CN101634747B - 高分辨率共聚焦显微镜 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种高分辨率共聚焦显微镜，包括激发光部分，由光源、调制器阵列、扩束透镜组成；样品台部分，由样品台、光学调制器阵列、物镜构成；收集光部分，由聚焦透镜、光学调制器阵列、光电倍增管构成；图像处理部分，由信号放大电路、计算机组成。本发明提出的高分辨率共聚焦显微镜具有光学调制器阵列，通过电学控制方法实现光学调制器阵列的开光控制，取代传统共聚焦显微镜的机械旋转部件和电动快门；并能够实现对扫描区域组合和孔径的自由控制。控制光学调制器阵列全部打开，则显微镜为大视场显微镜；控制调制器阵列局部打开，则为共焦扫描显微镜。可以实现样品的选区共焦成像。

Description

高分辨率共聚焦显微镜
技术领域
本发明涉及显微镜仪器设计及制备领域，特别是高分辨率共聚焦显微镜制备领域。
背景技术
共聚焦显微镜是现在在生物及微观结构领域广泛应用的仪器之一。
传统的激光扫描共焦显微镜是基于通过增大被观察物体与背景的反差来提高成像的清晰度，从而间接地提高分辨率的。
传统的共聚焦显微镜用微米级激光束作为扫描光源，逐点逐行逐面快速扫描。扫描激光与荧光收集共用一只物镜，物镜焦点及扫描激光的聚焦点，也是瞬时成像的物点。在物镜与样品之间有一机械可控旋转的狭缝台，样品上被照射的点成像于狭缝台上，调整狭缝台，使得成像恰好通过其上对应的小狭缝，这样不仅能最大限度地抑制非聚焦平面的杂散光通过，还能削弱焦平面上焦点以外的散射光的影响，从而大大提高系统的信噪比和成像清晰度。
从以上可以看出，传统的共聚焦显微镜有如下缺点：
1.狭缝台上狭缝的选择是通过机械旋转实现，影响扫描成像速度。
2.不能实现大视场显微镜功能。
与此同时，随着光通信技术的发展，各种光学调制器的发展也越来越迅速，现在的光学调制器不仅速度快、而且控制简单，可以大规模集成，完全可以在共聚焦显微镜中代替狭缝的光选择作用，有效消除杂散光及散射光的影响。同时，由于可以采用大规模光学调制器阵列，不需要通过机械旋转来进行狭缝的选择就可以直接挑选成像效果最好的点，提高了共聚焦显微镜的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高分辨率共聚焦显微镜的设计，其具有可以自由控制扫描区域，既能实现大视场显微镜功能，也能实现共焦显微镜功能，分辨率高的优点。
本发明高分辨率共聚焦显微镜，包括：
激发光部分10，由光源101、扩束透镜102、光学调制器阵列103、分光系统104组成；
样品台部分11，由样品台110、光学调制器阵列111及其控制部件、物镜112构成；
收集光部分12，由聚焦透镜120、光学调制器阵列121及其控制部件、光电倍增管阵列122构成；
图像处理部分13，由信号放大电路130、计算机131组成。
其中光源101位于扩束透镜102的焦平面上。
其中光源101为激光光源，或为荧光光源，或为高压汞灯光源，或为发光二极管。
其中光学调制器阵列103位于扩束透镜102与光源101之间，或位于扩束透镜102与分光系统104之间，或同时位于扩束透镜102与光源101及分光系统104之间。
其中光学调制器阵列111位于物镜112的焦平面上。
其中光学调制器阵列103，光学调制器阵列111，光学调制器阵列121是液晶开关阵列，或为热光调制器阵列，或为电光调制器阵列，或为声光调制器阵列，或为机械调制器阵列，或为磁光调制器阵列，或为全光调制器阵列，或为喷墨气泡调制器阵列，或为液体光栅调制器阵列。
其中光学调制器阵列103，光学调制器阵列111，光学调制器阵列121均可由相应的控制部件控制每个调制器开或关。
其中光学调制器阵列121位于聚焦透镜120的焦平面上。
其中光电倍增管阵列122中每个光电倍增管单元与光学调制器阵列121中每个光学调制器一一对准。
其中通过控制所述光学调制器阵列111和121全部打开使显微镜为大视场显微镜。
其中通过控制所述光学调制器阵列111和121局部打开使显微镜为共焦扫描显微镜。
附图说明
为进一步说明本发明的内容及特点，以下结合附图及实施例对本发明作一详细的描述，其中：
图1为高分辨率共聚焦显微镜的一种构型的结构图；
图2为高分辨率共聚焦显微镜的另一种构型的结构图；
图3为高分辨率共聚焦显微镜的又一种构型的结构图；
图4为高分辨率共聚焦显微镜的再一种构型的结构图。
具体实施方式
请参阅图1～4所示，本发明高分辨率共聚焦显微镜，包括以下部分：
第一部分是激发光部分10，由光源101、扩束透镜102、光学调制器阵列103、分光系统104组成；其中，光源101位于扩束透镜102的焦平面上，光源发出的光经扩束透镜102以后，变成平行光束，经过分光系统104后，一部分光通过物镜112会聚到光学调制器阵列111上。其中调制器阵列103不出现(如图1所示)，或者位于光源101与扩束透镜102之间(如图2所示)，或者位于扩束透镜102与分光系统104之间(如图3所示)，或者同时位于位于光源101与扩束透镜102之间及扩束透镜102与分光系统104之间(如图4所示)。
第二部分是样品台部分11，由样品台110、光学调制器阵列111及其控制部件、物镜112构成；通过控制光学调制器阵列111上调制器单元的开关，可以使得一部分激光束通过光学调制器阵列111。待观测样品放置于样品台110上，激光束打到样品上，样品成像或者受激发的光反向通过光学调制器阵列111，控制光学调制器阵列111上调制器单元的开光，可以使得成像效果最好的像通过调制器阵列111和物镜112，进入收集光部分12，而反射的杂散光则被阻挡。
第三部分是收集光部分12，由聚焦透镜120、光学调制器阵列121及其控制部件、光电倍增管阵列122构成；样品的像通过聚焦透镜120后进入光学调制器阵列121，控制光学调制器阵列121上调制器单元的开光，可以使得像通过光学调制器阵列121，而其他杂散光被挡住。通过光学调制器阵列121以后的像信息被光电倍增管阵列122中对应的光电倍增管放大，进入图像处理部分13。
第四部分是图像处理部分13，由信号放大电路130、计算机131组成。光电倍增管阵列122送入的信号被信号放大电路130放大后进入计算机131进行处理，并且被分析，存储。
由以上结构可以看出，当光学调制器阵列111和121全部打开时，将不具有共聚焦的功能，此时的显微镜为大视场显微镜。当光学调制器阵列111和121局部打开时，显微镜为共聚焦显微镜。
值得指出，上述结构仅是本实施例所采用的一种结构及其局部变形，不具有普遍性，并不对本发明有任何形式性限制。
综上所述，高分辨率共聚焦显微镜至少具有以下优点：
1.本发明高分辨率共聚焦显微镜采用光学调制器件取代机械旋转和电动快门，并能够实现对扫描区域组合和孔径的自由控制。有可能实现分辨率的提高和优化。
2.本发明高分辨率共聚焦显微镜，当光学调制器阵列全部打开，形成大视场显微镜。
3.本发明高分辨率共聚焦显微镜，当光学调制器阵列局部打开，形成共焦扫描显微镜。
以上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的的限制，凡是依据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案范围之内，因此本发明的保护范围当以权利要求书为准。

