一種具有軸向定位功能的熒光顯微成像裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種具有軸向定位功能的熒光顯微成像裝置，包括：激光器、第一透鏡、二色鏡、物鏡、濾光片、筒鏡、第三透鏡、相位板、第二透鏡、探測(cè)器和計(jì)算機(jī)；所述相位板和所述物鏡的光瞳處于共軛位置。本實(shí)用新型在傳統(tǒng)熒光顯微系統(tǒng)中加入相位信息，它能夠在準(zhǔn)確探測(cè)微粒在XY方向位置的基礎(chǔ)上可以精確探測(cè)微粒軸向位置信息，從而獲知熒光微粒的三維位置信息，進(jìn)一步擴(kuò)大了熒光顯微成像技術(shù)在多個(gè)科研領(lǐng)域的應(yīng)用范圍；與現(xiàn)有大型熒光顯微成像設(shè)備相比，裝置結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，造價(jià)成本更低廉，速度快。
【專利說(shuō)明】一種具有軸向定位功能的熒光顯微成像裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種熒光顯微成像領(lǐng)域，特別是涉及一種基于相位信息的微粒軸向定位突光成像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]熒光微粒，通常是指那些在激光照射下能夠受激發(fā)并發(fā)出熒光的一類物質(zhì)。在生物組織成像或單分子成像中經(jīng)常遇到離散的熒光微粒，在大多數(shù)情況下，這些熒光微粒會(huì)隨時(shí)間向空間各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，而正是由于這些不確定性的運(yùn)動(dòng)限制了該成像技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，因此，能夠精確地探測(cè)熒光微粒的空間位置變化情況對(duì)許多應(yīng)用都顯得至關(guān)重要。在現(xiàn)有技術(shù)中，普通的熒光顯微鏡可以較精確地探測(cè)微粒在橫向方向的位置變化，即X』方向的位置變化，而沿光軸方向的位置變化即沿2軸的位置變化則難以探測(cè)，共聚焦顯微鏡雖然具有軸向?qū)游龀上衲芰Γ上袼俣嚷?，不能夠捕捉熒光微粒在空間方向的快速位置變化。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型在熒光顯微鏡成像光路中引入一個(gè)光學(xué)相位分布裝置，使獲得的熒光微粒圖像含有微粒的軸向位置信息。在物鏡的焦面區(qū)域的熒光微粒經(jīng)光路系統(tǒng)后在探測(cè)器上獲得形狀為雙旁瓣圖案的圖像；當(dāng)熒光微粒處于物鏡焦面位置時(shí)，即物面處于物鏡焦面位置時(shí)，熒光微粒經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后所生成的雙旁瓣圖案中心連線作為基準(zhǔn)線；當(dāng)物面處于離焦位置時(shí)，熒光微粒所生成的旁瓣圖像中心連線將與基準(zhǔn)線成一角度，該角度值與離焦程度相關(guān)；由于熒光顯微成像技術(shù)本身可以探測(cè)微粒在X、V方向上的位置，通過(guò)定量測(cè)定該角度值后，可以獲得熒光微粒的三維位置信息。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0005]一種具有軸向定位功能的熒光顯微成像裝置，包括:
[0006]激光器、第一透鏡、二色鏡、物鏡、濾光片、筒鏡、第三透鏡、相位板、第二透鏡、探測(cè)器；所述相位板其用于將熒光轉(zhuǎn)化為多階成像性質(zhì)的熒光光束，以保證熒光光束帶有相位信息；所述相位板和所述物鏡的光瞳處于共軛位置；所述第三透鏡位于所述筒鏡和所述相位板之間，用于保證相位板和物鏡的光瞳處于共軛位置；所述相位板位于所述第二透鏡的后焦面上。
[0007]激光器，其為激光光源；
[0008]第一透鏡，設(shè)置在所述激光器光路上，所述第一透鏡位置可在所述激光器光路上前后調(diào)節(jié)；
[0009]二色鏡，用于反射激光并透射熒光，所述二色鏡設(shè)置在所述激光器光路上；
[0010]物鏡，用于聚焦由所述二色鏡反射而來(lái)的激光并收集由被激光照射的熒光物質(zhì)所發(fā)出的熒光；
[0011]濾光片，用于濾除殘留激光和雜散光，并透射熒光；
[0012]筒鏡，與所述物鏡匹配，并輸出熒光；
[0013]第二透鏡，其用于將具有多階成像性質(zhì)的熒光光束聚焦；
[0014]探測(cè)器，其為冗0傳感器，用于接收所述具有多階成像性質(zhì)的熒光光束，生成雙旁瓣圖像；
