CN104991336B - 一种用于纵向扫描的显微镜系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于纵向扫描的显微镜系统，用于对待扫描物体进行扫描，所述显微镜系统包括显微镜物镜、液晶盒和入射光源，所述液晶盒设置于显微镜物镜和待扫描物体之间，入射光源从待扫描物体向显微镜物镜处照明。本发明的显微镜系统通过调节液晶盒的光学厚度，能够高速度而且高精度地微调显微镜物镜的焦平面的纵向位置，实现对待扫描物体精密快速地纵向扫描。

Description

一种用于纵向扫描的显微镜系统

【技术领域】

本发明涉及显微镜领域，尤其是涉及一种用于纵向扫描的显微镜系统。

【背景技术】

目前，显微镜大量用于细胞的观察。在细胞培养领域，很有必要自动化获取细胞的全貌图像，实时观察细胞生长状况。

因显微镜的物镜焦深有限，如NA0.38的10倍显微镜，焦深只有3um，当调焦在某一物面时只能获取该物面附近纵向3um范围内的清晰图像，而细胞纵向尺寸往往超出3um，超出焦深范围的部分则变得模糊。为获取及观察细胞的全貌清晰图像，需要调整显微镜焦平面的位置，在不同纵向位置分别拍下图像，并把这些图像融合起来，得到整个视场范围内都不离焦的全视场清晰图像。

在细胞培养领域，特别是干细胞培养领域，往往整个培养板内所有位置的细胞都需要观察到，为了不影响细胞的正常培养，要求成像和观察的时间不能太长。因为显微图像的视场范围很小(例如只有0.8*0.8mm)，需要在不同的横向位置拍摄数千张甚至数万张图像，才能把细胞培养板内所有横向位置都覆盖拍摄到，而且在每个横向位置，还需要纵向扫描拍摄多张图像，才能获取全视场清晰的图像。

目前，主要的方法是通过机械调焦，例如通过Z轴移动平台带动显微镜物镜移动，改变物镜纵向位置从而改变焦平面位置，实现纵向扫描拍摄，获取全视场清晰的图像。或者通过纵向的Z轴移动平台移动待扫描物体的位置，使焦平面落在待扫描物体纵向不同的部位，实现纵向扫描。

然而，通过现有技术的机械调焦方法，调焦速度较慢，精度也相对较低，达不到细胞培养领域的需求。

【发明内容】

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于纵向扫描的显微镜系统，能够高速度而且高精度地微调显微镜焦平面的纵向位置，实现精密快速地纵向扫描。

本发明采用如下技术方案：

一种用于纵向扫描的显微镜系统，用于对待扫描物体进行扫描，所述显微镜系统包括显微镜物镜、液晶盒和入射光源，所述液晶盒设置于显微镜物镜和待扫描物体之间，入射光源从待扫描物体向显微镜物镜处照明。

优选地，所述液晶盒包括液晶层、透明电极和玻璃基板，所述透明电极为两片，分别设置在液晶层的上下两侧；所述玻璃基板为两片，分别设置在所述两片透明电极远离液晶层的一侧。

优选地，所述入射光源采用线偏振光，偏振方向为垂直于所述光轴的一个方向。

优选地，，所述玻璃基板的表面涂有表面活化剂，并作锚泊取向处理，使所述液晶层导入后，液晶分子指向矢垂直于所述入射光源的光轴。

优选地，所述透明电极设置于所述玻璃基板的表面。

与现有技术相比，本发明的显微镜系统采用在显微镜物镜与待扫描物体之间增加液晶盒，通过控制液晶盒的透明电极之间的电压大小，调节液晶层的等效折射率，进而控制显微镜物镜的焦平面沿光轴的方向上下移动，使用本发明的显微镜系统，能够高速度而且高精度地微调显微镜物镜的焦平面的纵向位置，实现对待扫描物体精密快速地纵向扫描。

【附图说明】

图1是本发明用于纵向扫描的显微镜系统的示意图。

其中，附图标记说明如下：

1	显微镜物镜
		2	光轴
3	玻璃基板
		4	透明电极

5	液晶层
		6	液晶盒
X0	无液晶盒时显微镜焦平面位置
		X	有液晶盒时显微镜焦平面位置

【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。

请参阅图1，本发明提供一种显微镜系统，用于对待扫描物体(图未示)进行纵向扫描。显微镜系统包括显微镜物镜1、液晶盒6和入射光源(图未示)。入射光源具有光轴2。液晶盒6设置于显微镜物镜1的下方，待扫描物体设置于液晶盒6的下方。

