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，最后由探測器采集樣品通過物鏡和針孔反射或發(fā)射的光信號，以獲得具有一定軸向分辨率的共聚焦圖像。其中，照明光對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器檢測為噪聲。
[0003]如圖2所示，對于透光的生物樣品，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，無法避免對非焦面的樣品17b的照明，而非焦面樣品17b的信號相對于焦面樣品17a的信號而言，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)對樣品進(jìn)行長時(shí)間照明或三維掃描成像時(shí)，對焦面樣品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)避免或減少對位于所述物鏡16的非焦面樣品17b的軸向照明，降低了來自非焦面樣品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，成像針孔和檢測器；
[0008]所述長焦距環(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，成像針孔和檢測器:
[0016]所述長焦距環(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]圖面說明:
[0028]1-光源；2_第一準(zhǔn)直鏡；3_激發(fā)濾光鏡；4_長焦距環(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)過第一準(zhǔn)直鏡2準(zhǔn)直為平行光，再經(jīng)過激發(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)過長焦距環(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)過匯聚透鏡7匯聚穿過照明針孔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)過二色分光鏡10被X-Y掃描振鏡11反射，經(jīng)過掃描透鏡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，穿過發(fā)射濾光鏡13被成像透鏡14匯聚穿過成像針孔15，達(dá)到檢測器18。
[0033]環(huán)形平行激發(fā)光經(jīng)過顯微鏡物鏡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和檢測器18:
[0035]所述長焦距環(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替代長焦距環(huán)形透鏡4和短焦距環(huán)形透鏡5，簡化了結(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，成像針孔和檢測器，其特征在于: 所述長焦距環(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，成像針孔和檢測器，其特征在于: 所述長焦距環(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)掃描儀不改變對位于顯微鏡物鏡焦面樣品的照明，避免或減少對位于顯微鏡物鏡非焦面樣品的軸向照明，降低了來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】G01N21/64, G02B21/00
【公開號】CN204925500
【申請?zhí)枴緾N201420423332
【發(fā)明人】謝赟燕
【申請人】謝赟燕
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2014年7月29日