[0015]計(jì)算機(jī)，采集和處理所述探測(cè)器所得數(shù)據(jù)。
[0016]沿激光光路行進(jìn)方向，激光依次經(jīng)過(guò)激光器、第一透鏡、二色鏡和物鏡，并最終到達(dá)被照射樣本，被照射樣本經(jīng)激光激發(fā)后發(fā)出熒光；沿?zé)晒夤饴沸羞M(jìn)方向，熒光依次經(jīng)過(guò)物鏡、二色鏡、濾光片、筒鏡、第三透鏡、相位板和第二透鏡，并最終被探測(cè)器接收。
[0017]本實(shí)用新型的有益效果是:1)在傳統(tǒng)熒光顯微系統(tǒng)中加入相位信息，它能夠在準(zhǔn)確探測(cè)微粒在XV方向位置的基礎(chǔ)上可以精確探測(cè)微粒軸向位置信息，從而獲知熒光微粒的三維位置信息，進(jìn)一步擴(kuò)大了熒光顯微成像技術(shù)在多個(gè)科研領(lǐng)域的應(yīng)用范圍:2)與現(xiàn)有大型熒光顯微成像設(shè)備相比，裝置結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，造價(jià)成本更低廉，速度快。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型的具有軸向定位功能的熒光顯微成像裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為本實(shí)用新型的雙旁瓣圖像中心連線和水平軸夾角與熒光微粒軸向位置的關(guān)系不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說(shuō)明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。
[0021]如圖1所示，該具有軸向定位功能的熒光顯微成像裝置包括:激光器1、第一透鏡2、二色鏡3、物鏡4、濾光片5、筒鏡6、第三透鏡7、相位板8、第二透鏡9、探測(cè)器10和計(jì)算機(jī)11。
[0022]其中，激光器1是激光光源，第一透鏡2設(shè)置在激光器光路上，它的位置可沿該光路進(jìn)行前后調(diào)節(jié)，以在物鏡4相對(duì)的樣本面上生成預(yù)期尺寸的均勻照明光斑；二色鏡3用于反射激光并透射熒光，它也設(shè)置在激光器1光路上，并與激光器1光路呈銳角角度；物鏡4用于聚焦由二色鏡3反射而來(lái)的激光并收集由被激光照射的熒光物質(zhì)激發(fā)出的熒光；濾光片5用于濾除殘留激光，并透射熒光；筒鏡6與物鏡4相匹配，并用于輸出熒光；相位板8用于將突光轉(zhuǎn)化為多階成像性質(zhì)的突光光束，以保證突光光束帶有相位信息，同時(shí)，相位板8和物鏡4的光瞳應(yīng)處于共軛位置；相位板8位于第二透鏡9的后焦面上；第二透鏡9用于將具有多階成像性質(zhì)的熒光光束聚焦；探測(cè)器10為一種^0傳感器，主要用于接收具有多階成像性質(zhì)的熒光光束，生成雙旁瓣圖像；計(jì)算機(jī)11與探測(cè)器10相連，采集和處理探測(cè)器10所得的數(shù)據(jù)；第三透鏡7位于筒鏡6和相位板8之間，它用于中轉(zhuǎn)熒光，以保證相位板8和物鏡4的光瞳處于共軛位置。
[0023]該熒光顯微成像裝置的工作過(guò)程是:
[0024]激光器1、第一透鏡2、二色鏡3、物鏡4作為照明模塊；激光器1為照明光源，激光器1所發(fā)激光經(jīng)第一透鏡2后，經(jīng)二色鏡3反射和物鏡4會(huì)聚在樣本物體即熒光微粒上，形成均勻照明光斑。這個(gè)過(guò)程也可從激光行進(jìn)路線來(lái)描述:沿激光光路行進(jìn)方向，激光依次經(jīng)過(guò)激光器1、第一透鏡2、二色鏡3和物鏡4，并最終到達(dá)位于物鏡4焦面的被照射樣本，被照射樣本優(yōu)選為熒光微粒，熒光微粒經(jīng)激光激發(fā)后發(fā)出熒光。
[0025]熒光信號(hào)經(jīng)物鏡4收集后，二色鏡3和濾光片5濾除激光和雜散光，并且透射熒光，濾光片5和探測(cè)器10之間從靠近二色鏡3的一端依次布置有筒鏡6、第三透鏡7、相位板8和第二透鏡9，相位板8和物鏡4光瞳處于共軛位置，且相位板8位于第二透鏡9的后焦面上，這種布置保證物鏡4焦面上每個(gè)物點(diǎn)經(jīng)上述光學(xué)系統(tǒng)后將在探測(cè)器10上形成雙旁瓣圖案。濾除激發(fā)光和雜散光后，熒光經(jīng)過(guò)筒鏡6和第三透鏡7至相位板8，經(jīng)相位板8后，帶相位信息的熒光光束通過(guò)第二透鏡9成像在探測(cè)器10上，獲得雙旁瓣圖像，該過(guò)程從熒光行進(jìn)路線可描述為:沿?zé)晒夤饴沸羞M(jìn)方向，熒光依次經(jīng)過(guò)物鏡4、二色鏡3、濾光片5、筒鏡
