焦面的樣品17b,照明強(qiáng)度隨非焦面樣品17b與焦平面的軸向距離增加而迅速降低。如果增大共聚焦顯微成像系統(tǒng)的照明針孔8或成像針孔15的直徑,則軸向分辨率降低,獲得的共聚焦圖像亮度增加。這表明使用傳統(tǒng)照明方式,無(wú)法避免對(duì)非焦面的樣品17b的照明,而非焦面樣品17b的信號(hào)相對(duì)于焦面樣品17a的信號(hào)而言,為共聚焦成像系統(tǒng)的圖像噪聲,該噪聲降低了圖像的信噪比,降低了共聚焦成像系統(tǒng)的軸向分辨率。
[0004]另外,使用傳統(tǒng)準(zhǔn)直光源的共聚焦顯微成像系統(tǒng)對(duì)非焦面樣品17b的照明,也加快了非焦面樣品17b的熒光染料的悴滅。因而,在使用共聚焦顯微成像系統(tǒng)對(duì)樣品進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間照明或三維掃描成像時(shí),對(duì)焦面樣品17a和非焦面17b的熒光抗悴滅要求更高,加大了科研實(shí)驗(yàn)的難度。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的,是針對(duì)目前各種共聚焦顯微成像系統(tǒng)不足進(jìn)行改進(jìn),在不改變對(duì)位于顯微鏡物鏡16的焦面樣品17a照明,同時(shí)避免或減少對(duì)位于所述物鏡16的非焦面樣品17b的軸向照明,降低了來(lái)自非焦面樣品17b的反射光或發(fā)射的熒光,從而降低了圖像的噪聲、提高了圖像的信噪比,提高了成像的軸向分辨率。
[0006]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種共聚焦光學(xué)掃描儀,包括光源,第一準(zhǔn)直鏡,激發(fā)濾光鏡,長(zhǎng)焦距環(huán)形透鏡,短焦距環(huán)形透鏡,內(nèi)圓錐反射鏡,外圓錐反射鏡,匯聚透鏡,照明針孔,第二準(zhǔn)直鏡,二色分光鏡,X-Y掃描振鏡,掃描透鏡,發(fā)射濾光鏡,成像透鏡,成像針孔和檢測(cè)器;
[0008]所述長(zhǎng)焦距環(huán)形透鏡為環(huán)形凸透鏡,其光軸平行于所述第一準(zhǔn)直鏡的光軸;
[0009]所述短焦距環(huán)形透鏡的光軸與所述長(zhǎng)焦距環(huán)形透鏡的光軸重合,所述短焦距環(huán)形透鏡的焦點(diǎn)與所述長(zhǎng)焦距環(huán)形透鏡的焦點(diǎn)重合;
[0010]所述內(nèi)圓錐反射鏡的中心軸與所述第一準(zhǔn)直鏡的光軸重合,其側(cè)面為反光面;
[0011]所述外圓錐反射鏡的中心軸與所述第一準(zhǔn)直鏡的光軸重合,其側(cè)面為反光面;
[0012]所述外圓錐反射鏡的圓錐角與所述內(nèi)圓錐反射鏡的圓錐角相等;
[0013]所述內(nèi)圓錐反射鏡和外圓錐反射鏡可沿所述第一準(zhǔn)直鏡的光軸方向相互位移。
[0014]一種共聚焦光學(xué)掃描儀,短焦距環(huán)形透鏡是環(huán)形凸透鏡或環(huán)形凹透鏡。
[0015]—種共聚焦光學(xué)掃描儀,包括光源,第一準(zhǔn)直鏡,激發(fā)濾光鏡,環(huán)形光闌,外圓錐反射鏡,內(nèi)圓錐反射鏡,匯聚透鏡,照明針孔,第二準(zhǔn)直鏡,二色分光鏡,X-Y掃描振鏡,掃描透鏡,發(fā)射濾光鏡,成像透鏡,成像針孔和檢測(cè)器:
