CN112799221B - 一种具体分光功能共聚焦入射适配器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具体分光功能共聚焦激光光源入射适配器，包括共聚焦装置、入射光调节装置、共聚焦扫描模块及传导模块。其中,所述入射孔处设置有入射光调节装置，且所述入射光调节装置可对激光光束进入所述共聚焦装置光路位置进行调节，经所述入射光调节装置调节的所述激光光束可通过入射孔垂直进入共聚焦装置内。本发明将所述适配器各部件整合于共聚焦装置内，使其结构紧凑，体积小巧，便于装置的安装组合，方便携带及运输；并且可对多种波长的激光进行共聚焦，达到主流共聚焦仪器的所有功能，从而能满足多种目标物对不同波长激光光源的需求，扩大了本发明的适应性及灵活性。

Description

一种具体分光功能共聚焦入射适配器

技术领域

本发明属于激光共聚焦显微镜成像技术领域，具体涉及一种具体分光功能共聚焦入射适配器。

背景技术

激光扫描共聚焦显微镜是研究微细结构的有效技术手段和必备的大型科学仪器，在生物和工业检测领域具有广泛应用。该系统采用精密针孔滤波技术，使得只有处于焦平面位置上的信息能够被探测，最大限度地抑制非聚焦平面的杂散光，具有很高的成像分辨率和信噪比；同时系统沿Z轴方向可以实现无损光学断层扫描，从而实现对样品的三维成像。激光扫描共聚焦显微镜在医学、生物学、环境学等领域具有广泛的应用。

激光光源是激光扫描共聚焦显微镜的关键组成部分，由于科学研究的复杂性，需使用多种多样的荧光染料，不同的样品和荧光染料对应的激光吸收波长和荧光发射波长均不相同，因此需要激光扫描共聚焦显微镜配置多种激发波长的激光器，以能适应多种样品和荧光染料激发的需要。

目前商用的激光扫描共聚焦显微镜多配置一些固定波长的激光器，增加或调整激光器实施起来比较困难，在开展某些科学研究实验时，由于某些样品以及荧光染料和激光扫描共聚焦显微镜配置的激光器波长不匹配，使得激光扫描共聚焦显微镜得不到良好的共聚焦成像结果，同时由于激光扫描共聚焦显微镜受外界扰动及环境温度变化的不稳定性影响，常会出现聚焦焦点离焦的现象，从而导致不能长时间稳定成像、成像模糊等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具体分光功能共聚焦入射适配器，以解决上述的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具体分光功能共聚焦入射适配器，包括共聚焦装置、入射光调节装置、共聚焦扫描模块及传导模块，其中：

所述共聚焦装置侧边设置有可供激光光束垂直通过的入射孔，且所述共聚焦装置顶部设置有可供信号光垂直通过的出射孔；

所述入射孔处设置有入射光调节装置，且所述入射光调节装置可对激光光束进入所述共聚焦装置光路位置进行调节，经所述入射光调节装置调节的所述激光光束可通过入射孔垂直进入共聚焦装置内；

所述共聚焦装置内部设置有共聚焦扫描模块及传导模块，所述共聚焦扫描模块可对激光光束进行传输并对返回的所述信号光进行传输，且所述传导模块可对共聚焦扫描模块传输的信号光进行传导并由出射孔垂直射出。

优选的，所述共聚焦扫描模块包括：第一棱镜、分色镜、第一反光镜、振镜机构、场镜及镜组：所述入射孔前端固定设置有第一棱镜，所述激光光束可通过第一棱镜并由所述第一棱镜前端固定设置的分色镜反射，且经分色镜反射的所述激光光束可由所述分色镜前端固定设置的第一反光镜反射并传递至振镜机构，所述振镜机构可对激光光束进行反射并使激光光束通过场镜，所述场镜前端固定设置有镜组，且所述镜组可对激光光束进行扩束。

优选的，所述共聚焦扫描模块还包括设置于共聚焦装置外部的外置反光镜，所述外置反光镜与所述镜组为45°夹角设置，且所述外置反光镜可对激光光束进行反射，使激光光束可进入外部显微物镜，并于样品处聚焦。

优选的，所述共聚焦装置前端设置有安装孔，所述安装孔外部设置有镜筒，且所述镜筒内固定设置有镜组。

优选的，所述振镜机构包括：振镜座、X轴振镜片及Y轴振镜片，所述振镜座上设置有夹扣，可通过所述夹扣使X轴振镜片及Y轴振镜片与所述振镜座固定连接，所述X轴振镜片与所述Y轴振镜片相互垂直设置，且所述X轴振镜片与所述Y轴振镜片之间夹角可在0°-90°之间连续变化。

