CN110031962A - 荧光显微镜镜头及荧光显微镜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及显微镜技术领域，具体涉及一种荧光显微镜镜头及荧光显微镜，旨在为了解决位于不同区域的成像目标多视野成像和同步成像的问题。本发明荧光显微镜镜头包括支架及均安装于支架的梯度折射率透镜、分支光路传输装置、合并光路传输装置、二向色镜、光源组件和图像采集装置，光源组件、二向色镜、合并光路传输装置、分支光路传输装置依次光路连接以形成激发光通道；梯度折射率透镜、分支光路传输装置、合并光路传输装置、二向色镜和图像采集装置依次光路连接以形成成像光通道；梯度折射率透镜和分支光路传输装置均为至少两个并且一一对应。本发明的荧光显微镜镜头能够实现对不同区域的成像目标实现多视野、同步成像。
Description
技术领域
本发明涉及显微镜领域，具体涉及一种荧光显微镜镜头及荧光显微镜。
背景技术
脑微内窥成像技术是一种新兴的生物荧光成像技术。它不仅可以通过对脑内钙敏感蛋白的荧光标记实现对细胞水平单个神经元放电活动的高速记录，而且在较大的视野范围内具有很好的空间分辨率，可以获得良好的空间信息。除此以外它还可以通过对血红蛋白的标记，实现在细胞水平对血管结构以及血液微循环变化进行实时成像。这些技术优点提示如果能在磁共振环境下展开BOLD-FMRI(血氧水平依赖功能磁共振成像，其英文全称为functional magnetic resonance imaging of blood oxygenlevel dependent，是一种新兴的神经影像学方式，其原理是利用磁振造影来测量神经元活动所引发之血液动力的改变。由于fMRI的非侵入性、没有辐射暴露问题与其较为广泛的应用，从1990年代开始就在脑部功能定位领域占有一席之地。目前主要是运用在研究人及动物的脑或脊髓)与脑微内窥技术同步成像，将对BOLD血氧信号的神经机制研究带来突破性的进展。
但是已有的成像方法都是局限在单脑区、单视野、小范围，无法实现跨脑区、多视野同时成像。理论上可以通过并行安装多台来实现多脑区、多视野成像，但由于小动物特别是小鼠的体积非常小，没足够的空间安装多台成像设备，同时，多台独立成像设计之间还需要解决同步记录的难题，因此迫切需要一种荧光成像系统，以解决或至少减轻上述问题的发生。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决无法实现对位于不同区域的成像目标多视野成像及同步成像的问题，本发明实施例第一方面提供了一种荧光显微镜镜头，包括支架及安装于所述支架的梯度折射率透镜、分支光路传输装置、合并光路传输装置、二向色镜、光源组件和图像采集装置，其中：
所述光源组件、所述二向色镜、所述合并光路传输装置、所述分支光路传输装置依次光路连接以形成激发光通道，以为由所述光源组件发出的激发光提供传输通道；
所述梯度折射率透镜、所述分支光路传输装置、所述合并光路传输装置、所述二向色镜和所述图像采集装置依次光路连接以形成成像光通道，以为成像目标受所述激发光激发而发出的荧光提供传输通道；
所述梯度折射率透镜和所述分支光路传输装置一一对应，且设置为多个。
在一些优选实施例中，所述图像采集装置包括第一滤光片和图像传感器，所述第一滤光片设置在所述图像传感器与所述二向色镜之间。
在一些优选实施例中，所述图像采集装置还包括消色差透镜，所述消色差透镜设置在所述第一滤光片与所述图像传感器之间。
在一些优选实施例中，所述光源组件包括第二滤光片和发光单元，所述第二滤光片设置在所述发光单元与所述二向色镜之间。
在一些优选实施例中，所述发光单元包括LED光源和驱动所述LED光源的LED驱动电路，所述LED光源与所述LED驱动电路电性连接。
在一些优选实施例中，所述LED光源为蓝光LED二极管，所述第一滤光片为绿色滤光片，所述第二滤光片为蓝色滤光片。
在一些优选实施例中，所述图像传感器为CMOS图像传感器。
在一些优选实施例中，所述分支光路传输装置和所述合并光路传输装置均为光纤。
本发明实施例第二方面公开了一种荧光显微镜，其包括任一上述的荧光显微镜镜头。
在一些优选实施例中，所述荧光显微镜还包括与所述光源及图像采集装置通信连接的上位机，以对所述光源及图像采集装置输出的图像存储和/或分析。
本发明的有益效果为：
由光源组件发出的激发光沿激发光通道依次经二向色镜、合并光路传输装置、多个分支光路传输装置和多个梯度折射率透镜后照射到位于不同区域的成像目标，受该激发光的激发成像目标发出成像光(即荧光)，成像光沿成像光通道依次经梯度折射率透镜、分支光路传输装置、合并光路传输装置后二向色镜传输至图像采集装置，在图像采集装置成像，以供观察和分析。