6、第三透鏡7、相位板8和第二透鏡9，并最終被探測(cè)器10接收。雙旁瓣圖像將由計(jì)算機(jī)11采集并進(jìn)行進(jìn)一步分析處理。
[0026]雙旁瓣圖像中心基準(zhǔn)線的制定:調(diào)節(jié)第一透鏡2前后位置，獲得預(yù)期尺寸均勻照明光斑；調(diào)節(jié)樣本(熒光微粒)至物鏡4焦面，在探測(cè)器10上獲取焦面位置上熒光微粒的圖像，以此時(shí)獲得的雙旁瓣圖像中心連線作為基準(zhǔn)線。(如圖2所示)
[0027]當(dāng)熒光微粒偏離焦面時(shí)，探測(cè)器10將獲取新的雙旁瓣圖像，新的雙旁瓣圖像中心連線與基準(zhǔn)線之間存在一定角度(如圖2所示)，且雙旁瓣圖像中心連線和基準(zhǔn)線的夾角隨物點(diǎn)在物鏡焦點(diǎn)附近沿光軸的位置坐標(biāo)存在一定的變換關(guān)系。因此可以在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)之時(shí)，預(yù)先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，確定雙旁瓣中心連線和基準(zhǔn)線之間角度與熒光微粒在軸向上位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)計(jì)算機(jī)11中將預(yù)先存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算中直接調(diào)用。
[0028]在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，當(dāng)熒光微粒偏離焦面時(shí)，探測(cè)器10將獲取新的雙旁瓣圖像；計(jì)算機(jī)11采集新的雙旁瓣圖像后，將計(jì)算新的雙旁瓣圖像中心連線和已建立基準(zhǔn)線之間的角度，并且根據(jù)角度和離焦量對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)一步確定熒光微粒在軸向上的位置。
[0029]盡管本實(shí)用新型的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說(shuō)明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本實(shí)用新型的領(lǐng)域，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本實(shí)用新型并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。
【權(quán)利要求】
1.一種具有軸向定位功能的熒光顯微成像裝置，其特征在于，包括: 激光器，其為激光光源； 第一透鏡，設(shè)置在所述激光器光路上，所述第一透鏡位置可在所述激光器光路上前后調(diào)節(jié)； 二色鏡，用于反射激光并透射熒光，所述二色鏡設(shè)置在所述激光器光路上； 物鏡，用于聚焦由所述二色鏡反射而來(lái)的激光并收集由被激光照射物體激發(fā)出的熒光; 濾光片，用于濾除殘留激光和雜散光，并透射熒光； 筒鏡，與所述物鏡匹配，并輸出熒光； 相位板，其用于將熒光轉(zhuǎn)化為多階成像性質(zhì)的熒光光束，以保證熒光光束帶有相位信息，所述相位板和所述物鏡的光瞳處于共軛位置； 第二透鏡，其用于將具有多階成像性質(zhì)的熒光光束聚焦，所述相位板位于所述第二透鏡的后焦面上； 第三透鏡，其位于所述筒鏡和所述相位板之間，用于保證相位板和物鏡光瞳位于共軛位置； 探測(cè)器，其為CCD傳感器； 計(jì)算機(jī)，其與所述探測(cè)器相連。
2.如權(quán)利要求1所述的具有軸向定位功能的熒光顯微成像裝置，其特征在于，沿激光光路行進(jìn)方向，激光依次經(jīng)過(guò)激光器、第一透鏡、二色鏡和物鏡，并最終到達(dá)被照射樣本，被照射樣本經(jīng)激光激發(fā)后發(fā)出熒光；沿?zé)晒夤饴沸羞M(jìn)方向，熒光依次經(jīng)過(guò)物鏡、二色鏡、濾光片、筒鏡、第三透鏡、相位板和第二透鏡，并最終被探測(cè)器接收。
【文檔編號(hào)】G01B11/00GK204116229SQ201420544919
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】張運(yùn)海, 昌劍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所