优选的，所述传导模块包括：固定设置于共聚焦扫描模块前端的第四反光镜，所述第四反光镜可对共聚焦扫描模块传输的所述信号光进行反射，经第四反光镜反射的所述信号光依次通过第四反光镜前端设置的第二透镜组及第二棱镜并被所述第二棱镜前端设置的第三反光镜反射，经所述第三反光镜反射的所述信号光可通过所述第三反光镜前端设置的第一透镜组并被所述第一透镜组前端设置的第二反光镜反射，所述第一反光镜与所述信号光为45°夹角设置，且经所述第二反光镜反射的所述信号光可由所述出射孔垂直射出。

优选的，所述入射光调节装置包括长方形中空外壳，且所述外壳内设置有固定反光镜及滑动板，所述滑动板上固定设置有移动反光镜，且所述滑动板后端固定设置有滑动把手，所述固定反光镜及移动反光镜均为等腰直角三角形结构，且固定反光镜及移动反光镜均具有45°的斜面，所述滑动把手贯穿入射光调节装置设置于入射光调节装置外部，且可通过滑动把手使移动反光镜发生平移，对激光光束入射位置进行平移。

优选的，所述外壳左右对应设置有固定盘，且所述固定盘上开设有第一入射口及第二入射口，所述外壳上还设置有连接盘，所述连接盘上开设有出射口，且所述外壳可通过连接盘与共聚焦装置固定连接并使出射口与所述入射孔处于同一水平轴。

优选的，所述场镜与所述镜组同轴设置，且位于所述共聚焦装置内传递的所述激光光束与所述信号光均位于同一水平面。

优选的，所述第一反光镜、第二反光镜、第三反光镜及第四反光镜均为等腰直角三角形结构，且第一反光镜、第二反光镜、第三反光镜及第四反光镜均具有45°的斜面。

本发明的技术效果和优点：该具体分光功能共聚焦入射适配器，将各部件整合于共聚焦装置内，使结构紧凑，体积小巧，便于装置的安装组合，方便携带及运输，并且共聚焦装置可处于密闭状态，不会受到灰尘及外界环境的干扰；可对多种波长的激光进行共聚焦，达到主流LSCM所有功能，从而能满足不同样品和染料对不同激光激发波长的需求，扩大了本发明的适应性及灵活性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明镜筒的具体结构示意图；

图3为本发明共聚焦装置的内部结构示意图；

图4为本发明的具体光路图；

图5为本发明的光路图；

图6为本发明入射光调节装置的结构示意图；

图7为本发明入射光调节装置的具体结构示意图；

图8为本发明振镜机构的具体结构示意图。

图中：1-共聚焦装置，2-入射光调节装置，3-共聚焦扫描模块，4-传导模块，5-激光光束，6-信号光；

11-入射孔，12-出射孔，13-安装孔，14-镜筒；

21-中空外壳，22-固定反光镜，23-滑动板，24-移动反光镜，25-滑动把手；

211-固定盘；212-第一入射口；213-第二入射口；214-连接盘；215-出射口；

31-第一棱镜，32-分色镜，33-第一反光镜，34-振镜机构，35-场镜，36-镜组，37-外置反光镜；

341-振镜座，342-X轴振镜片，343-Y轴振镜片，344-夹扣；

41-四反光镜，42-第二透镜组，43-第二棱镜，44-第三反光镜，45-第一透镜组，46-第二反光镜。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图1-8，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。

本发明提供了如图1-8中所示的一种具体分光功能共聚焦入射适配器，包括共聚焦装置1、入射光调节装置2、共聚焦扫描模块3及传导模块4，其中：

所述共聚焦装置1侧边设置有可供激光光束5垂直通过的入射孔11，且所述共聚焦装置1顶部设置有可供信号光6垂直通过的出射孔12，信号光6可由出射孔12分别到达FLIM探测器和光谱仪。

当入射孔12与FLIM探测器和光谱仪连接，并且入射孔12与入射光调节装置2固定连接后，共聚焦装置1内可处于密闭状态，使激光光束5及信号光6可在在密闭的腔体内传播，不会受到灰尘及外界的干扰，可进一步提高光路的传导效率及传导效果，使得光路稳定。

所述入射孔11处设置有入射光调节装置2，且所述入射光调节装置2可对激光光束5进入所述共聚焦装置1光路位置进行调节，经所述入射光调节装置2调节的所述激光光束5可通过入射孔11垂直进入共聚焦装置1内；