由于梯度折射率透镜、分支光路传输装置均为至少两个并且一一对应，使得激发光可沿不同的分支光路传输装置→梯度折射率透镜照射到多处的成像目标，相应地，多处的成像目标受该激发光激发会将成像光沿不同的梯度折射率透镜→分支光路传输装置传输回图像采集装置，由此实现对位于多个不同的区域的成像目标成像，结构简单，体积小、重量轻，并且，由于采用同一个图像采集装置，使得多个成像目标的成像同步性高。
附图说明
图1是荧光显微镜镜头的一实施例的结构示意图；
图2是荧光显微镜镜头的又一实施例的结构示意图。
附图标记及说明：
1、梯度折射率透镜；2、分支光路传输装置；3、合并光路传输装置；4、二向色镜；5、图像采集装置；51、第一滤光片；52、消色差透镜；53、图像传感器；6、光源组件；61、第二滤光片；62、LED光源；63、LED驱动电路。
具体实施方式
为使本发明的实施例、技术方案和优点更加明显，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
本发明实施例第一方面公开了一种荧光显微镜镜头，参见图1，其包括支架(图中未示出)及安装于支架的梯度折射率透镜1、分支光路传输装置2、合并光路传输装置3、二向色镜4、光源组件6和图像采集装置5，其中：
光源组件6、二向色镜4、合并光路传输装置3、分支光路传输装置2依次光路连接以形成激发光通道，以为由光源组件6发出的激发光提供传输通道；
梯度折射率透镜1、分支光路传输装置2、合并光路传输装置3、二向色镜4和图像采集装置5依次光路连接以形成成像光通道，以为成像目标受激发光激发而发出的荧光提供传输通道；
梯度折射率透镜1和分支光路传输装置2一一对应，且设置为多个。
由光源组件6发出的激发光沿激发光通道依次经二向色镜4、合并光路传输装置3、多个分支光路传输装置2和多个梯度折射率透镜1后照射到位于不同区域的成像目标，受该激发光的激发成像目标发出成像光(即荧光)，成像光沿成像光通道依次经梯度折射率透镜1、分支光路传输装置2、合并光路传输装置3后二向色镜4传输至图像采集装置5，在图像采集装置5成像，以供观察和分析。
由于梯度折射率透镜1、分支光路传输装置2均为至少两个并且一一对应，使得激发光可沿不同的分支光路传输装置2→梯度折射率透镜1照射到多处的成像目标，相应地，多处的成像目标受该激发光激发会将成像光沿不同的梯度折射率透镜1→分支光路传输装置2传输回图像采集装置5，由此实现对位于多个不同的区域的成像目标成像，结构简单，体积小、重量轻，并且，由于采用同一个图像采集装置5，使得多个成像目标的成像同步性高。
本领域技术人员可知，梯度折射率透镜1和分支光路传输装置2可以根据实际需要选用不同的数量。
需要说明的是，图像采集装置5的一种具体结构，参见图2，包括第一滤光片51和图像传感器53，第一滤光片51设置在图像传感器53与二向色镜4之间。图像传感器53用于将接收到的荧光成像，第一滤光片51用于将成像光中的杂光过滤掉，仅使位于某一波段的单色光(如第一滤光片51为绿色滤光片时，该单色光为绿光)通过，提高成像效果。
另外，图像采集装置5还包括消色差透镜52，消色差透镜52设置在第一滤光片51与图像传感器53之间。通过消色差透镜52消除从第一滤光片51进入图像传感器53的成像光的色差，进一步提高了成像质量。消色差透镜52由两种光学性质不同的玻璃制成的凸、凹透镜粘合而成。常用折射率较小而色散本领较大的冕玻璃制成凸透镜，用折射率较大而色散本领较小的火石玻璃制成凹透镜。消色差透镜52一般只能把被认为是主要的两种色光的像点重合在一起，从而消除这两种色光的色差。例如，对于助视光学仪器，考虑到是用眼睛直接观察，可消除C线(波长656.3纳米的红光)和F线(波长486.1纳米的蓝光)的色差；对于照相镜头，从光化学方面考虑，可消除D线(波长589.3纳米的黄光)和G线(波长430.8纳米的紫光)的色差。虽对其它色光仍有剩余色差，但对一般应用来说影响不大，可认为基本上消除了色差。
具体地，光源组件6的一种具体结构为，其包括第二滤光片61和发光单元第二滤光片61设置在发光单元与二向色镜4之间。发光单元用于发出上述的激发光，第二滤光片61用于将发光单元发出的光中的杂光过滤掉，仅使位于某一波段的单色光(如第二滤光片61为蓝色滤光片时，该单色光为蓝光)通过，提高激发光的激发有效性，最终也提高了成像效果。
