一種共聚焦光學掃描儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種共聚焦光學掃描儀,特別涉及使用入射角度可調的環形照明方法的共聚焦光學掃描儀。本發明主要應用于生物醫學顯微成像領域,也可用于材料研究和集成電路芯片檢測成像。
【背景技術】
[0002]隨著細胞生物學研究的深入,熒光顯微鏡成像的應用越來越普遍,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使用的均為傳統的、均勻的光源,照明光經透鏡匯聚穿過針孔,再經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的光源I發出,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的軸向分辨率。
[0004]另外,使用傳統準直光源的共聚焦顯微成像系統對非焦面樣品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對樣品進行長時間照明或三維掃描成像時,對焦面樣品17a和非焦面17b的熒光抗悴滅要求更高,加大了科研實驗的難度。
【發明內容】
[0005]本發明的目的,是針對目前各種共聚焦顯微成像系統不足進行改進,在不改變對位于顯微鏡物鏡16的焦面樣品17a照明,同時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]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0007]—種共聚焦光學掃描儀,包括光源,第一準直鏡,激發濾光鏡,長焦距環形透鏡,短焦距環形透鏡,內圓錐反射鏡,外圓錐反射鏡,匯聚透鏡,照明針孔,第二準直鏡,二色分光鏡,X-Y掃描振鏡,掃描透鏡,發射濾光鏡,成像透鏡,成像針孔和檢測器;
[0008]所述長焦距環形透鏡為環形凸透鏡,其光軸平行于所述第一準直鏡的光軸;
[0009]所述短焦距環形透鏡的光軸與所述長焦距環形透鏡的光軸重合,所述短焦距環形透鏡的焦點與所述長焦距環形透鏡的焦點重合;
[0010]所述內圓錐反射鏡的中心軸與所述第一準直鏡的光軸重合,其側面為反光面;
[0011]所述外圓錐反射鏡的中心軸與所述第一準直鏡的光軸重合,其側面為反光面;
[0012]所述外圓錐反射鏡的圓錐角與所述內圓錐反射鏡的圓錐角相等;
[0013]所述內圓錐反射鏡和外圓錐反射鏡可沿所述第一準直鏡的光軸方向相互位移。
[0014]一種共聚焦光學掃描儀,短焦距環形透鏡是環形凸透鏡或環形凹透鏡。
[0015]—種共聚焦光學掃描儀,包括光源,第一準直鏡,激發濾光鏡,環形光闌,外圓錐反射鏡,內圓錐反射鏡,匯聚透鏡,照明針孔,第二準直鏡,二色分光鏡,X-Y掃描振鏡,掃描透鏡,發射濾光鏡,成像透鏡,成像針孔和檢測器:
[0016]所述長焦距環形透鏡為環形凸透鏡,其光軸平行于所述第一準直鏡的光軸;
[0017]所述環形光闌垂直于所述第一準直鏡的光軸中心,位于所述第一準直鏡光軸上;
[0018]所述內圓錐反射鏡的中心軸與所述第一準直鏡的光軸重合,其側面為反光面;
[0019]所述外圓錐反射鏡的中心軸與所述第一準直鏡的光軸重合,其側面為反光面;
[0020]所述外圓錐反射鏡的圓錐角與所述內圓錐反射鏡的圓錐角相等;
[0021]所述內圓錐反射鏡和外圓錐反射鏡可沿所述第一準直鏡的光軸方向相互位移。
[0022]本發明的優點如下:相比傳統的共聚焦光學掃描儀,本發明提高了成像的軸向分辨率。
【附圖說明】
[0023]圖1:本發明的第一種實施例的示意圖:A為大角度入射,B為小角度入射;
[0024]圖2:傳統共聚焦光學掃描儀示意圖
[0025]圖3:本發明的第二種實施例的示意圖
[0026]圖4:本發明的第三種實施例的示意圖
[0027]圖面說明:
[0028]1-光源;2_第一準直鏡;3_激發濾光鏡;4_長焦距環形透鏡;5_短焦距環形透鏡;6a-內圓錐反射鏡;6b-外圓錐反射鏡;7_匯聚透鏡;8_照明針孔;9_第二準直鏡;10_ 二色分光鏡;I1-X-Y掃描振鏡;12-掃描透鏡;13-發射濾光鏡;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_環形光闌。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和實施例進一步描述本發明。
[0030]實施例1
[0031]圖1是第一種與本發明相關的共聚焦光學掃描儀示意圖:
