CN104849252B - 一种三色荧光显微成像系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三色荧光显微成像系统，其包括三色激光合束模块、第一二向色镜、物镜以及三色荧光成像模块；所述三色激光合束模块用于将三种单色光合并成一束三色激光，投射在第一二向色镜上；第一二向色镜反射激光同时透射荧光，其用于反射三色激光，投射在物镜上；所述物镜用于透过三色激光并收集激发的混合荧光，并将收集到的混合荧光投射在第一二向色镜上，第一二向色镜用于透射混合荧光，投射在三色荧光成像模块上；所述三色荧光成像模块，用于将混合荧光分离并成像。该系统通过模块化的三色激光合束模块和三色荧光成像模块，将三色荧光成像光路合成在一起，便于调节和维护，最终实现三色荧光同时成像，消除图像间的时间差异。
Description
技术领域
本发明属于显微成像领域，更具体地，涉及一种三色荧光显微成像系统。
背景技术
在生物样本的结构成像中，荧光标记技术可以特异性的标记感兴趣的组织结构。采用不同颜色的荧光物质标记样本结构，让生物学家可以同时观察不同的结构信息。多种颜色标记的生物样本需要相应的成像系统，将不同颜色的荧光信号区分开并进行成像。现有的商业系统中，大都采用点扫描成像模式进行多色荧光的激发，采用光电倍增管进行多通道信号的采集。这种点成像的方式成像速度较慢，不适用于大面积样本成像。
如果使用线扫描的模式或者面成像的模式，往往需要科研级的线阵列相机或面阵列相机,这些相机由于体积较大，对于多通道成像来说，多个相机很难布置。再加上有不同的激光合束和激发光路的要求，系统将会变得很复杂以至于很难调校和维护。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种三色荧光显微成像系统，其目的在于通过对三色激发光路和成像光路模块化，设计出一种能同时对三波段荧光同时进行成像的荧光显微成像系统，由此解决的现有的荧光成像系统不能同时对多色荧光进行线成像或面成像，并且光路调校较为复杂的问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种三色荧光显微成像系统，其特征在于，包括三色激光合束模块、第一二向色镜、物镜以及三色荧光成像模块；所述三色激光合束模块用于将三种单色光合并成一束三色激光，投射在第一二向色镜上；第一二向色镜反射激光同时透射荧光，其用于反射三色激光，投射在物镜上；所述物镜用于透过三色激光并收集激发的混合荧光，并将收集到的混合荧光投射在第一二向色镜上，第一二向色镜用于透射混合荧光，投射在三色荧光成像模块上；所述三色荧光成像模块，用于将混合荧光分离并成像。
优选地，所述三色荧光显微成像系统，其三色荧光成像模块，包括三个科研级相机及三通道显微镜接口；所述三通道显微镜接口，包括外壳、分光模块和筒镜；所述外壳上具有三个透光孔；所述分光模块设置在外壳内部，包括平行设置的成像模块第一二向色镜和成像模块第二二向色镜，入射的混合荧光经过筒镜落在成像模块第一二向色镜上，产生第一透射光和第一反射光，其中第一透射光，通过外壳上相应位置的透光孔出射，第一反射光为宽波段光，第一反射光落在成像模块第二二向色镜上，产生第二透射光和第二反射光，第二透射光和第二反射光分别通过接口外壳上相应位置的透光孔出射，第一透射光、第二透射光和第二反射光为波段不同的荧光；入射光从第一二向色镜到各透光孔像面的光程相同；所述三个科研及相机和三个透光孔通过接口连接。
优选地，所述三色荧光显微成像系统，其三色激光合束模块，包括用于产生三中单色激光的第一至第三激光器，以及三色激光合束模块第一、第二二向色镜；所述第一、第二激光器产生的激光交点落在三色激光合束模块第一二向色镜所处的平面内，第一、第二激光器产生的激光与三色激光合束模块第一二向色镜分别呈45°，所述第一激光器产生的激光投射在三色激光合束模块第一二向色镜并透射，所述第一激光器产生的激光投射在三色激光合束模块第一二向色镜并反射，与三色激光合束模块第一二向色镜的透射激光合成第一合束激光；所述第一合束激光和第三激光器产生的激光焦点落在三色激光合束模块第二二向色镜所处的平面内，第一合束激光和第三激光器产生的激光与三色激光合束模块第二二向色镜分别呈 45°，所述第一合束激光投射在三色激光合束模块第二二向色镜并透射，所述第三激光器产生的激光投射在三色激光合束模块第二二向色镜并反射，与三色激光合束模块第二二向色镜的透射激光合成所述三色激光出射。
优选地，所述三色荧光显微成像系统，其还包括光斑整形模块，设置在三色激光合束模块和第一二向色镜之间，用于将三色激光的光斑整形成椭圆形光斑，所述三色荧光成像模块采用线成像方式。
