CN103698307A - 激光扫描共聚焦显微系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光扫描共聚焦显微系统，通过在激光单元配置具有多种波长的激光，从而满足了多种染料对不同激光的需求，扩大了激光扫描共聚焦显微系统的适应性；同时，上述激光单元可以根据用户的需要灵活地配置激光，既可以对基本配置的激光进行调整，又可以扩展新的激光，简便易行，能够满足具体的用户对多样化激光的需求。

Description

激光扫描共聚焦显微系统

技术领域

本发明涉及显微镜光学检测技术领域，尤其是涉及一种激光扫描共聚焦显微系统。

背景技术

激光扫描共聚焦显微镜（Laser Scanning Confocal Microscopy；LSCM）是研究微细结构的有效技术手段和必备的大型科学仪器，在生物和工业检测领域得到了广泛应用。该系统采用精密针孔滤波技术，使得只有处于焦平面位置上的信息能够被探测，最大限度地抑制了非聚焦平面的杂散光，具有很高的成像分辨率和信噪比；同时系统沿Z轴方向可以实现无损光学断层扫描，从而实现对较厚样本的三维成像。用于生物医学研究的激光扫描共聚焦显微镜，在组织生物学、细胞生物学、分子生物学、基因学、胚胎学、神经学、病理学、免疫学、流行病学、肿瘤、细菌学、病毒学等领域具有广阔的应用。

激光光源是共聚焦显微镜的关键部分，由于生物医学研究的复杂性，存在着多种多样的荧光染料，不同的荧光染料对应的激光吸收谱和荧光发射谱均不相同，因而需要共聚焦显微镜中配置多种波长的激光器，以能适应多种染料激发的需要。

目前商用的激光扫描共聚焦显微镜多配置一些固定波长的激光器，增加或调整激光器实施起来比较困难，在开展某些生物医学实验时，由于荧光染料和系统具有的激光波长不匹配，使得系统得不到好的共聚焦成像结果。在共聚焦显微镜系统中配置很多种激光器似乎能解决问题，但这会带来其它问题，一方面系统的体积、复杂性和造价会增大很多，另一方面对于一个具体的用户，其中的一些激光器可能用得很少，造成很大的浪费。

发明内容

本发明的目的是：提供一种激光扫描共聚焦显微系统，该激光扫描共聚焦显微系统能够满足实际应用中多种荧光染料对激光的要求，增加共聚焦显微镜系统的适用性。

本发明的技术方案是：一种激光扫描共聚焦显微系统，包括激光单元、声光调制器、二色镜单元、XY扫描振镜、扫描透镜、筒镜、物镜、成像透镜、针孔、荧光探测单元及控制单元，所述控制单元与所述声光调制器、所述二色镜单元、所述XY扫描振镜均电性连接；

所述激光单元包括基本配置激光单元和扩展激光单元，所述基本配置激光单元包括多路不同波长的激光及分别与所述激光对应的激光二色镜，所述激光二色镜能够反射对应的所述激光并透射其它激光，所述扩展激光单元用于安装扩展激光及与所述扩展激光对应的激光二色镜；

所述二色镜单元包括基本配置二色镜组件和扩展二色镜组件，所述基本配置二色镜组件包括激光荧光二色镜和激光荧光多色镜，所述激光荧光二色镜与所述基本配置激光单元中激光相互对应，所述激光荧光二色镜的通光范围与所述基本配置激光单元中对应的激光波长匹配且能够反射与之对应的激光并透射与之对应的激光激发的荧光，所述激光荧光多色镜的通光范围与所述基本配置激光单元中的激光波长匹配且能够同时反射所述基本配置激光单元中的多路激光并透射所述基本配置激光单元中的多路激光激发的荧光，所述扩展二色镜组件用于安装通光范围与所述扩展激光的波长匹配的激光荧光二色镜；

从所述基本配置激光单元和所述扩展激光单元中出射的光束被与之对应的所述激光二色镜反射后形成合束光束；

所述合束光束进入所述声光调制器，在所述控制单元的控制下所述声光调制器对入射的所述合束光束进行选通和功率调节；

所述控制单元控制所述二色镜单元进行切换运动将与经所述声光调制器后的光束对应的激光荧光二色镜或激光荧光多色镜移入光路中，对应的所述激光荧光二色镜或激光荧光多色镜对入射的激光进行反射，反射后的激光进入所述XY扫描振镜，经所述XY扫描振镜扫描反射出的光束依次经所述扫描透镜、筒镜、物镜后在所述物镜的焦面处聚焦并激发样本产生荧光；

