CN113866970B - 集成超分辨和共聚焦功能的显微镜系统及方法 - Google Patents

集成超分辨和共聚焦功能的显微镜系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光学显微成像技术领域，公开了一种集成超分辨和共聚焦功能的显微镜系统及方法，该系统包括：第一光源到样品依次设有超分辨准直模块、可移动的第一平面反射镜、第一二向色镜和显微物镜，样品到超分辨像面依次设有显微物镜、第一二向色镜、平面反射镜和超分辨筒镜；在处于共聚焦模式时，移走第一平面反射镜，且，第二光源到样品依次设有共聚焦准直模块、第二二向色镜、第一振镜、第二振镜、第一二向色镜和显微物镜，样品到共聚焦像面依次设有显微物镜、第一二向色镜、第二振镜、第一振镜、第二二向色镜和共聚焦成像模块；本发明通过在第二振镜后面放置一个平面反射镜，实现在共聚焦光路基础上耦合入超分辨光路，光路切换简单，成本低。

Description

集成超分辨和共聚焦功能的显微镜系统及方法
技术领域
本发明涉及光学显微成像技术领域，尤其涉及一种集成超分辨和共聚焦功能的显微镜系统及方法。
背景技术
随着科学技术的不断发展，人们对光学显微成像的认识也不断深入，与此同时也提出了更高的要求。看得更细、看得更清楚已经成了不断追求的目标。为了解决这个问题，一系列相应的技术也随之诞生。2006年以来各国研究人员提出共聚焦扫描显微镜(Confocal laser scanning microscope，CLSM)、随机光学重构显微镜(stochasticoptical reconstruction microscopy，STORM)、受激辐射耗尽显微镜(stimulatedemission depletion，STED)、结构光超分辨显微镜(Structure IlluminationMicroscopy，SIM)等。
以上技术超高分辨率的技术都是单一存在的，没有出现集成2种或者2种以上在一个设备上的，在实际使用过程中，在使用2种或者2种以上超高分辨率功能时，设备转换繁琐，效率低，成本高。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种集成超分辨和共聚焦功能的显微镜系统及方法，旨在解决现有技术中在使用2种或者2种以上超高分辨率功能时，设备转换繁琐，效率低，成本高的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种集成超分辨和共聚焦功能的显微镜系统，包括：
第一光源到样品依次设有超分辨准直模块、可移动的第一平面反射镜、第一二向色镜和显微物镜；
控制器，用于在接收到超分辨模式指令时，控制所述第一光源发射第一激光；
所述超分辨准直模块用于对所述第一激光进行准直扩束，所述第一平面反射镜用于将准直扩束后的第一准直光束反射到所述第一二向色镜上，所述第一二向色镜用于将所述第一准直光束反射到所述显微物镜；
所述显微物镜，用于将所述第一准直光束汇聚在物镜焦面上，以激发被荧光染色的样品并激发出第一特定波段的荧光；
所述样品到超分辨像面依次设有所述显微物镜、所述第一二向色镜、第二平面反射镜和超分辨筒镜；
所述第一二向色镜用于通过所述第一特定波段的荧光，所述第二平面反射镜用于将通过所述第一二向色镜的所述第一特定波段的荧光反射到所述超分辨筒镜；
所述超分辨筒镜，用于对所述第一特定波段的荧光进行汇聚，在所述超分辨像面处成像；
所述控制器，还用于在接收到共聚焦模式指令时，控制移走所述第一平面反射镜，且，第二光源到所述样品依次设有共聚焦准直模块、第二二向色镜、第一振镜、第二振镜、所述第一二向色镜和所述显微物镜；
