CN105319694A - 一种共聚焦光学扫描仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种共聚焦光学扫描仪，特别涉及使用入射角度可调的环形照明的共聚焦光学扫描仪。本共聚焦光学扫描仪包括：光源，第一准直镜，激发滤光镜，长焦距环形透镜，短焦距环形透镜，内圆锥反射镜，外圆锥反射镜，汇聚透镜，第二准直镜，照明针孔，二色分光镜，X-Y扫描振镜，扫描透镜，发射滤光镜，成像透镜、成像针孔和检测器。所述两个环形透镜的光轴和焦点重合；所述内圆锥反射镜和外圆锥反射镜具有相同的圆锥角，可沿光轴相互位移，进而改变照明的入射角度。本共聚焦光学扫描仪不改变对位于显微镜物镜焦面样品的照明，避免或减少对位于显微镜物镜非焦面样品的轴向照明，降低了来自非焦面样品的干扰，从而提高了成像的轴向分辨率。

Description

一种共聚焦光学扫描仪

技术领域

本发明涉及一种共聚焦光学扫描仪，特别涉及使用入射角度可调的环形照明的共聚焦光学扫描仪。本发明主要应用于生物医学显微成像领域，也可用于材料研究和集成电路芯片检测成像。

背景技术

随着细胞生物学研究的深入，荧光显微镜成像的应用越来越普遍，共聚焦显微成像更是受到广泛的重视。目前的共聚焦成像系统使用的均为传统的、均匀的光源，照明光经透镜汇聚穿过针孔，再经由显微镜的物镜照明样品，最后由探测器采集样品通过物镜和针孔反射或发射的光信号，以获得具有一定轴向分辨率的共聚焦图像。其中，照明光对位于物镜焦面的样品部分的照明，要强于位于物镜非焦面的样品部分。非焦面样品的光信号一部分被共聚焦成像系统的针孔阻挡，一部分仍能通过针孔被探测器检测为噪声。

如图2所示，对于透光的生物样品，照明光从共聚焦显微成像系统的光源1发出，除了照射到位于显微镜物镜的焦平面的样品17a外，同样照射位于物镜16的非焦面的样品17b，照明强度随非焦面样品17b与焦平面的轴向距离增加而迅速降低。如果增大共聚焦显微成像系统的照明针孔8或成像针孔15的直径，则轴向分辨率降低，获得的共聚焦图像亮度增加。这表明使用传统照明方式，无法避免对非焦面的样品17b的照明，而非焦面样品17b的信号相对于焦面样品17a的信号而言，为共聚焦成像系统的图像噪声，该噪声降低了图像的信噪比，降低了共聚焦成像系统的轴向分辨率。

另外，使用传统准直光源的共聚焦显微成像系统对非焦面样品17b的照明，也加快了非焦面样品17b的荧光染料的焠灭。因而，在使用共聚焦显微成像系统对样品进行长时间照明或三维扫描成像时，对焦面样品17a和非焦面样品17b的荧光抗焠灭要求更高，加大了科研实验的难度。

发明内容

本发明的目的，是针对目前各种共聚焦显微成像系统不足进行改进，不改变对位于显微镜物镜16的焦面样品17a照明，同时避免或减少对位于所述物镜16的非焦面样品17b的轴向照明，降低了来自非焦面样品17b的反射光或发射的荧光，从而降低了图像的噪声、提高了图像的信噪比，提高了成像的轴向分辨率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

如图1所示，本发明包括：光源1，第一准直镜2，激发滤光镜3，长焦距环形透镜4，短焦距环形透镜5，内圆锥反射镜6a，外圆锥反射镜6b，汇聚透镜7，照明针孔8，第二准直镜9，二色分光镜10，X-Y扫描振镜11，扫描透镜12，发射滤光镜13，成像透镜14，成像针孔15和检测器18：