[0016]所述長(zhǎng)焦距環(huán)形透鏡為環(huán)形凸透鏡,其光軸平行于所述第一準(zhǔn)直鏡的光軸;
[0017]所述環(huán)形光闌垂直于所述第一準(zhǔn)直鏡的光軸中心,位于所述第一準(zhǔn)直鏡光軸上;
[0018]所述內(nèi)圓錐反射鏡的中心軸與所述第一準(zhǔn)直鏡的光軸重合,其側(cè)面為反光面;
[0019]所述外圓錐反射鏡的中心軸與所述第一準(zhǔn)直鏡的光軸重合,其側(cè)面為反光面;
[0020]所述外圓錐反射鏡的圓錐角與所述內(nèi)圓錐反射鏡的圓錐角相等;
[0021]所述內(nèi)圓錐反射鏡和外圓錐反射鏡可沿所述第一準(zhǔn)直鏡的光軸方向相互位移。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下:相比傳統(tǒng)的共聚焦光學(xué)掃描儀,本發(fā)明提高了成像的軸向分辨率。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1:本發(fā)明的第一種實(shí)施例的示意圖:A為大角度入射,B為小角度入射;
[0024]圖2:傳統(tǒng)共聚焦光學(xué)掃描儀示意圖
[0025]圖3:本發(fā)明的第二種實(shí)施例的示意圖
[0026]圖4:本發(fā)明的第三種實(shí)施例的示意圖
[0027]圖面說(shuō)明:
[0028]1-光源;2_第一準(zhǔn)直鏡;3_激發(fā)濾光鏡;4_長(zhǎng)焦距環(huán)形透鏡;5_短焦距環(huán)形透鏡;6a-內(nèi)圓錐反射鏡;6b-外圓錐反射鏡;7_匯聚透鏡;8_照明針孔;9_第二準(zhǔn)直鏡;10_ 二色分光鏡;I1-X-Y掃描振鏡;12-掃描透鏡;13-發(fā)射濾光鏡;14_成像透鏡;15_成像針孔;16-顯微鏡物鏡;17a-焦面樣品;17b-非焦面樣品;18_檢測(cè)器;19_環(huán)形光闌。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。
[0030]實(shí)施例1
[0031]圖1是第一種與本發(fā)明相關(guān)的共聚焦光學(xué)掃描儀示意圖:
[0032]在本實(shí)施例中,光源I發(fā)射的光經(jīng)過(guò)第一準(zhǔn)直鏡2準(zhǔn)直為平行光,再經(jīng)過(guò)激發(fā)濾光鏡3得到特定波段的平行激發(fā)光束;平行激發(fā)光束經(jīng)過(guò)長(zhǎng)焦距環(huán)形透鏡4匯聚為環(huán)形光圈,然后被短焦距環(huán)形透鏡5準(zhǔn)直為前環(huán)形平行光束;前環(huán)形平行光束先后被內(nèi)圓錐反射鏡6a和外圓錐反射鏡6b反射,變?yōu)橹睆礁蟮暮蟓h(huán)形平行光束,通過(guò)改變內(nèi)圓錐反射鏡6a和外圓錐反射鏡6b的相互位置調(diào)節(jié)后環(huán)形平行光束的直徑;后環(huán)形平行光束經(jīng)過(guò)匯聚透鏡7匯聚穿過(guò)照明針孔8,然后再由第二準(zhǔn)直鏡9準(zhǔn)直為小直徑的環(huán)形平行激發(fā)光,其直徑與后環(huán)形平行光束的直徑相關(guān);環(huán)形平行激發(fā)光經(jīng)過(guò)二色分光鏡10被X-Y掃描振鏡11反射,經(jīng)過(guò)掃描透鏡12和顯微鏡物鏡16匯聚照明位于顯微鏡物鏡16的焦面樣品17a ;焦面樣品17a發(fā)射的焚光經(jīng)過(guò)顯微鏡物鏡16、掃描透鏡12被X-Y掃描振鏡11和二色分光鏡10反射,穿過(guò)發(fā)射濾光鏡13被成像透鏡14匯聚穿過(guò)成像針孔15,達(dá)到檢測(cè)器18。