所述控制器，还用于控制所述第二光源发射第二激光，所述共聚焦准直模块用于对所述第二激光进行准直扩束，所述第二二向色镜用于将准直扩束后的第二准直光束反射到所述第一振镜，所述第一振镜用于将所述第二准直光束反射到所述第二振镜，所述第二振镜用于将所述第二准直光束反射到所述第一二向色镜，所述第一二向色镜用于将所述第二准直光束反射到所述显微物镜，其中，所述第二激光不同于所述第一激光；
所述显微物镜，用于将所述第二准直光束汇聚在物镜焦面上，以激发被荧光染色的所述样品并激发出第二特定波段的荧光，其中，所述第二特定波段的荧光不同于所述第一特定波段的荧光；
所述样品到共聚焦像面依次设有所述显微物镜、所述第一二向色镜、所述第二振镜、所述第一振镜、所述第二二向色镜和共聚焦成像模块；
所述第一二向色镜用于将所述第二特定波段的荧光反射到所述第二振镜，所述第二振镜用于将所述第二特定波段的荧光反射到所述第一振镜，所述第一振镜用于将所述第二特定波段的荧光反射到所述第二二向色镜；
所述控制器，还用于控制所述第一振镜和所述第二振镜摆动；
所述第二二向色镜，用于通过所述第二特定波段的荧光，以使所述第二特定波段的荧光进入共聚焦成像模块；
所述共聚焦成像模块，用于对所述第二特定波段的荧光进行聚焦，在所述共聚焦像面处成像。
优选地，所述共聚焦准直模块包括依次设置的两个单镜片和一个双胶合透镜。
优选地，所述第一光源为第一激光器，所述第二光源为第二激光器，所述第二激光的波段包括405nm、488nm、561nm或638nm，所述第一激光的波段包括532nm或638nm。
优选地，所述共聚焦成像模块包括依次设置的一个单镜片和一个双胶合透镜。
优选地，所述超分辨准直模块包括依次设置的两个单镜片和一个双胶合透镜。
优选地，在处于共聚焦模式时，将所述第一二向色镜替换为第三平面反射镜。
优选地，所述单镜片为玻璃球面镜，所述双胶合透镜为玻璃球面镜。
优选地，所述第一光源和所述超分辨准直模块均平行于空间坐标系的X轴放置，所述第一平面反射镜与所述X轴呈预设角度放置；
所述第一二向色镜与所述第一平面反射镜平行放置，所述第二平面反射镜与所述空间坐标系的Z轴呈所述预设角度放置，所述超分辨筒镜与所述Z轴平行放置；
所述第二光源和所述共聚焦准直模块均平行于所述Z轴放置，所述第二二向色镜与所述Z轴呈所述预设角度放置，所述第一振镜的旋转轴与所述第二振镜的旋转轴垂直。
优选地，所述预设角度为45°或135°。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种集成超分辨和共聚焦功能的显微镜方法，基于如上文所述的系统，所述方法包括：
所述控制器在接收到超分辨模式指令时，控制所述第一光源发射第一激光；
所述超分辨准直模块对所述第一激光进行准直扩束，所述第一平面反射镜将准直扩束后的第一准直光束反射到所述第一二向色镜上，所述第一二向色镜将所述第一准直光束反射到所述显微物镜；
所述显微物镜将所述第一准直光束汇聚在物镜焦面上，以激发被荧光染色的样品并激发出第一特定波段的荧光；
所述第一二向色镜通过所述第一特定波段的荧光，所述第二平面反射镜将通过所述第一二向色镜的所述第一特定波段的荧光反射到所述超分辨筒镜；
所述超分辨筒镜对所述第一特定波段的荧光进行汇聚，在所述超分辨像面处成像；
所述控制器，在接收到共聚焦模式指令时，控制移走所述第一平面反射镜，并控制所述第二光源发射第二激光；
所述共聚焦准直模块对所述第二激光进行准直扩束，所述第二二向色镜将准直扩束后的第二准直光束反射到所述第一振镜，所述第一振镜将所述第二准直光束反射到所述第二振镜，所述第二振镜将所述第二准直光束反射到所述第一二向色镜，所述第一二向色镜将所述第二准直光束反射到所述显微物镜；
所述控制器，还用于控制所述第一振镜和所述第二振镜摆动，以实现所述样品的所有行列扫描成像；