所述长焦距环形透镜4为环形凸透镜，其光轴平行于所述第一准直镜2的光轴，

所述短焦距环形透镜5的光轴与所述长焦距环形透镜4的光轴重合，所述短焦距环形透镜5的焦点与所述长焦距环形透镜4的焦点重合；

所述短焦距环形透镜5可以是环形凸透镜或环形凹透镜；

所述长焦距环形透镜4和短焦距环形透镜5组成的环形透镜组可以用环形光阑19替代；

所述内圆锥反射镜6a的中心轴与所述第一准直镜2的光轴重合，其侧面为反光面；

所述外圆锥反射镜6b的中心轴与所述第一准直镜2的光轴重合，其侧面为反光面；

所述外圆锥反射镜6b的圆锥角与所述内圆锥反射镜6a的圆锥角相等；

所述内圆锥反射镜6a和外圆锥反射镜6b可沿所述第一准直镜2的光轴相互位移；

所述汇聚透镜7的光轴与所述第一准直镜2的光轴重合；

本发明的优点如下：相比传统的共聚焦光学扫描仪，本发明提高了成像的轴向分辨率。

附图说明

图1：本发明的第一种实施例的示意图：A为大角度入射，B为小角度入射；

图2：传统共聚焦光学扫描仪示意图

图3：本发明的第二种实施例的示意图

图4：本发明的第三种实施例的示意图

图面说明：

1-光源；2-第一准直镜；3-激发滤光镜；4-长焦距环形透镜；5-短焦距环形透镜；6a-内圆锥反射镜；6b-外圆锥反射镜；7-汇聚透镜；8-照明针孔；9-第二准直镜；10-二色分光镜；11-X-Y扫描振镜；12-扫描透镜；13-发射滤光镜；14-成像透镜；15-成像针孔；16-显微镜物镜；17a-焦面样品；17b-非焦面样品；18-检测器；19-环形光阑。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步描述本发明。

实施例1

图1是第一种与本发明相关的共聚焦光学扫描仪示意图：

在本实施例中，光源1发射的光经过第一准直镜2准直为平行光，再经过激发滤光镜3得到特定波段的平行激发光束；平行激发光束经过长焦距环形透镜4汇聚为环形光圈，然后被短焦距环形透镜5准直为前环形平行光束；前环形平行光束先后被内圆锥反射镜6a和外圆锥反射镜6b反射，变为直径更大的后环形平行光束，通过改变内圆锥反射镜6a和外圆锥反射镜6b的相互位置调节后环形平行光束的直径；后环形平行光束经过汇聚透镜7汇聚穿过照明针孔8，然后再由第二准直镜9准直为小直径的环形平行激发光，其直径与后环形平行光束的直径相关；环形平行激发光经过二色分光镜10被X-Y扫描振镜11反射，经过扫描透镜12和显微镜物镜16汇聚照明位于显微镜物镜16的焦面样品17a,焦面样品17a发射的荧光经过显微镜物镜16、扫描透镜12被X-Y扫描振镜11和二色分光镜10反射，穿过发射滤光镜13被成像透镜14汇聚穿过成像针孔15，达到检测器18。

环形平行激发光经过显微镜物镜16以后，其传播方向与显微镜物镜16的光轴有一定的夹角，不沿光轴传播。因此，在显微镜物镜16的光轴上，只有焦面样品17a，而位于显微镜物镜16非焦面的样品17b不能被照明，不能发射荧光，从而降低了图像的噪声、提高了图像的信噪比，提高了成像的轴向分辨率。

实施例2

图3是第二种与本发明相关的共聚焦光学扫描仪示意图，与实施例1的具体区别如下：短焦距环形透镜5为凹透镜。

实施例3

图4是第三种与本发明相关的共聚焦光学扫描仪示意图，与实施例1的具体区别如下：以环形光阑19替代长焦距环形透镜4和短焦距环形透镜5，简化了结构，降低了制造难度和成本。

Claims (3)

1.一种共聚焦光学扫描仪，包括光源，第一准直镜，激发滤光镜，长焦距环形透镜，短焦距环形透镜，内圆锥反射镜，外圆锥反射镜，汇聚透镜，照明针孔，第二准直镜，二色分光镜，X-Y扫描振镜，扫描透镜，发射滤光镜，成像透镜，成像针孔和检测器，其特征在于：

所述长焦距环形透镜为环形凸透镜，其光轴平行于所述第一准直镜的光轴，

所述短焦距环形透镜的光轴与所述长焦距环形透镜的光轴重合，所述短焦距环形透镜的焦点与所述长焦距环形透镜的焦点重合；

所述内圆锥反射镜的中心轴与所述第一准直镜的光轴重合，其侧面为反光面；

所述外圆锥反射镜的中心轴与所述第一准直镜的光轴重合，其侧面为反光面；

所述外圆锥反射镜的圆锥角与所述内圆锥反射镜的圆锥角相等；

所述内圆锥反射镜和外圆锥反射镜可沿所述第一准直镜的光轴方向相互位移。

2.根据权利要求1所述的共聚焦光学扫描仪，短焦距环形透镜可以是环形凸透镜或环形凹透镜。

3.一种共聚焦光学扫描仪，包括光源，第一准直镜，激发滤光镜，环形光阑，外圆锥反射镜，内圆锥反射镜，汇聚透镜，照明针孔，第二准直镜，二色分光镜，X-Y扫描振镜，扫描透镜，发射滤光镜，成像透镜，成像针孔和检测器，其特征在于：

所述长焦距环形透镜为环形凸透镜，其光轴平行于所述第一准直镜的光轴，

所述环形光阑垂直于所述第一准直镜的光轴中心，位于所述第一准直镜光轴上；

所述内圆锥反射镜的中心轴与所述第一准直镜的光轴重合，其侧面为反光面；

所述外圆锥反射镜的中心轴与所述第一准直镜的光轴重合，其侧面为反光面；

所述外圆锥反射镜的圆锥角与所述内圆锥反射镜的圆锥角相等；

所述内圆锥反射镜和外圆锥反射镜可沿所述第一准直镜的光轴方向相互位移。