一種照明裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種照明裝置和方法，特別涉及用于提高共聚焦顯微成像系統(tǒng)軸向分辨率的照明裝置。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焦平面的樣品10外，同樣照射位于顯微鏡物鏡非焦面的樣品17，照明強(qiáng)度隨位于顯微鏡物鏡非焦面的樣品17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5或成像針孔7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，無法避免對(duì)位于顯微鏡物鏡9非焦面的樣品17的照明，而位于顯微鏡物鏡非焦面的樣品17的信號(hào)相對(duì)于位于顯微鏡物鏡焦面的樣品10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)位于顯微鏡物鏡非焦面的樣品17的照明，也加快了位于顯微鏡物鏡非焦面的樣品17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)位于顯微鏡物鏡焦面的樣品10和位于顯微鏡物鏡非焦面的樣品17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)使用的傳統(tǒng)準(zhǔn)直光源存在的不足進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一種照明裝置和方法，可提高共聚焦顯微成像系統(tǒng)的軸向分辨率。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]如圖1所示，本發(fā)明提供一種照明裝置和方法，使共聚焦成像系統(tǒng)，在保持對(duì)位于顯微鏡物鏡9焦面的樣品10的照明或激發(fā)不變的同時(shí)，避免或減少對(duì)位于顯微鏡物鏡9非焦面樣品17的照明或激發(fā)，以提高位于顯微鏡物鏡焦面的樣品10與位于顯微鏡物鏡非焦面的樣品17反射光或發(fā)射熒光的對(duì)比度，從而提高共聚焦成像系統(tǒng)的軸向分辨率。本裝置包括:準(zhǔn)直鏡2 ;第一環(huán)形透鏡3a ;第二環(huán)形透鏡3b ;匯聚透鏡4 ；
[0008]所述準(zhǔn)直鏡2將所述光源I發(fā)射的光準(zhǔn)直為平行光束，所述平行光束的直徑小于或等于所述第一環(huán)形透鏡3a的直徑；其光軸平行于所述顯微鏡物鏡9的光軸；
[0009]所述第一環(huán)形透鏡3a為環(huán)形凸透鏡，其光軸平行于所述準(zhǔn)直鏡2的光軸，且使所述平行光束完全通過所述第一環(huán)形透鏡3a并匯聚為環(huán)形光圈；
[0010]所述第二環(huán)形透鏡3b的光軸與所述第一環(huán)形透鏡3a的光軸重合，所述第二環(huán)形透鏡3b的焦點(diǎn)與所述第一環(huán)形透鏡3a的焦點(diǎn)重合，且所述第二環(huán)形透鏡3b的焦距比所述第一環(huán)形透鏡3a的焦距短；
[0011]所述第二環(huán)形透鏡3b可以是環(huán)形凸透鏡或環(huán)形凹透鏡；
[0012]所述第一環(huán)形透鏡3a和第二環(huán)形透鏡3b組成的環(huán)形透鏡組可以用環(huán)形光闌13替代；
[0013]所述第一環(huán)形透鏡3a和第二環(huán)形透鏡3b組成的環(huán)形透鏡組可以用兩個(gè)互相平行的、可同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的反射鏡16a和16b替代；
[0014]所述匯聚透鏡4的光軸與所述顯微鏡物鏡9的光軸重合，其焦點(diǎn)與所述共聚焦成像系統(tǒng)的照明針孔5重合；所述匯聚透鏡4的數(shù)值孔徑小于或等于所述顯微鏡物鏡9的數(shù)值孔徑除以所述顯微鏡物鏡9的倍率；
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下:相比傳統(tǒng)的均勻的照明，本發(fā)明提高了共聚焦成像系統(tǒng)的軸向分辨率。
【附圖說明】
[0016]圖1:本發(fā)明的第一種實(shí)施例的示意圖
[0017]圖2:傳統(tǒng)照明裝置用于共聚焦成像系統(tǒng)的示意圖
[0018]圖3:本發(fā)明的第二種實(shí)施例的示意圖
[0019]圖4:本發(fā)明的第三種實(shí)施例的示意圖
[0020]圖5:本發(fā)明的第四種實(shí)施例的示意圖
[0021]圖6:本發(fā)明的第五種實(shí)施例的示意圖
[0022]圖7:本發(fā)明的第六種實(shí)施例的示意圖
[0023]圖8:本發(fā)明的第七種實(shí)施例的示意圖
[0024]圖9:應(yīng)用于本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)的環(huán)形透鏡3a和3b，可使相同直徑的平行光束形成不同直徑的環(huán)形平行光
[0025]圖面說明:
[0026]1-光源；2_準(zhǔn)直鏡；3a_第一環(huán)形透鏡；3b_第二環(huán)形透鏡；4_匯聚透鏡；5_照明針孔；6_ 二色分光鏡；7_成像針孔；8_探測(cè)器；9_顯微鏡物鏡；10_位于顯微鏡物鏡焦面的樣品；11_激發(fā)濾光片；12_發(fā)射濾光片；13_環(huán)形光闌；14_針孔陣列；15_成像透鏡；16a-第一反射鏡；16b-第二反射鏡；17-位于顯微鏡物鏡非焦面的樣品。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。
[0028]實(shí)施例1
[0029]圖1是與本發(fā)明相關(guān)的第一種照明裝置用于共聚焦成像系統(tǒng)熒光成像的示意圖:光源I發(fā)射的光經(jīng)過所述準(zhǔn)直鏡2準(zhǔn)直為平行光束；所述平行光束經(jīng)過激發(fā)濾光鏡11過濾，得到特定波段的平行激發(fā)光；所述平行激發(fā)光被所述第一環(huán)形透鏡3a匯聚為環(huán)形光圈，然后所述環(huán)形光圈被所述第二環(huán)形透鏡3b準(zhǔn)直為環(huán)形平行激發(fā)光，第二環(huán)形透鏡3b為環(huán)形凸透鏡；所述環(huán)形平行激發(fā)光經(jīng)所述匯聚透鏡4匯聚穿過所述共聚焦成像系統(tǒng)的所述照明針孔5，由二色分光鏡6反射并通過所述顯微鏡物鏡9，激發(fā)位于所述顯微鏡物鏡9焦面的樣品10 ;位于顯微鏡物鏡焦面的樣品10發(fā)射的熒光被所述顯微鏡物鏡9匯聚穿過所述二色分光鏡6、所述共聚焦成像系統(tǒng)的成像針孔7和發(fā)射濾光鏡12，被探測(cè)器8檢測(cè)；所述位于顯微鏡物鏡焦面的樣品10反射的激發(fā)光和發(fā)射的其它波段的熒光被所述發(fā)射濾光鏡12截止；最后，所述共聚焦成像系統(tǒng)的掃描單元(未畫出)掃描顯所述位于顯微鏡物鏡焦面的樣品10，并由軟件把所