[0033]環(huán)形平行激發(fā)光經(jīng)過(guò)顯微鏡物鏡16以后,其傳播方向與顯微鏡物鏡16的光軸有一定是夾角,不沿光軸傳播。因此,在顯微鏡物鏡16的光軸上,只有焦面樣品17a,而位于顯微鏡物鏡16非焦面的樣品17b不能被照明,不能發(fā)射熒光,從而降低了圖像的噪聲、提高了圖像的信噪比,提高了成像的軸向分辨率。
[0034]如圖1所示,本發(fā)明包括:光源1,第一準(zhǔn)直鏡2,激發(fā)濾光鏡3,長(zhǎng)焦距環(huán)形透鏡4,短焦距環(huán)形透鏡5,內(nèi)圓錐反射鏡6a,外圓錐反射鏡6b,匯聚透鏡7,照明針孔8,第二準(zhǔn)直鏡9,二色分光鏡10,X_Y掃描振鏡11,掃描透鏡12,發(fā)射濾光鏡13,成像透鏡14,成像針孔15和檢測(cè)器18:
[0035]所述長(zhǎng)焦距環(huán)形透鏡4為環(huán)形凸透鏡,其光軸平行于所述第一準(zhǔn)直鏡2的光軸,
[0036]所述短焦距環(huán)形透鏡5的光軸與所述長(zhǎng)焦距環(huán)形透鏡4的光軸重合,所述短焦距環(huán)形透鏡5的焦點(diǎn)與所述長(zhǎng)焦距環(huán)形透鏡4的焦點(diǎn)重合;
[0037]所述短焦距環(huán)形透鏡5可以是環(huán)形凸透鏡或環(huán)形凹透鏡;
[0038]所述長(zhǎng)焦距環(huán)形透鏡4和短焦距環(huán)形透鏡5組成的環(huán)形透鏡組可以用環(huán)形光闌19替代;
[0039]所述內(nèi)圓錐反射鏡6a的中心軸與所述第一準(zhǔn)直鏡2的光軸重合,其側(cè)面為反光面;
[0040]所述外圓錐反射鏡6b的中心軸與所述第一準(zhǔn)直鏡2的光軸重合,其側(cè)面為反光面;
[0041]所述外圓錐反射鏡6b的圓錐角與所述內(nèi)圓錐反射鏡6a的圓錐角相等;
[0042]所述內(nèi)圓錐反射鏡6a和外圓錐反射鏡6b可沿所述第一準(zhǔn)直鏡2的光軸相互位移;
[0043]所述匯聚透鏡7的光軸與所述第一準(zhǔn)直鏡2的光軸重合。
[0044]實(shí)施例2
[0045]圖3是第二種與本發(fā)明相關(guān)的共聚焦光學(xué)掃描儀示意圖,與實(shí)施例1的具體區(qū)別如下:短焦距環(huán)形透鏡為凹透鏡。
[0046]實(shí)施例3
[0047]圖4是第三種與本發(fā)明相關(guān)的共聚焦光學(xué)掃描儀示意圖,與實(shí)施例1的具體區(qū)別如下:以環(huán)形光闌19替代長(zhǎng)焦距環(huán)形透鏡4和短焦距環(huán)形透鏡5,簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu),降低了制造難度和成本。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種共聚焦光學(xué)掃描儀,包括光源,第一準(zhǔn)直鏡,激發(fā)濾光鏡,長(zhǎng)焦距環(huán)形透鏡,短焦距環(huán)形透鏡,內(nèi)圓錐反射鏡,外圓錐反射鏡,匯聚透鏡,照明針孔,第二準(zhǔn)直鏡,二色分光鏡,X-Y掃描振鏡,掃描透鏡,發(fā)射濾光鏡,成像透鏡,成像針孔和檢測(cè)器,其特征在于: 