一種透射光學(xué)顯微鏡的樣品梯度照明裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種透射光學(xué)顯微鏡的樣品梯度照明裝置，包括第一凸透鏡、第二凸透鏡、空間濾波器和散射片。本實(shí)用新型通過空間濾波器的濾波作用和散射片的平滑作用，用產(chǎn)生的梯度光強(qiáng)度照明顯微鏡，明顯的增強(qiáng)了透射光穿過樣品成像時(shí)的對比度。利用本實(shí)用新型，實(shí)驗(yàn)人員可以清楚的識(shí)別細(xì)胞，精準(zhǔn)的定位細(xì)胞胞體以及樹突與軸突的走向。
【專利說明】—種透射光學(xué)顯微鏡的樣品梯度照明裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于顯微成像領(lǐng)域，涉及一種增強(qiáng)顯微鏡成像對比度的成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)上來說，為了觀察未經(jīng)染色的標(biāo)本和活細(xì)胞，增加顯微鏡成像對比度方面，目前有3種方法，分別是:
[0003]1.相差顯微鏡(Phase Contrast Microscopy),由荷蘭科學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者澤爾尼克于1935年發(fā)明。主要是利用物體不同結(jié)構(gòu)成分之間的折射率和厚度的差別，把通過物體不同部分的光程差轉(zhuǎn)變?yōu)檎穹?，最后通過帶有環(huán)狀光闌的聚光鏡和帶有相位片的相差物鏡實(shí)現(xiàn)觀測。雖然可以增加成像對比度，但是需要樣品厚度很薄，所以并不適合多數(shù)的生物應(yīng)用；
[0004]2.微分干涉顯微鏡(Differential Interference Contrast Microscopy),由波蘭物理學(xué)家諾瑪斯基于1952年在相差顯微鏡的基礎(chǔ)上發(fā)明，與前者相比，其可以使用更厚的樣品，而且成像的立體感更好，故目前得到了廣泛應(yīng)用；
[0005]3.傾斜式照明(Oblique illumination),為一種增加成像對比度的最簡單方法。通常采用在聚光鏡中加一個(gè)大小可調(diào)的狹縫，當(dāng)光線在側(cè)面入射時(shí)，可以將樣品厚度和密度的不同，用光線的強(qiáng)弱來對比出來。雖然可以通過旋轉(zhuǎn)狹縫來增加對比度，但卻明顯的降低了分辨率。
[0006]以上三種方法，用的最多的便是微分干涉顯微鏡，尤其在廣泛使用的動(dòng)物腦組織切片的電生理記錄中。為了增加照明光線對腦組織的穿透性，提高成像深度，現(xiàn)在多采用了對生物組織穿透性更強(qiáng)的紅外光來激發(fā)，但其缺點(diǎn)是:1.使用多個(gè)偏振器件，光路復(fù)雜，而且造價(jià)高；2.對比度不夠高，而起光強(qiáng)度低；3.使用了偏振棱鏡，使其無法和應(yīng)用廣泛的雙光子顯微鏡光路相兼容?，F(xiàn)有的微分干涉顯微鏡，必須在整個(gè)光路上放置起偏器，諾瑪斯基棱鏡與檢偏器，造成使用上的不方便，尤其是其無法和雙光子顯微鏡配套觀察。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]技術(shù)問題:本實(shí)用新型提供了一種可方便用戶利用透射光尋找樣品、可即插即用的透射光學(xué)顯微鏡的樣品梯度照明裝置。
[0008]技術(shù)方案:本實(shí)用新型的透射光學(xué)顯微鏡的樣品梯度照明裝置，包括殼體，以及設(shè)置于殼體內(nèi)的、均位于同一軸線上的第一凸透鏡、第二凸透鏡、空間濾波器和散射片，第一凸透鏡和第二凸透鏡的焦點(diǎn)位于兩個(gè)凸透鏡之間且焦距均為f，空間濾波器包括遮光部分和透光部分，透光部分位于空間濾波器的邊緣，空間濾波器位于第二凸透鏡的焦點(diǎn)處，散射片位于空間濾波器和第一凸透鏡焦點(diǎn)之間，空間濾波器能夠圍繞光路軸線旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，散射片能夠沿光路軸線水平移動(dòng)調(diào)節(jié)。