所述荧光依次经所述物镜、筒镜、扫描透镜后进入到所述XY扫描振镜，经所述XY扫描振镜扫描反射后进入所述激光荧光二色镜或激光荧光多色镜，所述激光荧光二色镜或激光荧光多色镜透射进入的荧光并经所述成像透镜聚焦在所述针孔处，再由所述荧光探测单元探测，经图像重建后得到共聚焦图像。

下面对上述技术方案进一步解释：

所述基本配置激光单元包括4路不同波长的激光及与所述激光对应的4个激光二色镜，所述4路不同波长的激光的波长分别为405纳米、488纳米、561纳米及638纳米。

所述扩展激光单元包括1路扩展激光及与所述扩展激光的波长匹配的激光二色镜。

本发明的优点是：

本发明提供的激光扫描共聚焦显微系统通过在激光单元配置具有多种波长的激光，从而能满足多种染料对不同激光的需求，扩大了激光扫描共聚焦显微系统的适应性；同时，上述激光单元可以根据用户的需要灵活地配置激光，既可以对基本配置的激光进行调整，又可以扩展新的激光，简便易行，能够满足具体的用户对多样化激光的需求。

附图说明

图1为本发明实施例提供的激光扫描共聚焦显微系统结构示意图。

其中：激光单元110、声光调制器120、二色镜单元130、XY扫描振镜140、扫描透镜150、筒镜160、物镜170、成像透镜180、针孔190、荧光探测单元1110、控制单元1120、基本配置激光单元111、扩展激光单元112、基本配置二色镜组件131、扩展二色镜组件132。

具体实施方式

请参考图1，图1为本发明实施例提供的激光扫描共聚焦显微系统结构示意图100。

激光扫描共聚焦显微系统100包括激光单元110、声光调制器120、二色镜单元130、XY扫描振镜140、扫描透镜150、筒镜160、物镜170、成像透镜180、针孔190、荧光探测单元1110及控制单元1120。

其中，激光单元110包括基本配置激光单元111和扩展激光单元112，基本配置激光单元111包括多路不同波长的激光及分别与激光对应的激光二色镜，激光二色镜能够反射对应的激光并透射其它激光，扩展激光单元112用于安装扩展激光及与扩展激光对应的激光二色镜。

基本配置激光单元111包括4路不同波长的激光1111（1112、1113、1114）及与激光对应的4个激光二色镜1115（1116、1117、1118），4路激光的波长分别为405纳米、488纳米、561纳米及638纳米。可以理解，上述激光的数量及其波长只是其中较佳的实施方式，而在实际中并不局限于上述4路激光及其波长，还可以为更多路的激光和其他的波长范围。

扩展激光单元112预留出了位置用于安放1路扩展激光，该扩展激光由一个激光1121和与之对应的激光二色镜1122组成，用户可以根据需要来配置合适波长的激光和激光二色镜。可以理解，扩展激光单元112预留出了位置用于安放1路扩展激光及其对应的激光二色镜只是较佳的一种实施方式，而在实际中，可以扩展多路激光。

二色镜单元130包括基本配置二色镜组件131和扩展二色镜组件132，基本配置二色镜组件131包括激光荧光二色镜1311（1312、1313、1314）和激光荧光多色镜1315，激光荧光二色镜与基本配置激光单元111中激光相互对应，激光荧光二色镜的通光范围与基本配置激光单元111中对应的激光波长匹配且能够反射与之对应的激光并透射与之对应的激光激发的荧光，激光荧光多色镜的通光范围与基本配置激光单元111中的激光波长匹配且能够同时反射基本配置激光单元中111的四路激光并透射基本配置激光单元111中的四路激光激发的荧光；扩展二色镜组件132用于安装通光范围与扩展激光的波长匹配的激光荧光二色镜1321。可以理解，基本配置二色镜组件131中的激光荧光二色镜与基本配置激光单元111中激光对应，同时，基本配置二色镜组件131中还包括一个激光荧光多色镜；而扩展二色镜组件132中安装的激光荧光二色镜数量与扩展激光单元112中激光相对应。

请再参阅图1，其中，单箭头表示为激光的光路，双箭头表示为荧光的光路。上述激光扫描共聚焦显微系统100的工作过程为：

基本配置激光单元111和扩展激光单元112中的激光出射的光束被与之对应的激光二色镜反射形成合束光束；

合束光束进入声光调制器120，在控制单元1120的控制下声光调制器120对入射的合束光束进行选通和功率调节，可以理解，声光调制器对入射激光进行选通和功率调节，可以只允许一路激光通过，也可以允许基本配置激光单元的4路激光同时通过；