所述長(zhǎng)焦距環(huán)形透鏡為環(huán)形凸透鏡,其光軸平行于所述第一準(zhǔn)直鏡的光軸, 所述短焦距環(huán)形透鏡的光軸與所述長(zhǎng)焦距環(huán)形透鏡的光軸重合,所述短焦距環(huán)形透鏡的焦點(diǎn)與所述長(zhǎng)焦距環(huán)形透鏡的焦點(diǎn)重合; 所述內(nèi)圓錐反射鏡的中心軸與所述第一準(zhǔn)直鏡的光軸重合,其側(cè)面為反光面; 所述外圓錐反射鏡的中心軸與所述第一準(zhǔn)直鏡的光軸重合,其側(cè)面為反光面; 所述外圓錐反射鏡的圓錐角與所述內(nèi)圓錐反射鏡的圓錐角相等; 所述內(nèi)圓錐反射鏡和外圓錐反射鏡可沿所述第一準(zhǔn)直鏡的光軸方向相互位移。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共聚焦光學(xué)掃描儀,其特征在于,短焦距環(huán)形透鏡是環(huán)形凸透鏡或環(huán)形凹透鏡。3.—種共聚焦光學(xué)掃描儀,包括光源,第一準(zhǔn)直鏡,激發(fā)濾光鏡,環(huán)形光闌,外圓錐反射鏡,內(nèi)圓錐反射鏡,匯聚透鏡,照明針孔,第二準(zhǔn)直鏡,二色分光鏡,X-Y掃描振鏡,掃描透鏡,發(fā)射濾光鏡,成像透鏡,成像針孔和檢測(cè)器,其特征在于: 所述長(zhǎng)焦距環(huán)形透鏡為環(huán)形凸透鏡,其光軸平行于所述第一準(zhǔn)直鏡的光軸, 所述環(huán)形光闌垂直于所述第一準(zhǔn)直鏡的光軸中心,位于所述第一準(zhǔn)直鏡光軸上; 所述內(nèi)圓錐反射鏡的中心軸與所述第一準(zhǔn)直鏡的光軸重合,其側(cè)面為反光面; 所述外圓錐反射鏡的中心軸與所述第一準(zhǔn)直鏡的光軸重合,其側(cè)面為反光面; 所述外圓錐反射鏡的圓錐角與所述內(nèi)圓錐反射鏡的圓錐角相等; 所述內(nèi)圓錐反射鏡和外圓錐反射鏡可沿所述第一準(zhǔn)直鏡的光軸方向相互位移。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種共聚焦光學(xué)掃描儀,特別涉及使用入射角度可調(diào)的環(huán)形照明的共聚焦光學(xué)掃描儀。本共聚焦光學(xué)掃描儀包括:光源,第一準(zhǔn)直鏡,激發(fā)濾光鏡,長(zhǎng)焦距環(huán)形透鏡,短焦距環(huán)形透鏡,內(nèi)圓錐反射鏡,外圓錐反射鏡,匯聚透鏡,第二準(zhǔn)直鏡,照明針孔,二色分光鏡,X-Y掃描振鏡,掃描透鏡,發(fā)射濾光鏡,成像透鏡、成像針孔和檢測(cè)器。所述兩個(gè)環(huán)形透鏡的光軸和焦點(diǎn)重合;所述內(nèi)圓錐反射鏡和外圓錐反射鏡具有相同的圓錐角,可沿光軸相互位移,進(jìn)而改變照明的入射角度。本共聚焦光學(xué)掃描儀不改變對(duì)位于顯微鏡物鏡焦面樣品的照明,避免或減少對(duì)位于顯微鏡物鏡非焦面樣品的軸向照明,降低了來(lái)自非焦面樣品的干擾,從而提高了成像的軸向分辨率。
【IPC分類(lèi)】G01N21/64, G02B21/00
【公開(kāi)號(hào)】CN204925500
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420423332
【發(fā)明人】謝赟燕
【申請(qǐng)人】謝赟燕
【公開(kāi)日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2014年7月29日