优选地，所述三色荧光显微成像系统，其还包括进近红外光源和合束镜，所述近红外光源和三色激光通过合束镜合束后投射在第一二向色镜上。近红外光源可以在成像的过程中进行调焦并且不干扰荧光的成像。
优选地，所述三色荧光显微成像系统，其还包括三目镜筒和/或CCD、以及第二二向色镜，所述第二二向色镜设置在第一二向色镜和三色荧光成像模块之间，用于透射近红外光并投射在所述三目镜筒和/或CCD上成像，同时反射混合荧光投射在所述三色荧光成像模块上。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明提通过模块化的三色激光合束模块和三色荧光成像模块，将三色荧光成像光路合成在一起，便于调节和维护，最终实现三色荧光同时成像，消除图像间的时间差异。本发明设计紧凑，各个模块之间耦合紧密。
优选方案，采用椭圆形光斑和线扫描系统，保证了荧光成像质量和成像效率，可在对三色荧光同时成像的同时，做到高速成像，获得大量事实可靠的图像数据供分析。
优选方案，设计有近红外通道，便于数据采集时的调焦。
附图说明
图1是三色荧光成像系统结构示意图；
图2是三色荧光成像模块的结构示意图；
图3是三色荧光成像模块的外观模型；
图4是三色激光合束模块的结构示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1 为第一二向色镜，2为合束镜，3为第二二向色镜，001为物镜，002为三目镜筒，003为CCD，100为三色激光合束模块，110为第一激光器，120为第二激光器，130为第三激光器，140为三色激光合束模块第一二向色镜， 150为三色激光合束模块第二二向色镜，200为三色荧光成像模块，201为第一科研级相机，202为第二科研级相机，203,为第三科研级相机，210为三通道显微镜接口的分光模块，220为三通道显微接口的筒镜，230为三通道显微 镜接口外壳，211为成像模块第一二向色镜，212为成像模块第二二向色镜，300为光斑整形模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
以下为实施例：
一种三色荧光显微成像系统，如图1所示，包括三色激光合束模块100、第一二向色镜1、物镜001、三色荧光成像模块200、以及光斑整形模块300。
所述三色激光合束模块100，用于将三种单色光合并成一束三色激光，投射在第一二向色镜1 上。第一二向色镜能反射激光同时透射荧光，其能反射三色激光，投射在物镜1上。所述物镜能透过三色激光并收集激发的混合荧光，收集到的混合荧光投射在第一二向色镜1上，第一二向色镜1透射混合荧光，投射在三色荧光成像模块200上。所述三色荧光成像模块200，将混合荧光分离并成像，优选采用线扫描成像。光斑整形模块300，设置在三色激光合束模块100和第一二向色镜1之间，用于将三色激光的光斑整形成椭圆形光斑，所述三色荧光成像模块100采用线扫描成像方式。采用线扫描成像的方式，能大幅提高成像 效率，然而普通光斑亮度不够，会造成激发的荧光成像效果不佳，因此将光斑整形为椭圆光斑，缩小光斑面积从而提高亮度，满足成像要求，椭圆光斑，更适合线扫描成像。
所述三色荧光成像模块200，如图2所示，包括三个科研级相机201、 202、203及三通道显微镜接口。所述三通道显微镜接口，包括外壳230(如图3所示)、分光模块210和筒镜220；所述外壳230上具有三个透光孔；所述分光模块设置在外壳230内部，包括平行设置的成像模块第一二向色镜211和成像模块第二二向色镜212，入射的混合荧光经过筒镜220落在成像模块第一二向色镜211上，产生第一透射光和第一反射光，其中第一透射光，通过外壳230上相应位置的透光孔出射，第一反射光为宽波段光，第一反射光落在成像模块第二二向色镜212上，产生第二透射光和第二反射光，第二透射光和第二反射光分别通过接口外壳230上相应位置的透光孔出射，第一透射光、第二透射光和第二反射光为波段不同的荧光；入射光从第一二向色镜211到各透光孔像面的光程相同；所述三个科研级相机 201、202、203和三个透光孔通过接口连接，优选地，采用线成像。
所述三色激光合束模块100，如图4所示，包括用于产生三中单色激光的第一至第三激光器110、120、130，以及三色激光合束模块第一、第二二向色镜140、150。所述第一、第二激光器110、120产生的激光交点落在三色激光合束模块第一二向色镜140所处的平面内，第一、第二激光器110、 120产生的激光与三色激光合束模块第一二向色镜140分别呈45°，所述第一激光器110产生的激光投射在三色激光合束模块第一二向色镜140上并透射，所述第二激光器120产生的激光投射在三色激光合束模块第一二向色镜140并反射，与三色激光合束模块第一二向色镜140的透射激光合成第一合束激光；所述第一合束激光和第三激光器130产生的激光焦点落在三色激光合束模块第二二向色镜150所处的平面内，第一合束激光和第三激光器130产生的激光与三色激光合束模块第二二向色镜150分别呈 45°，所述第一合束激光投射在三色激光合束模块第二二向色镜150上并透射，所述第三激光器130产生的激光投射在三色激光合束模块第二二向色镜150上并反射，与三色激光合束模块第二二向色镜150的透射激光合成所述三色激光并出射。
