CN109580568A - 光纤荧光共焦显微成像装置及方法 - Google Patents

光纤荧光共焦显微成像装置及方法 Download PDF

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赵一轩
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    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
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Abstract

本发明公开了一种光纤荧光共焦显微成像装置及方法，其装置包括：共焦照明模块、光纤连接模块、共焦扫描模块和共焦探测模块；共焦照明模块包括沿光线传播方向依次设置的激光器、准直镜一、二向色镜和管镜一；光纤连接模块为多模光纤；共焦扫描模块包括沿光线传播方向依次设置的准直镜二、扫描振镜、扫描透镜、管镜二、聚焦物镜和待测样品；共焦探测模块包括沿光线传播方向依次设置的管镜三、光阑、反射式凹面光栅和线阵PMT。本发明省去了复杂的针孔调试，并且使装置更加稳定，容易装调，方便移动。

Description

光纤荧光共焦显微成像装置及方法
技术领域
本发明属于光学显微成像技术领域，更具体的说是涉及一种光纤荧光共焦显微成像装置及方法。
背景技术
共焦显微镜是一种利用逐点照明和空间针孔调制来去除样品非焦点平面的散射光的光学成像装置，相比于传统成像装置可以提高光学分辨率和视觉对比度。在常规荧光共焦显微镜中，通常需要复杂的针孔调试工作才能投入使用，并且经过一定使用时间后，需要二次调试针孔，并且装置一旦固定，便很难再次移动。
因此，如何提供一种方便移动的光纤荧光共焦显微成像装置及方法成为了本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种光纤荧光共焦显微成像装置及方法，不仅不需要调试针孔，而且装置方便移动。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种光纤荧光共焦显微成像装置，包括共焦照明模块、光纤连接模块、共焦扫描模块和共焦探测模块；其中，
所述共焦照明模块包括沿光线传播方向依次设置的激光器、准直镜一、二向色镜和管镜一；
所述光纤连接模块为多模光纤；
所述共焦扫描模块包括沿光线传播方向依次设置的准直镜二、扫描振镜、扫描透镜、管镜二、聚焦物镜和待测样品；
所述多模光纤位于所述管镜一与所述准直镜之间；
所述共焦探测模块包括沿光线传播方向依次设置的管镜三、光阑、反射式凹面光栅和线阵PMT。
优选的，所述多模光纤右端置于所述管镜一的焦点处。
优选的，所述多模光纤左端置于所述准直镜二的焦点处。
优选的，所述待测样品置于所述聚焦物镜的焦点处。
优选的，所述多模光纤芯径为50um。
优选的，所述待测样品由驱动电机驱动，每移动一次，所述线阵PMT收集一次信号，遍历完整个所述待测样品后依次排列信号，完成成像过程。
优选的，所述待测样品置于样品扫描台上，所述样品扫描台由驱动电机驱动，每移动一次，所述线阵PMT收集一次信号，遍历完整个所述待测样品后依次排列信号，完成成像过程。
一种光纤荧光共焦显微成像方法，包括以下步骤：
步骤a、激光器发出激发光，经过准直镜一之后形成平行光，平行光束经过二向色镜反射，通过管镜一聚焦至多模光纤，经过准直镜二，后依次通过扫描振镜、扫描透镜、管镜二、聚焦透镜后在待测样品上形成聚焦光斑，所述聚焦光斑激发荧光，返回探测信号；
步骤b、探测信号反射回聚焦透镜、管镜二、扫描透镜和扫描振镜，通过准直镜二、多模光纤和管镜一，通过二向色镜、管镜三、光阑以及反射式凹面光栅，被线阵PMT收集；
步骤c、待测样品由驱动电机驱动，每移动一次，线阵PMT收集一次信号，遍历完整个待测样品后依次排列信号，完成成像过程。
本发明的有益效果在于：
本发明基于光纤连接共焦照明与扫描端，并修改原照明扫描为样品扫描，省去了复杂的针孔调试，并且使装置整体更加稳定，容易装调，方便移动；光纤连接模块采用50um多模光纤，可有效降低多模光纤的模色散，增加带宽。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明的结构示意图。
其中，图中，
1-激光器；2-准直镜一；3-二向色镜；4-管镜一；5-多模光纤；6-准直镜二；7-扫描振镜；8-扫描透镜；9-管镜二；10-聚焦物镜；11-待测样品；12-管镜三；13-光阑；14-反射式凹面光栅；15-线阵PMT。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅附图1，本发明提供了一种光纤荧光共焦显微成像装置，包括共焦照明模块、光纤连接模块、共焦扫描模块和共焦探测模块；其中，
共焦照明模块包括沿光线传播方向依次设置的激光器1、准直镜一2、二向色镜3和管镜一4；
光纤连接模块为多模光纤5；
共焦扫描模块包括沿光线传播方向依次设置的准直镜二6、扫描振镜7、扫描透镜8、管镜二9、聚焦物镜10和待测样品11；
多模光纤5位于管镜一4与准直镜6之间；