所述显微物镜将所述第二准直光束汇聚在物镜焦面上，以激发被荧光染色的所述样品并激发出第二特定波段的荧光，其中，所述第二特定波段的荧光不同于所述第一特定波段的荧光；
所述第一二向色镜将所述第二特定波段的荧光反射到所述第二振镜，所述第二振镜将所述第二特定波段的荧光反射到所述第一振镜，所述第一振镜将所述第二特定波段的荧光反射到所述第二二向色镜；
所述第二二向色镜，用于通过所述第二特定波段的荧光，以使所述第二特定波段的荧光进入共聚焦成像模块；
所述共聚焦成像模块对所述第二特定波段的荧光进行聚焦，在所述共聚焦像面处成像。
本发明中，所述集成超分辨和共聚焦功能的显微镜系统包括：第一光源到样品依次设有超分辨准直模块、可移动的第一平面反射镜、第一二向色镜和显微物镜；控制器，用于在接收到超分辨模式指令时，控制所述第一光源发射第一激光；所述超分辨准直模块用于对所述第一激光进行准直扩束，所述第一平面反射镜用于将准直扩束后的第一准直光束反射到所述第一二向色镜上，所述第一二向色镜用于将所述第一准直光束反射到所述显微物镜；所述显微物镜，用于将所述第一准直光束汇聚在物镜焦面上，以激发被荧光染色的样品并激发出第一特定波段的荧光；所述样品到超分辨像面依次设有所述显微物镜、所述第一二向色镜、第二平面反射镜和超分辨筒镜；所述第一二向色镜用于通过所述第一特定波段的荧光，所述第二平面反射镜用于将通过所述第一二向色镜的所述第一特定波段的荧光反射到所述超分辨筒镜；所述超分辨筒镜，用于对所述第一特定波段的荧光进行汇聚，在所述超分辨像面处成像；所述控制器，还用于在接收到共聚焦模式指令时，控制移走所述第一平面反射镜，且，第二光源到所述样品依次设有共聚焦准直模块、第二二向色镜、第一振镜、第二振镜、所述第一二向色镜和所述显微物镜；所述控制器，还用于控制所述第二光源发射第二激光，所述共聚焦准直模块用于对所述第二激光进行准直扩束，所述第二二向色镜用于将准直扩束后的第二准直光束反射到所述第一振镜，所述第一振镜用于将所述第二准直光束反射到所述第二振镜，所述第二振镜用于将所述第二准直光束反射到所述第一二向色镜，所述第一二向色镜用于将所述第二准直光束反射到所述显微物镜，其中，所述第二激光不同于所述第一激光；所述显微物镜，用于将所述第二准直光束汇聚在物镜焦面上，以激发被荧光染色的所述样品并激发出第二特定波段的荧光，其中，所述第二特定波段的荧光不同于所述第一特定波段的荧光；所述样品到共聚焦像面依次设有所述显微物镜、所述第一二向色镜、所述第二振镜、所述第一振镜、所述第二二向色镜和共聚焦成像模块；所述第一二向色镜用于将所述第二特定波段的荧光反射到所述第二振镜，所述第二振镜用于将所述第二特定波段的荧光反射到所述第一振镜，所述第一振镜用于将所述第二特定波段的荧光反射到所述第二二向色镜；所述控制器，还用于控制所述第一振镜和所述第二振镜摆动；所述第二二向色镜，用于通过所述第二特定波段的荧光，以使所述第二特定波段的荧光进入共聚焦成像模块；所述共聚焦成像模块，用于对所述第二特定波段的荧光进行聚焦，在所述共聚焦像面处成像。本发明通过在第二振镜后面放置一个平面反射镜，实现在共聚焦光路基础上耦合入超分辨光路，光路切换简单，成本低。
附图说明
图1是本发明集成超分辨和共聚焦功能的显微镜系统实施例的结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
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。
参照图1，提出本发明集成超分辨和共聚焦功能的显微镜系统实施例。
在本实施例中，所述集成超分辨和共聚焦功能的显微镜系统，包括：
第一光源01到样品依次设有超分辨准直模块02、可移动的第一平面反射镜03、第一二向色镜04和显微物镜05；