Claims (5)

1.一种高分辨率共聚焦显微镜，其特征在于，包括：
激发光部分(10)，由光源(101)、扩束透镜(102)、第一光学调制器阵列(103)和分光系统(104)组成；
其中所述光源(101)位于扩束透镜(102)的焦平面上；
第一光学调制器阵列(103)位于扩束透镜(102)与光源(101)之间，或位于扩束透镜(102)与分光系统(104)之间，或同时位于扩束透镜(102)与光源(101)及分光系统(104)之间；
样品台部分(11)，由样品台(110)、第二光学调制器阵列(111)及其控制部件和物镜(112)构成，第二光学调制器阵列(111)位于物镜(112)的焦平面上；
收集光部分(12)，由聚焦透镜(120)、第三光学调制器阵列(121)及其控制部件和光电倍增管阵列(122)构成，第三光学调制器阵列(121)位于聚焦透镜(120)的焦平面上；
所述光电倍增管阵列(122)中每个光电倍增管单元与所述第三光学调制器阵列(121)中每个光学调制器一一对准；
图像处理部分(13)，由信号放大电路(130)和计算机(131)组成。
2.根据权利要求1所述的显微镜，其特征在于，其中所述光源(101)是激光光源，或为荧光光源，或为高压汞灯光源，或为发光二极管。
3.根据权利要求1所述的显微镜，其特征在于，其中所述第一光学调制器阵列(103)、第二光学调制器阵列(111)和第三光学调制器阵列(121)为液晶开关阵列，或为热光调制器阵列，或为电光调制器阵列，或为声光调制器阵列，或为机械调制器阵列，或为磁光调制器阵列，或为全光调制器阵列，或为喷墨气泡调制器阵列，或为液体光栅调制器阵列。
4.根据权利要求1所述的显微镜，其特征在于，其中所述第一光学调制器阵列(103)、第二光学调制器阵列(111)和第三光学调制器阵列(121)均由相应的控制部件控制每个调制器开或关。
5.根据权利要求1所述的显微镜，其特征在于，当所述第二光学调制器阵列(111)和第三光学调制器阵列(121)全部打开时，显微镜为大视场显微镜；当所述第二光学调制器阵列(111)和第三光学调制器阵列(121)局部打开时，显微镜为共焦扫描显微镜。
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