所述共聚焦装置1内部设置有共聚焦扫描模块3及传导模块4，所述共聚焦扫描模块3可对激光光束5进行传输并对返回的所述信号光6进行传输，且所述传导模块4可对共聚焦扫描模块3传输的信号光6进行传导并由出射孔12垂直射出。

具体的，所述共聚焦扫描模块3包括：第一棱镜31、分色镜32、第一反光镜33、振镜机构34、场镜35及镜组36，所述入射孔11前端固定设置有第一棱镜31，可通过第一棱镜31对激光光束5进行角度调节，所述激光光束5可通过第一棱镜31并由所述第一棱镜31前端固定设置的分色镜32反射，且经分色镜32反射的所述激光光束5可由所述分色镜32前端固定设置的第一反光镜33反射并传递至振镜机构34，振镜机构34可实现对样品的点对点高速扫描成像，能够在24帧每秒的情况下，实时显示解析点数目为400*400的影像。

所述振镜机构34可对激光光束5进行反射并使激光光束5通过场镜35，所述场镜35前端固定设置有镜组36，且所述镜组36可对激光光束5进行扩束。

具体的，所述共聚焦扫描模块3还包括设置于共聚焦装置1外部的外置反光镜37，所述外置反光镜37与所述镜组36为45°夹角设置，且所述外置反光镜37可对激光光束5进行反射，使激光光束5可进入外部显微物镜，并于样品处聚焦，并激发样本产生荧光。

具体的，所述共聚焦装置1前端设置有安装孔13，所述安装孔13外部设置有镜筒14，镜筒14可通过安装法兰固定设置于共聚焦装置1外壁并与所述安装孔13相互对应设置，且所述镜筒14内固定设置有镜组36。

具体的，所述振镜机构34包括：振镜座341、X轴振镜片342及Y轴振镜片343，所述振镜座341上设置有夹扣344，可通过所述夹扣344使X轴振镜片342及Y轴振镜片343与所述振镜座341固定连接，所述夹扣344上设置有螺纹孔，可通过螺纹孔将外部螺栓与夹扣344螺纹连接，并且通过对外部螺栓进行拧紧，可以带动夹扣344对X轴振镜片342及Y轴振镜片343进行夹紧。

所述X轴振镜片342与所述Y轴振镜片343相互垂直设置，且所述X轴振镜片342与所述Y轴振镜片343之间夹角可在0°-90°之间连续变化，并且可采用伺服电机与振镜座341连接，采用伺服电机直接带动X轴振镜342片与所述Y轴振镜343摆动，使达到一个较大的工作范围。

在本发明中，X轴振镜片342及Y轴振镜片343外表面镀有银膜，使X轴振镜片342及Y轴振镜片343具有优异紫外反射性能。

具体的，所述传导模块4包括，固定设置于共聚焦扫描模块3前端的第四反光镜41；

所述第四反光镜41可对共聚焦扫描模块3传输的所述信号光6进行反射，经第四反光镜41反射的所述信号光6依次通过第四反光镜41前端设置的第二透镜组42及第二棱镜43并被所述第二棱镜43前端设置的第三反光镜44反射，经所述第三反光镜44反射的所述信号光6可通过所述第三反光镜44前端设置的第一透镜组45并被所述第一透镜组45前端设置的第二反光镜46反射，所述第二反光镜46与所述信号光6为45°夹角设置，且经所述第二反光镜46反射的所述信号光6可由所述出射孔12垂直射出。

具体的，所述入射光调节装置2包括长方形中空外壳21，且所述外壳21内设置有固定反光镜22及滑动板23，所述滑动板23上固定设置有移动反光镜24，且所述滑动板23后端固定设置有滑动把手25，所述固定反光镜22及移动反光镜24均为等腰直角三角形结构，且固定反光镜22及移动反光镜24均具有45°的斜面，所述滑动把手25贯穿入射光调节装置2设置于入射光调节装置2外部，且可通过滑动把手25使移动反光镜24发生平移，对激光光束5入射位置进行平移，使兼容性强。

具体的，所述外壳21左右对应设置有固定盘211，且所述固定盘上开设有第一入射口212及第二入射口213，可通过固定盘211使外部激光器固定设置于第一入射口212和/或第二入射口213处，所述外壳21上还设置有连接盘214，所述连接盘214上开设有出射口215，且所述外壳21可通过连接盘214与共聚焦装置1固定连接并使出射口215与所述入射孔11处于同一水平轴。