控制单元1120控制二色镜单元130进行切换运动将与经声光调制器120后的光束对应的激光荧光二色镜或激光荧光多色镜移入光路中，对应的激光荧光二色镜或激光荧光多色镜对入射的激光进行反射，反射后的激光进入XY扫描振镜140，经XY扫描振镜140扫描反射出的光束依次经扫描透镜150、筒镜160、物镜170后在物镜170的焦面处聚焦并激发样本A产生荧光；

上述荧光依次经物镜170、筒镜160、扫描透镜150后进入到XY扫描振镜140，经XY扫描振镜140扫描反射后进入激光荧光二色镜或激光荧光多色镜，激光荧光二色镜或激光荧光多色镜透射进入的荧光并经成像透镜180聚焦在针孔190处，再由荧光探测单元1110探测，经图像重建后得到共聚焦图像。

本发明提供的激光扫描共聚焦显微系统100通过在激光单元110配置具有多种波长的激光，从而满足了多种染料对不同激光的需求，扩大了激光扫描共聚焦显微系统100的适应性；同时，上述激光单元110可以根据用户的需要灵活地配置激光，既可以对基本配置的激光进行调整，又可以扩展新的激光，简便易行，能够满足具体的用户对多样化激光的需求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的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的范围内。

Claims (3)

1.一种激光扫描共聚焦显微系统，其特征在于，包括激光单元、声光调制器、二色镜单元、XY扫描振镜、扫描透镜、筒镜、物镜、成像透镜、针孔、荧光探测单元及控制单元，所述控制单元与所述声光调制器、所述二色镜单元、所述XY扫描振镜均电性连接；

所述激光单元包括基本配置激光单元和扩展激光单元，所述基本配置激光单元包括多路不同波长的激光及分别与所述激光对应的激光二色镜，所述激光二色镜能够反射对应的所述激光并透射其它激光，所述扩展激光单元用于安装扩展激光及与所述扩展激光对应的激光二色镜；

所述二色镜单元包括基本配置二色镜组件和扩展二色镜组件，所述基本配置二色镜组件包括激光荧光二色镜和激光荧光多色镜，所述激光荧光二色镜与所述基本配置激光单元中激光相互对应，所述激光荧光二色镜的通光范围与所述基本配置激光单元中对应的激光波长匹配且能够反射与之对应的激光并透射与之对应的激光激发的荧光，所述激光荧光多色镜的通光范围与所述基本配置激光单元中的激光波长匹配且能够同时反射所述基本配置激光单元中的多路激光并透射所述基本配置激光单元中的多路激光激发的荧光，所述扩展二色镜组件用于安装通光范围与所述扩展激光的波长匹配的激光荧光二色镜；

从所述基本配置激光单元和所述扩展激光单元中出射的光束被与之对应的所述激光二色镜反射后形成合束光束；

所述合束光束进入所述声光调制器，在所述控制单元的控制下所述声光调制器对入射的所述合束光束进行选通和功率调节；

所述控制单元控制所述二色镜单元进行切换运动将与经所述声光调制器后的光束对应的激光荧光二色镜或激光荧光多色镜移入光路中，对应的所述激光荧光二色镜或激光荧光多色镜对入射的激光进行反射，反射后的激光进入所述XY扫描振镜，经所述XY扫描振镜扫描反射出的光束依次经所述扫描透镜、筒镜、物镜后在所述物镜的焦面处聚焦并激发样本产生荧光；

所述荧光依次经所述物镜、筒镜、扫描透镜后进入到所述XY扫描振镜，经所述XY扫描振镜扫描反射后进入所述激光荧光二色镜或激光荧光多色镜，所述激光荧光二色镜或激光荧光多色镜透射进入的荧光并经所述成像透镜聚焦在所述针孔处，再由所述荧光探测单元探测，经图像重建后得到共聚焦图像。

2.根据权利要求1所述的激光扫描共聚焦显微系统，其特征在于，所述基本配置激光单元包括4路不同波长的激光及与所述激光对应的4个激光二色镜，所述4路不同波长的激光的波长分别为405纳米、488纳米、561纳米及638纳米。

3.根据权利要求1所述的激光扫描共聚焦显微系统，其特征在于，所述扩展激光单元包括1路扩展激光及与所述扩展激光的波长匹配的激光荧光二色镜。

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