[0009]本實(shí)用新型的透射光學(xué)顯微鏡的樣品梯度照明裝置中，空間濾波器連接有旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)裝置，用以圍繞光路軸線旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)空間濾波器，散射片連接有軸向調(diào)節(jié)裝置，用以沿光路軸線水平移動(dòng)調(diào)節(jié)散射片。
[0010]本實(shí)用新型的透射光學(xué)顯微鏡的樣品梯度照明裝置中，第一凸透鏡和第二凸透鏡的間距可以是能夠調(diào)節(jié)的。
[0011]本實(shí)用新型通過光學(xué)元件的組合，將光通過樣品后的不可見相位變化，轉(zhuǎn)換成可見的光強(qiáng)度梯度變化。
[0012]本實(shí)用新型中，紅外光源通過第一凸透鏡，在第二凸透鏡的焦點(diǎn)處形成一個(gè)共軛平面，并在此處放置空間濾波器，空間濾波器又通過散射片、第二凸透鏡和反射鏡，在聚光鏡的孔徑平面上形成另一個(gè)共軛平面。通過在第二凸透鏡的焦點(diǎn)處形成的共軛平面上放置空間濾波器，對入射的光束進(jìn)行時(shí)域傅里葉變換，從而達(dá)到頻域的空間濾波。
[0013]在空間濾波器后面，放置一個(gè)位置可調(diào)的散射片，其與空間濾波器之間的距離，最近為緊鄰空間濾波器，最遠(yuǎn)為第一凸透鏡焦點(diǎn)所在平面。
[0014]在使用過程中，可以對空間濾波器的方向、空間濾波器與散射片之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而可以對入射光的強(qiáng)度和強(qiáng)度的梯度變化進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0015]有益效果:本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0016]相對于現(xiàn)有的微分干涉方法，本實(shí)用新型梯度照明方法在不改變光束高斯屬性的情況下，使得光束的高斯強(qiáng)度分布更為均勻。在聚光鏡的孔徑平面上，形成了光強(qiáng)度的梯度變化，而且由于空間濾器放置在了共軛平面上，使得高斯光束的低頻部分頻率成分未受影響，從而基本保留了樣品的固有形貌特征。對于多數(shù)動(dòng)物腦組織切片的電生理觀察，該梯度照明方法可有助于實(shí)驗(yàn)者找到切片不同層次的軸突和樹突走向。
[0017]本實(shí)用新型相對于傳統(tǒng)的利用起偏器和檢偏器的偏振原理來實(shí)現(xiàn)微分干涉的方法，對比度有所提高，適用于所有的生物觀察樣品，而微分干涉方法對于某些對光程差不敏感的樣品并不適用。
[0018]本實(shí)用新型不但減輕了系統(tǒng)的復(fù)雜度，提高了光源強(qiáng)度和對比度，更為重要的是，將為雙光子輔助的電生理記錄中所無法使用的微分干涉對比度增強(qiáng)方法，提供了很好的補(bǔ)充。
[0019]相對于現(xiàn)有的微分干涉裝置，本實(shí)用新型梯度照明裝置中空間濾波器的應(yīng)用，使得出射的光強(qiáng)度在上下、左右垂直方向上產(chǎn)生了梯度變化。由于空間濾波器阻擋了大部分入射光束，使得只利用了部分最重要的垂直入射的圓錐體光束，因此明顯的減少了偏離軌道的光線，使光線變得更加集中。通過這種方法所增加的對比度，讓我們甚至可以用眼睛直接看到腦組織切片中的神經(jīng)元，而無需借助于任何其他裝置。
[0020]本實(shí)用新型裝置是在已有的顯微鏡和紅外光源之間進(jìn)行的對比度增強(qiáng)方法，而不是需要對顯微鏡進(jìn)行修改，因此可以應(yīng)用于Zeiss、Leica、Olympus、Nikon等公司所有不同型號(hào)的產(chǎn)品。