[0032]在本實施例中,光源I發射的光經過第一準直鏡2準直為平行光,再經過激發濾光鏡3得到特定波段的平行激發光束;平行激發光束經過長焦距環形透鏡4匯聚為環形光圈,然后被短焦距環形透鏡5準直為前環形平行光束;前環形平行光束先后被內圓錐反射鏡6a和外圓錐反射鏡6b反射,變為直徑更大的后環形平行光束,通過改變內圓錐反射鏡6a和外圓錐反射鏡6b的相互位置調節后環形平行光束的直徑;后環形平行光束經過匯聚透鏡7匯聚穿過照明針孔8,然后再由第二準直鏡9準直為小直徑的環形平行激發光,其直徑與后環形平行光束的直徑相關;環形平行激發光經過二色分光鏡10被X-Y掃描振鏡11反射,經過掃描透鏡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發射的焚光經過顯微鏡物鏡16、掃描透鏡12被X-Y掃描振鏡11和二色分光鏡10反射,穿過發射濾光鏡13被成像透鏡14匯聚穿過成像針孔15,達到檢測器18。
[0033]環形平行激發光經過顯微鏡物鏡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,本發明包括:光源1,第一準直鏡2,激發濾光鏡3,長焦距環形透鏡4,短焦距環形透鏡5,內圓錐反射鏡6a,外圓錐反射鏡6b,匯聚透鏡7,照明針孔8,第二準直鏡9,二色分光鏡10,X_Y掃描振鏡11,掃描透鏡12,發射濾光鏡13,成像透鏡14,成像針孔15和檢測器18:
[0035]所述長焦距環形透鏡4為環形凸透鏡,其光軸平行于所述第一準直鏡2的光軸,
[0036]所述短焦距環形透鏡5的光軸與所述長焦距環形透鏡4的光軸重合,所述短焦距環形透鏡5的焦點與所述長焦距環形透鏡4的焦點重合;
[0037]所述短焦距環形透鏡5可以是環形凸透鏡或環形凹透鏡;
[0038]所述長焦距環形透鏡4和短焦距環形透鏡5組成的環形透鏡組可以用環形光闌19替代;
[0039]所述內圓錐反射鏡6a的中心軸與所述第一準直鏡2的光軸重合,其側面為反光面;
[0040]所述外圓錐反射鏡6b的中心軸與所述第一準直鏡2的光軸重合,其側面為反光面;
[0041]所述外圓錐反射鏡6b的圓錐角與所述內圓錐反射鏡6a的圓錐角相等;
[0042]所述內圓錐反射鏡6a和外圓錐反射鏡6b可沿所述第一準直鏡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直鏡2的光軸重合。
[0044]實施例2
[0045]圖3是第二種與本發明相關的共聚焦光學掃描儀示意圖,與實施例1的具體區別如下:短焦距環形透鏡為凹透鏡。
[0046]實施例3
[0047]圖4是第三種與本發明相關的共聚焦光學掃描儀示意圖,與實施例1的具體區別如下:以環形光闌19替代長焦距環形透鏡4和短焦距環形透鏡5,簡化了結構,降低了制造難度和成本。
【主權項】
1.一種共聚焦光學掃描儀,包括光源,第一準直鏡,激發濾光鏡,長焦距環形透鏡,短焦距環形透鏡,內圓錐反射鏡,外圓錐反射鏡,匯聚透鏡,照明針孔,第二準直鏡,二色分光鏡,X-Y掃描振鏡,掃描透鏡,發射濾光鏡,成像透鏡,成像針孔和檢測器,其特征在于: 所述長焦距環形透鏡為環形凸透鏡,其光軸平行于所述第一準直鏡的光軸, 所述短焦距環形透鏡的光軸與所述長焦距環形透鏡的光軸重合,所述短焦距環形透鏡的焦點與所述長焦距環形透鏡的焦點重合; 所述內圓錐反射鏡的中心軸與所述第一準直鏡的光軸重合,其側面為反光面; 所述外圓錐反射鏡的中心軸與所述第一準直鏡的光軸重合,其側面為反光面; 所述外圓錐反射鏡的圓錐角與所述內圓錐反射鏡的圓錐角相等; 所述內圓錐反射鏡和外圓錐反射鏡可沿所述第一準直鏡的光軸方向相互位移。2.根據權利要求1所述的共聚焦光學掃描儀,其特征在于,短焦距環形透鏡是環形凸透鏡或環形凹透鏡。3.—種共聚焦光學掃描儀,包括光源,第一準直鏡,激發濾光鏡,環形光闌,外圓錐反射鏡,內圓錐反射鏡,匯聚透鏡,照明針孔,第二準直鏡,二色分光鏡,X-Y掃描振鏡,掃描透鏡,發射濾光鏡,成像透鏡,成像針孔和檢測器,其特征在于: 所述長焦距環形透鏡為環形凸透鏡,其光軸平行于所述第一準直鏡的光軸, 所述環形光闌垂直于所述第一準直鏡的光軸中心,位于所述第一準直鏡光軸上; 所述內圓錐反射鏡的中心軸與所述第一準直鏡的光軸重合,其側面為反光面; 所述外圓錐反射鏡的中心軸與所述第一準直鏡的光軸重合,其側面為反光面; 所述外圓錐反射鏡的圓錐角與所述內圓錐反射鏡的圓錐角相等; 所述內圓錐反射鏡和外圓錐反射鏡可沿所述第一準直鏡的光軸方向相互位移。
【專利摘要】本實用新型涉及一種共聚焦光學掃描儀,特別涉及使用入射角度可調的環形照明的共聚焦光學掃描儀。本共聚焦光學掃描儀包括:光源,第一準直鏡,激發濾光鏡,長焦距環形透鏡,短焦距環形透鏡,內圓錐反射鏡,外圓錐反射鏡,匯聚透鏡,第二準直鏡,照明針孔,二色分光鏡,X-Y掃描振鏡,掃描透鏡,發射濾光鏡,成像透鏡、成像針孔和檢測器。所述兩個環形透鏡的光軸和焦點重合;所述內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,進而改變照明的入射角度。本共聚焦光學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
【申請號】CN201420423332
【發明人】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