发光单元的一种具体形式为，其包括LED光源62和驱动LED光源62的LED驱动电路63，LED光源62与LED驱动电路63电性连接。LED光源62具备寿命长、发光强度大、成本低等诸多有点，同时，当采用LED光源62时，该发光单元还可包括与LED光源62电性连接的LED驱动电路63，以驱动LED光源62发光，从而使得LED光源62工作稳定，减小供电电路波动对LED光源62的影响。本领域技术人员可知，LED光源62和LED驱动电路63为公知技术，就该二者不再做详细说明。
LED光源62为蓝光LED二极管，第一滤光片51为绿色滤光片，第二滤光片61为蓝色滤光片。当然，本领域技术人员可知的是，LED光源62、第一滤光片51和第二滤光片61还可以根据实际情况选择其他颜色，不做过多说明。
图像传感器53为CMOS图像传感器53。CMOS图像传感器53是一种典型的固体成像传感器，与CCD有着共同的历史渊源。CMOS图像传感器53通常由像敏单元阵列、行驱动器、列驱动器、时序控制逻辑、AD转换器、数据总线输出接口、控制接口等几部分组成,这几部分通常都被集成在同一块硅片上。其工作过程一般可分为复位、光电转换、积分、读出几部分。
分支光路传输装置2和合并光路传输装置3均为光纤。不同之处在于，由于传输信息量的不同(分支光路传输装置2相比合并光路传输装置3传输的信息量小)。
本实施例中的支架用于对梯度折射率透镜1、分支光路传输装置2、合并光路传输装置3、二向色镜4、光源组件6和图像采集装置5进行固定安装，可以为任意结构。
本发明实施例第二方面公开了一种荧光显微镜，其包括任一上述的荧光显微镜镜头。由于包括上述的荧光显微镜镜头，荧光显微镜也应当具有上述的荧光显微镜镜头的特点，即能够解决相同的技术问题和带来相同的有益效果。所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的荧光显微镜镜头的具体结构及有关说明，可以参考前述荧光显微镜镜头实施例中的对应描述，在此不再赘述。
荧光显微镜还包括与图像采集装置5通信连接的上位机，以对图像采集装置5输出的图像存储和/或分析，从而实现要对荧光显微镜所成的像存储和后期分析。当然，荧光显微镜镜头采用如图2所示的结构时，上位机应当与图像传感器53通信连接。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种荧光显微镜镜头，其特征在于，包括支架及安装于所述支架的梯度折射率透镜、分支光路传输装置、合并光路传输装置、二向色镜、光源组件和图像采集装置，其中：
所述光源组件、所述二向色镜、所述合并光路传输装置、所述分支光路传输装置依次光路连接以形成激发光通道，以为由所述光源组件发出的激发光提供传输通道；
所述梯度折射率透镜、所述分支光路传输装置、所述合并光路传输装置、所述二向色镜和所述图像采集装置依次光路连接以形成成像光通道，以为成像目标受所述激发光激发而发出的荧光提供传输通道；
所述梯度折射率透镜和所述分支光路传输装置一一对应，且设置为多个。
2.根据权利要求1所述的荧光显微镜镜头，其特征在于，所述图像采集装置包括第一滤光片和图像传感器，所述第一滤光片设置在所述图像传感器与所述二向色镜之间。
3.根据权利要求2所述的荧光显微镜镜头，其特征在于，所述图像采集装置还包括消色差透镜，所述消色差透镜设置在所述第一滤光片与所述图像传感器之间。
4.根据权利要求1、2或3所述的荧光显微镜镜头，其特征在于，所述光源组件包括第二滤光片和发光单元，所述第二滤光片设置在所述发光单元与所述二向色镜之间。
5.根据权利要求4所述的荧光显微镜镜头，其特征在于，所述发光单元包括LED光源和驱动所述LED光源的LED驱动电路，所述LED光源与所述LED驱动电路电性连接。
6.根据权利要求5所述的荧光显微镜镜头，其特征在于，所述LED光源为蓝光LED二极管，所述第一滤光片为绿色滤光片，所述第二滤光片为蓝色滤光片。
7.根据权利要求6所述的荧光显微镜镜头，其特征在于，所述图像传感器为CMOS图像传感器。
8.根据权利要求4所述的荧光显微镜镜头，其特征在于，所述分支光路传输装置和所述合并光路传输装置均为光纤。
9.一种荧光显微镜，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的荧光显微镜镜头梯度折射率透镜梯度折射率透镜。
10.根据权利要求9所述的荧光显微镜，其特征在于，所述荧光显微镜还包括与所述光源及图像采集装置通信连接的上位机，以对所述光源及图像采集装置输出的图像存储和/或分析。
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