具体的，所述场镜35与所述镜组36同轴设置，且位于所述共聚焦装置内传递的所述激光光束5与所述信号光6均位于同一水平面。

具体的，所述第一反光镜33、第二反光镜46、第三反光镜44、第四反光镜41及所述外置反光镜37均为等腰直角三角形结构，且所述第一反光镜33、第二反光镜46、第三反光镜44、第四反光镜41及所述外置反光镜37均具有45°的斜面，第一反光镜33、第二反光镜46、第三反光镜44、第四反光镜41均可采用胶粘工艺固定设置。

在本发明中，第一透镜组45、第二透镜组42及场镜35均进行深紫外增透镀膜，使紫外透过率大于75％，使本发明可在266nm、355nm和532nm紫外激发波长下，达到主流共聚焦所有功能，使可同时兼顾深紫外及常用波长激光，确保深紫外区(230-350mm)高透光率，可以克服传统LCSM对于深紫外光透过率几乎接近于零且样品基质往往有强背景信号、散射光等干扰的缺陷，进而可以显微定量分析以多环芳烃为代表的有机污染物在典型环境微界面上的迁移、转化。

并且，在本发明中采用PicoQuant VisUV型号激光器，使激光器光斑质量好，工作性能稳定，并且可以激光器在外部PC上进行线性光强度调节，使整体系统运行比较顺畅不会过于繁琐，并且激光器可产生不同波长的激光

在本发明中，共聚焦装置1内部固定设置有固定座，且固定座上设置有可对场镜进行固定安装的固定孔，固定座可通过焊接的方式固定设置于共聚焦装置1内部。

工作原理：该具体分光功能共聚焦入射适配器使用时：

步骤1：外部激光器发射出激光光束5，激光光束5透过第一棱镜31进行角度修正后，并经分色镜32及第一反光镜33反射并传递至振镜机构34；

步骤2：振镜机构34可对激光光束5进行反射调节，并使激光光束5通过场镜35，并经场镜35设置的镜组36进行扩束；

步骤3：扩束后的激光光束5可由外置反光镜37反射，使其进入外部显微物镜，并于样品处聚焦；

步骤4：聚焦光斑照明区域内的样品反射光和散射光可组成形成信号光6并由显微物镜收集并形成准直信号光6沿原光路返回，返回的信号光6可反向结构镜组36，使信号光6直径按倍率缩小；

步骤5：缩小后的信号光6可经振镜机构34及第一反光镜33反射并透过分色镜32；

步骤6：透过分色镜32的信号光6可通过第四反光镜41反射，使其透过第二透镜组42及第一棱镜31，并可经第一棱镜31进行角度修正；

步骤7：经调节修正后的信号光6可通过第三反光镜44反射，并经第一透镜组45进行扩束；

步骤8：经第一透镜组45扩束的信号光6可经第二反光镜46反射，并出射孔12垂直射出，并到达外部FLIM探测器和光谱仪。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具体分光功能共聚焦入射适配器，包括共聚焦装置(1)、入射光调节装置(2)、共聚焦扫描模块(3)及传导模块(4)，其特征在于：

所述共聚焦装置(1)侧边设置有可供激光光束(5)垂直通过的入射孔(11)，且所述共聚焦装置(1)顶部设置有可供信号光(6)垂直通过的出射孔(12)；

所述入射孔(11)处设置有入射光调节装置(2)，且所述入射光调节装置(2)可对激光光束(5)进入所述共聚焦装置(1)光路位置进行调节，经所述入射光调节装置(2)调节的所述激光光束(5)可通过入射孔(11)垂直进入共聚焦装置(1)内；

所述共聚焦装置(1)内部设置有共聚焦扫描模块(3)及传导模块(4)，所述共聚焦扫描模块(3)可对激光光束(5)进行传输并对返回的所述信号光(6)进行传输，且所述传导模块(4)可对共聚焦扫描模块(3)传输的信号光(6)进行传导并由出射孔(12)垂直射出；

所述共聚焦扫描模块(3)包括振镜机构(34)，且所述振镜机构(34)包括X轴振镜片(342)及Y轴振镜片(343)；

所述X轴振镜片(342)与所述Y轴振镜片(343)相互垂直设置，且所述X轴振镜片(342)与所述Y轴振镜片(343)之间夹角可在0°-90°之间连续变化。

2.根据权利要求1所述的一种具体分光功能共聚焦入射适配器，其特征在于，所述共聚焦扫描模块(3)包括：第一棱镜(31)、分色镜(32)、第一反光镜(33)、振镜机构(34)、场镜(35)及镜组(36)：