共焦探测模块包括沿光线传播方向依次设置的管镜三12、光阑13、反射式凹面光栅14和线阵PMT15。
为了进一步优化上述技术方案，多模光纤5右端置于管镜一4的焦点处，减小了激光发散角度，提高了传输带宽。
为了进一步优化上述技术方案，多模光纤5左端置于准直镜二6的焦点处，减小了激光发散角度，提高了传输带宽。
为了进一步优化上述技术方案，待测样品11置于所述聚焦物镜10的焦点处，保证了样品检测的准确性。
为了进一步优化上述技术方案，多模光纤芯径为50um。
为了进一步优化上述技术方案，待测样品11由驱动电机驱动，每移动一次，线阵PMT15收集一次信号，遍历完整个待测样品11后依次排列信号，完成成像过程。
为了进一步优化上述技术方案，待测样品11置于样品扫描台上，样品扫描台由驱动电机驱动，每移动一次，线阵PMT15收集一次信号，遍历完整个待测样品11后依次排列信号，完成成像过程。
为了进一步优化上述技术方案，线阵PMT15所接收的散射光信号经过反射式凹面光栅14的调制，分离成不同波长的反射光信号，波长由箭头所示方向变大。
实施例2
本发明提供了一种光纤荧光共焦显微成像方法，包括以下步骤：
步骤a、激光器1发出激发光，经过准直镜一2之后形成平行光，平行光束经过二向色镜3反射，通过管镜一4聚焦至多模光纤5，经过准直镜二6，后依次通过扫描振镜7、扫描透镜8、管镜二9、聚焦透镜10后在待测样品11上形成聚焦光斑，所述聚焦光斑激发荧光，返回探测信号；
步骤b、探测信号反射回聚焦透镜10、管镜二9、扫描透镜8和扫描振镜7，通过准直镜二6、多模光纤5和管镜一4，通过二向色镜3、管镜三12、光阑13以及反射式凹面光栅14，被线阵PMT15收集；
步骤c、待测样品11或放置待测样品11的扫描台由驱动电机驱动，每移动一次，线阵PMT15收集一次信号，遍历完整个待测样品11后依次排列信号，完成成像过程。
本发明基于光纤连接共焦照明与扫描端，并修改原照明扫描为样品扫描，省去了复杂的针孔调试，并且使装置整体更加稳定，容易装调，方便后续移动观测目标；光纤连接模块采用50um多模光纤5，可有效降低多模光纤的模色散，增加带宽；聚焦透镜10的设置保证了扫描样品上较高的成像分辨率，光斑尺寸失真小；增设反射式凹面光栅14能够有效避免光源不稳定性、出射光谱带宽不一致、光栅叠级等问题对测量结果的影响，同时具有多波长同时测量、高光通量、高光谱分辨率、高波数精度、抗杂散光强的优点。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种光纤荧光共焦显微成像装置，其特征在于，包括共焦照明模块、光纤连接模块、共焦扫描模块和共焦探测模块；其中，
所述共焦照明模块包括沿光线传播方向依次设置的激光器(1)、准直镜一(2)、二向色镜(3)和管镜一(4)；
所述光纤连接模块为多模光纤(5)；
所述共焦扫描模块包括沿光线传播方向依次设置的准直镜二(6)、扫描振镜(7)、扫描透镜(8)、管镜二(9)、聚焦物镜(10)和待测样品(11)；
所述多模光纤(5)位于所述管镜一(4)与所述准直镜(6)之间；
所述共焦探测模块包括沿光线传播方向依次设置的管镜三(12)、光阑(13)、反射式凹面光栅(14)和线阵PMT(15)。
2.根据权利要求1所述的光纤荧光共焦显微成像装置，其特征在于，所述多模光纤(5)右端置于所述管镜一(4)的焦点处。
3.根据权利要求2所述的光纤荧光共焦显微成像装置，其特征在于，所述多模光纤(5)左端置于所述准直镜二(6)的焦点处。
4.根据权利要求1所述的光纤荧光共焦显微成像装置，其特征在于，所述待测样品(11)置于所述聚焦物镜(10)的焦点处。
5.根据权利要求1-4任一项所述的光纤荧光共焦显微成像装置，其特征在于，所述待测样品(11)由驱动电机驱动，每移动一次，所述线阵PMT(15)收集一次信号，遍历完整个所述待测样品(11)后依次排列信号，完成成像过程。
6.根据权利要求1-4任一项所述的光纤荧光共焦显微成像装置，其特征在于，所述待测样品(11)置于样品扫描台上，所述样品扫描台由驱动电机驱动，每移动一次，所述线阵PMT(15)收集一次信号，遍历完整个所述待测样品(11)后依次排列信号，完成成像过程。
7.一种根据权利要求1-6中任一项所述光纤荧光共焦显微成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a、激光器(1)发出激发光，经过准直镜一(2)之后形成平行光，平行光束经过二向色镜(3)反射，通过管镜一(4)聚焦至多模光纤(5)，经过准直镜二(6)，后依次通过扫描振镜(7)、扫描透镜(8)、管镜二(9)、聚焦透镜(10)后在待测样品(11)上形成聚焦光斑，所述聚焦光斑激发荧光，返回探测信号；
步骤b、探测信号反射回聚焦透镜(10)、管镜二(9)、扫描透镜(8)和扫描振镜(7)，通过准直镜二(6)、多模光纤(5)和管镜一(4)，通过二向色镜(3)、管镜三(12)、光阑(13)以及反射式凹面光栅(14)，被线阵PMT(15)收集；
步骤c、待测样品(11)由驱动电机驱动，每移动一次，线阵PMT(15)收集一次信号，遍历完整个待测样品(11)后依次排列信号，完成成像过程。
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