[0021]本實(shí)用新型裝置對顯微鏡的整體部分不做任何改動(dòng)，只是添加了一個(gè)即插即用裝置，方便實(shí)現(xiàn)，造價(jià)低，而且適用于雙光子顯微鏡；傳統(tǒng)的微分干涉方法則需要在已有顯微鏡的基礎(chǔ)上進(jìn)行改動(dòng)，添加起偏器和檢偏器等裝置，明顯增加了實(shí)現(xiàn)的難度和普遍性，尤其對于雙光子顯微鏡，則根本無法應(yīng)用這些裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】[0022]圖1是本實(shí)用新型的光路原理圖。
[0023]圖2是本實(shí)用新型的梯度照明示意圖。
[0024]圖3是采用本實(shí)用新型裝置和熒光顯微鏡聯(lián)合進(jìn)行電生理記錄時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖中有:反射鏡1、紅外光源2、第一凸透鏡3、第二凸透鏡4、空間濾波器5、散射片
6、汞燈光源7、光纖8、梯度照明裝置9、相機(jī)10、二向色鏡11、電極12、紅外濾波器13、膜片鉗14、顯示器15、膜片鉗記錄的信號(hào)16、聚光鏡孔徑平面17、聚光鏡18、樣品19、顯微鏡20。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0027]本實(shí)用新型的透射光學(xué)顯微鏡的樣品梯度照明裝置，包括殼體，以及設(shè)置于殼體內(nèi)的、均位于同一軸線上的第一凸透鏡3、第二凸透鏡4、空間濾波器5和散射片6，第一凸透鏡3和第二凸透鏡4的焦點(diǎn)位于兩個(gè)凸透鏡之間且焦距均為f，空間濾波器5的結(jié)構(gòu)如圖2中所示，包括遮光部分和透光部分，空間濾波器5的大部分為遮光部分，透光部分位于空間濾波器5的邊緣，空間濾波器5圍繞中心旋轉(zhuǎn)時(shí)，透光部分可沿空間濾波器5的外周移動(dòng)?？臻g濾波器5位于第二凸透鏡4的焦點(diǎn)處，散射片6位于空間濾波器5和第一凸透鏡3焦點(diǎn)之間，空間濾波器5連接有旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)裝置，用以圍繞光路軸線旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)空間濾波器5，散射片6連接有軸向調(diào)節(jié)裝置，用以沿光路軸線水平移動(dòng)調(diào)節(jié)散射片6。上述的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)裝置和軸向調(diào)節(jié)裝置均為現(xiàn)有光學(xué)儀器設(shè)備中常用的裝置，可以是機(jī)械調(diào)節(jié)裝置，也可以是機(jī)電裝置，只要能實(shí)現(xiàn)上述功能即可，其具體結(jié)構(gòu)在此不再贅述。
[0028]本實(shí)用新型裝置的一個(gè)實(shí)施例中，上述旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)裝置和軸向調(diào)節(jié)裝置均設(shè)置在樣品梯度照明的殼體上，空間濾波器5和散射片6分別通過所連接的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)裝置和軸向調(diào)節(jié)裝置安裝在殼體上。
[0029]本實(shí)用新型在實(shí)施時(shí)候，只需將本實(shí)用新型的樣品梯度照明裝置與顯微鏡和紅外光源連接上即可，紅外光源經(jīng)過梯度照明以后，通過反射鏡I的反射和聚光鏡孔徑平面的調(diào)節(jié)，最后借助于聚光鏡18的聚焦，到達(dá)樣品。該裝置有兩種梯度照明的調(diào)節(jié)辦法:
[0030]1.通過旋轉(zhuǎn)空間濾波器的位置，使得觀察樣品的不同位置依次出現(xiàn)光強(qiáng)度的梯度變化，便于實(shí)驗(yàn)者尋找感興趣的區(qū)域；
[0031]2.通過調(diào)節(jié)空間濾波器和散射片的間距，即可以改變透射光束的梯度強(qiáng)度分布，不同實(shí)驗(yàn)者可以選擇合適的光強(qiáng)梯度值。