优选方案，为了校准还可增设近红外光源，如图1所示，红外光源通过合束镜2，与所述三色激光合束后透射在第一二向色镜1上。为了便于对焦及观察，增设三目镜筒002和/或CCD 003、以及第二二向色镜3，所述第二二向色镜3设置在第一二向色镜1和三色荧光成像模块200之间，用于透射近红外光并投射在所述三目镜筒002和/或CCD 003上成像，同时反射混合荧光投射在所述三色荧光成像模块200上。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种三色荧光显微成像系统，其特征在于，包括三色激光合束模块(100)、第一二向色镜(1)、物镜(001)、以及三色荧光成像模块(200)；所述三色激光合束模块(100)用于将三种单色光合并成一束三色激光，光斑整形模块(300)，设置在三色激光合束模块(100)和第一二向色镜(1)之间，用于将三色激光的光斑整形成椭圆形光斑，椭圆形光斑投射在第一二向色镜(1)上；第一二向色镜(1)反射激光同时透射荧光，其用于反射三色激光，投射在物镜(001)上；所述物镜(001)用于透过三色激光并收集激发的混合荧光，并将收集到的混合荧光投射在第一二向色镜(1)上，第一二向色镜(1)用于透射混合荧光，投射在三色荧光成像模块(200)上；所述三色荧光成像模块(200)，用于将混合荧光分离并采用线成像方式成像；
还包括进近红外光源和合束镜(2)，所述近红外光源和三色激光通过合束镜(2)合束后投射在第一二向色镜(1)上；
还包括三目镜筒(002)和/或CCD(003)、以及第二二向色镜(3)，所述第二二向色镜(3)设置在第一二向色镜(1)和三色荧光成像模块(200)之间，用于透射近红外光并投射在所述三目镜筒(002)和/或CCD(003)上成像，同时反射混合荧光投射在所述三色荧光成像模块(200)上。
2.如权利要求1所述的三色荧光显微成像系统，其特征在于，所述三色荧光成像模块(200)，包括三个科研级相机(201，202，203)及三通道显微镜接口；所述三通道显微镜接口，包括外壳(230)、分光模块(210)和筒镜(220)；所述外壳(230)上具有三个透光孔；所述分光模块(210)设置在外壳(230)内部，包括成像模块第一二向色镜(211)和成像模块第二二向色镜(212)，入射的混合荧光经过筒镜(220)落在成像模块第一二向色镜(211)上，产生第一透射光和第一反射光，其中第一透射光，通过外壳(230)上相应位置的透光孔出射，第一反射光为宽波段光，第一反射光落在成像模块第二二向色镜(212)上，产生第二透射光和第二反射光，第二透射光和第二反射光分别通过接口外壳(230)上相应位置的透光孔出射，第一透射光、第二透射光和第二反射光为波段不同的荧光；入射光从第一二向色镜(1)到各透光孔像面的光程相同；所述三个科研及相机(201，202，203)和三个透光孔通过接口连接。
3.如权利要求1所述的三色荧光显微成像系统，其特征在于，所述三色激光合束模块(100)，包括用于产生三种单色激光的第一至第三激光器(110，120，130)，以及三色激光合束模块第一、第二二向色镜(140，150)；所述第一、第二激光器(110，120)产生的激光交点落在三色激光合束模块第一二向色镜(140)所处的平面内，第一、第二激光器(110，120)产生的激光与三色激光合束模块第一二向色镜(140)分别呈45°，所述第一激光器(110)产生的激光投射在三色激光合束模块第一二向色镜(140)并透射，所述第二激光器(120)产生的激光投射在三色激光合束模块第一二向色镜(140)上并反射，与三色激光合束模块第一二向色镜(140)的透射激光合成第一合束激光；所述第一合束激光和第三激光器(130)产生的激光焦点落在三色激光合束模块第二二向色镜(150)所处的平面内，第一合束激光和第三激光器(130)产生的激光与三色激光合束模块第二二向色镜(150)分别呈45°，所述第一合束激光投射在三色激光合束模块第二二向色镜(150)上并透射，所述第三激光器(130)产生的激光投射在三色激光合束模块第二二向色镜(150)上并反射，与三色激光合束模块第二二向色镜(150)的透射激光合成所述三色激光出射。
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