液晶盒6包括液晶层5、设置在液晶层5上下两侧的两片透明电极4和分别设置在两片透明电极4远离液晶层5的一侧的玻璃基板3。

本发明的较佳实施方式中，入射光源采用线偏振光，线偏振光从下往上照明，即从待扫描物体往显微镜物镜1处照明，偏振方向为垂直于光轴2的某一个方向。线偏振光通过液晶层5时，线偏振光的有效折射率发生改变，从而改变液晶层5的光学厚度，引起显微镜物镜1的焦平面的纵向平移。

本实施方式中，玻璃基板3共有两片，分别平行设置于两片透明电极4远离液晶层5的一侧。玻璃基板3表面涂有表面活化剂，并作了锚泊取向处理，使液晶层5导入以后，液晶分子指向矢垂直于光轴2，并且与线偏振光的偏振方向垂直。本实施方式中，玻璃基板3还作为绝缘层，使得外加电场由于绝缘层减少消耗，可以以更强的电场加载于液晶层5上，使得液晶分子响应外加电场速度增快并且工作电压数值降低。

本实施方式中，透明电极4设置于液晶层5与玻璃基板3之间，可以理解，透明电极4也可以设置于玻璃基板3的表面上，只要透明电极4朝向液晶层5设置即可。

两片透明电极4之间的电压大小可调节，而且通过控制透明电极4之间的电压大小即可控制通过液晶层5的电场强度大小，从而使液晶分子的指向矢发生变化，进而改变入射光通过液晶层5时液晶层5对入射光的有效折射率，最终改变液晶层5的光学厚度，引起显微镜物镜1的焦平面的纵向平移。

请再参阅图1，忽略液晶盒6中透明电极4和玻璃基板3的厚度，认定液晶层5的物理厚度D即为液晶盒6的厚度。当显微镜系统中没有加入液晶盒6时，显微镜物镜1的焦平面位置位于X₀处；当采用本发明技术方案，在显微镜系统中加入液晶盒6时，显微镜物镜1的焦平面位置处于X处。

设液晶层5的等效折射率为n，由平板透明介质的光学性质可以得知，液晶盒6的光学厚度D_光学厚度等效为：

D_光学厚度＝D/n

因此，显微镜物镜1的焦平面向上移动的距离ΔX为：

ΔX＝X₀－X＝D－D_光学厚度＝D*(1-1/n)

因为X₀是固定不动的，所以当液晶层5的等效折射率n改变时，显微镜物镜1的焦平面将会按上式所示关系移动。因此，可以通过控制两片透明电极4之间的电压大小，调节液晶层5的等效折射率n，进而控制显微镜物镜1的焦平面沿光轴2方向上下移动，对待扫描物体分层聚焦扫描成像。

本发明的显微镜系统采用在显微镜物镜1与待扫描物体之间增加液晶盒6，通过控制液晶盒6的透明电极4之间的电压大小，调节液晶层5的等效折射率，进而控制显微镜物镜1的焦平面沿光轴2的方向上下移动，使用本发明的显微镜系统，能够高速度而且高精度地微调显微镜物镜1的焦平面的纵向位置，实现对待扫描物体精密快速地纵向扫描。

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 (2)

1.一种用于纵向扫描的显微镜系统，用于对待扫描物体进行扫描，其特征在于，所述显微镜系统包括显微镜物镜、液晶盒和入射光源，所述液晶盒设置于显微镜物镜和待扫描物体之间，入射光源从待扫描物体向显微镜物镜处照明；所述液晶盒包括液晶层、透明电极和玻璃基板，所述透明电极为两片，分别设置在液晶层的上下两侧；所述玻璃基板为两片，分别设置在所述两片透明电极远离液晶层的一侧；

所述入射光源采用线偏振光，偏振方向为垂直于所述入射光源的光轴的一个方向；

所述玻璃基板的表面涂有表面活化剂，并作锚泊取向处理，使所述液晶层导入后，液晶分子指向矢垂直于所述入射光源的光轴。

2.根据权利要求1所述的显微镜系统，其特征在于，所述透明电极设置于所述玻璃基板的表面。