[0032]現(xiàn)有測試方法中，紅外光源2不通過任何光學(xué)裝置，直接設(shè)置在反射鏡I之前的入射光路上，此時(shí)紅外光源2設(shè)置的位置為顯微鏡透射光入口。由于不同廠家的顯微鏡透射光入口和聚光鏡孔徑平面(aperture plane, AP)的間距會(huì)略有差別，為了使第二個(gè)共軛平面正好落在聚光鏡的孔徑平面上，需要調(diào)節(jié)第一凸透鏡3和第二凸透鏡4之間的距離，來與上述透射光入口與聚光鏡孔徑平面的間距相匹配。因此，本實(shí)用新型裝置的一個(gè)實(shí)施例中，第一凸透鏡3和第二凸透鏡4的間距能夠調(diào)節(jié)，其間距調(diào)節(jié)裝置也是現(xiàn)有光學(xué)儀器設(shè)備中的常用裝置，如機(jī)械調(diào)節(jié)裝置，或機(jī)電裝置，只要能實(shí)現(xiàn)上述功能即可。
[0033]本實(shí)用新型裝置在與雙光子顯微鏡聯(lián)合進(jìn)行電生理記錄時(shí)，硬件連接共需要5個(gè)部分:[0034]顯微鏡，包括紅外光源、紅外濾波器、物鏡、目鏡、載物臺(tái)等，為該系統(tǒng)的主體裝置；
[0035]梯度照明裝置:即為本實(shí)用新型的透射光學(xué)顯微鏡的樣品梯度照明裝置，用于清晰的觀察樣品中細(xì)胞的三維形貌；
[0036]熒光裝置:包括汞燈光源和光纖。在梯度照明中所觀察到的細(xì)胞的基礎(chǔ)上，激發(fā)其中具有熒光信號(hào)的細(xì)胞，即可以進(jìn)行電生理記錄的細(xì)胞；
[0037]成像裝置:包括相機(jī)和顯示器。將梯度照明和熒光圖像共同呈現(xiàn)在顯示器上，便于操作；
[0038]記錄裝置:包括電極和膜片鉗。記錄細(xì)胞，尤其是神經(jīng)元中的電信號(hào)。
[0039]本實(shí)用新型裝置與雙光子顯微鏡聯(lián)合進(jìn)行電生理記錄的試驗(yàn)流程為:
[0040]首先，通過調(diào)節(jié)顯微鏡的焦平面和梯度照明裝置，直到找到清晰的細(xì)胞形態(tài)；然后打開汞燈，找到有熒光信號(hào)的細(xì)胞；最后，參考顯示器的圖像確認(rèn)插入記錄電極的位置，并通過膜片鉗進(jìn)行記錄。
【權(quán)利要求】
1.一種透射光學(xué)顯微鏡的樣品梯度照明裝置，其特征在于，該裝置包括殼體，以及設(shè)置于所述殼體內(nèi)的、均位于同一軸線上的第一凸透鏡(3)、第二凸透鏡(4)、空間濾波器(5)和散射片(6)，所述第一凸透鏡(3)和第二凸透鏡(4)的焦點(diǎn)位于兩個(gè)凸透鏡之間且焦距均為f，所述空間濾波器(5)包括遮光部分和透光部分，所述透光部分位于空間濾波器(5)的邊緣，空間濾波器(5)位于第二凸透鏡(4)的焦點(diǎn)處，所述散射片(6)位于空間濾波器(5)和第一凸透鏡(3)焦點(diǎn)之間，空間濾波器(5)能夠圍繞光路軸線旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，散射片(6)能夠沿光路軸線水平移動(dòng)調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求2所述的透射光學(xué)顯微鏡的樣品梯度照明裝置，其特征在于，所述空間濾波器(5)連接有旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)裝置，用以圍繞光路軸線旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)空間濾波器(5)，所述散射片(6 )連接有軸向調(diào)節(jié)裝置，用以沿光路軸線水平移動(dòng)調(diào)節(jié)散射片(6 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的透射光學(xué)顯微鏡的樣品梯度照明裝置，其特征在于，所述第一凸透鏡(3)和第二凸透鏡(4)的間距能夠調(diào)節(jié)。
【文檔編號(hào)】G02B21/08GK203502664SQ201220590121
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月9日
【發(fā)明者】蔣禮陽, 陳成剛 申請人:蔣禮陽, 陳成剛, 南京東利來光電實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司