所述入射孔(11)前端固定设置有第一棱镜(31)，所述激光光束(5)可通过第一棱镜(31)并由所述第一棱镜(31)前端固定设置的分色镜(32)反射，且经分色镜(32)反射的所述激光光束(5)可由所述分色镜(32)前端固定设置的第一反光镜(33)反射并传递至振镜机构(34)；

所述振镜机构(34)可对激光光束(5)进行反射并使激光光束(5)通过场镜(35)，所述场镜(35)前端固定设置有镜组(36)，且所述镜组(36)可对激光光束(5)进行扩束。

3.根据权利要求1所述的一种具体分光功能共聚焦入射适配器，其特征在于：所述共聚焦扫描模块(3)还包括设置于共聚焦装置(1)外部的外置反光镜(37)，所述外置反光镜(37)与镜组(36)为45°夹角设置，且所述外置反光镜(37)可对激光光束(5)进行反射，使激光光束(5)可进入外部显微物镜，并于样品处聚焦。

4.根据权利要求1所述的一种具体分光功能共聚焦入射适配器，其特征在于：所述共聚焦装置(1)前端设置有安装孔(13)，所述安装孔(13)外部设置有镜筒(14)，且所述镜筒(14)内固定设置有镜组(36)。

5.根据权利要求2所述的一种具体分光功能共聚焦入射适配器，其特征在于：所述振镜机构(34)还包括：振镜座(341)；

所述振镜座(341)上设置有夹扣(344)，可通过所述夹扣(344)使X轴振镜片(342)及Y轴振镜片(343)与所述振镜座(341)固定连接；

6.根据权利要求1所述的一种具体分光功能共聚焦入射适配器，其特征在于，所述传导模块(4)包括：固定设置于共聚焦扫描模块(3)前端的第四反光镜(41)；

所述第四反光镜(41)可对共聚焦扫描模块(3)传输的所述信号光(6)进行反射，经第四反光镜(41)反射的所述信号光(6)依次通过第四反光镜(41)前端设置的第二透镜组(42)及第二棱镜(43)并被所述第二棱镜(43)前端设置的第三反光镜(44)反射；

经所述第三反光镜(44)反射的所述信号光(6)可通过所述第三反光镜(44)前端设置的第一透镜组(45)并被所述第一透镜组(45)前端设置的第二反光镜(46)反射；

所述第二反光镜(46)与所述信号光(6)为45°夹角设置，且经所述第二反光镜(46)反射的所述信号光(6)可由所述出射孔(12)垂直射出。

7.根据权利要求1所述的一种具体分光功能共聚焦入射适配器，其特征在于：所述入射光调节装置(2)包括长方形中空外壳(21)，且所述外壳(21)内设置有固定反光镜(22)及滑动板(23)；

所述滑动板(23)上固定设置有移动反光镜(24)，且所述滑动板(23)后端固定设置有滑动把手(25)；

所述固定反光镜(22)及移动反光镜(24)均为等腰直角三角形结构，且固定反光镜(22)及移动反光镜(24)均具有45°的斜面；

所述滑动把手(25)贯穿入射光调节装置(2)设置于入射光调节装置(2)外部，且可通过滑动把手(25)使移动反光镜(24)发生平移，对激光光束(5)入射位置进行平移。

8.根据权利要求7所述的一种具体分光功能共聚焦入射适配器，其特征在于：所述外壳(21)左右对应设置有固定盘(211)，且所述固定盘上开设有第一入射口(212)及第二入射口(213)；

所述外壳(21)上还设置有连接盘(214)，所述连接盘(214)上开设有出射口(215)，且所述外壳(21)可通过连接盘(214)与共聚焦装置(1)固定连接并使出射口(215)与所述入射孔(11)处于同一水平轴。

9.根据权利要求2所述的一种具体分光功能共聚焦入射适配器，其特征在于：所述场镜(35)与所述镜组(36)同轴设置，且位于所述共聚焦装置内传递的所述激光光束(5)与所述信号光(6)均位于同一水平面。

10.根据权利要求2或3或6所述的一种具体分光功能共聚焦入射适配器，其特征在于：第一反光镜(33)、第二反光镜(46)、第三反光镜(44)、第四反光镜(41)及外置反光镜(37)均为等腰直角三角形结构，且所述第一反光镜(33)、第二反光镜(46)、第三反光镜(44)、第四反光镜(41)及外置反光镜(37)均具有45°的斜面。

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