控制器，用于在接收到超分辨模式指令时，控制所述第一光源01发射第一激光。
应理解的是，所述第一光源01可以是第一激光器，所述第一激光器发射的所述第一激光为可见光，波段在400-700nm以内。所述控制器用于控制所述第一激光器的开关。所述系统还包括计算机，所述计算机作为所述控制器的上位机，用于发送所述超分辨模式指令至所述控制器。
所述超分辨准直模块02用于对所述第一激光进行准直扩束，所述第一平面反射镜03用于将准直扩束后的第一准直光束反射到所述第一二向色镜04上，所述第一二向色镜04用于将所述第一准直光束反射到所述显微物镜05；
所述显微物镜05，用于将所述第一准直光束汇聚在物镜焦面上，以激发被荧光染色的样品并激发出第一特定波段的荧光。
需要说明的是，所述超分辨准直模块02对所述第一激光进行准直扩束后获得所述第一准直光束，所述第一准直光束通过所述第一平面反射镜03反射到所述第一二向色镜04上，进入到所述显微物镜05中汇聚在物镜焦面上，激发被荧光染色的所述样品，并激发出所述第一特定波段的荧光，所述第一特定波段取值范围为558～680，具体根据不同的荧光染料而定。
所述样品到超分辨像面依次设有所述显微物镜05、所述第一二向色镜04、第二平面反射镜06和超分辨筒镜07；
所述第一二向色镜04用于通过所述第一特定波段的荧光，所述第二平面反射镜06用于将通过所述第一二向色镜04的所述第一特定波段的荧光反射到所述超分辨筒镜07；
所述超分辨筒镜07，用于对所述第一特定波段的荧光进行汇聚，在所述超分辨像面处成像。
在具体实现中，所述第一激光无法通过所述第一二向色镜04，则在所述第一激光到达所述第一二向色镜04时，被反射到所述显微物镜05中。所述第一特定波段的荧光可以穿过所述第一二向色镜04，则在所述第一特定波段的荧光，到达所述第一二向色镜04时，通过所述第一二向色镜04后经过所述第二平面反射镜06反射进入到超分辨筒镜07中，最后成像在所述超分辨像面上。
所述控制器，还用于在接收到共聚焦模式指令时，控制移走所述第一平面反射镜03，且，第二光源08到所述样品依次设有共聚焦准直模块09、第二二向色镜10、第一振镜11、第二振镜12、所述第一二向色镜04和所述显微物镜05。
可理解的是，所述计算机，用于发送所述共聚焦模式指令至所述控制器，所述控制器在接收到共聚焦模式指令时，根据所述共聚焦模式指令控制移走所述第一平面反射镜03。
所述控制器，还用于控制所述第二光源08发射第二激光，所述共聚焦准直模块09用于对所述第二激光进行准直扩束，所述第二二向色镜10用于将准直扩束后的第二准直光束反射到所述第一振镜11，所述第一振镜11用于将所述第二准直光束反射到所述第二振镜12，所述第二振镜12用于将所述第二准直光束反射到所述第一二向色镜04，所述第一二向色镜04用于将所述第二准直光束反射到所述显微物镜05；
所述显微物镜05，用于将所述第二准直光束汇聚在物镜焦面上，以激发被荧光染色的所述样品并激发出第二特定波段的荧光，其中，所述第二特定波段的荧光不同于所述第一特定波段的荧光。
需要说明的是，所述第二光源08可以是第二激光器，所述第二激光器发射的所述第二激光为可见光，波段在400-700nm以内，其中，所述第二激光不同于所述第一激光，所述第二激光的波段可以是405nm、488nm、561nm或638nm四个波段，所述第一激光的波段可以是532nm或638nm两个波段。所述控制器用于控制所述第二激光器的开关。
所述第二激光器发出的第二激光通过所述共聚焦准直模块09进行准直扩束后，达到所述第二二向色镜10时被反射到所述第一振镜11和所述第二振镜12的平面反射镜上面，所述第二准直光束被所述第二振镜12反射后，到达所述第一二向色镜04，被所述第一二向色镜04反射进入到所述所述显微物镜05中汇聚在物镜焦面上，激发被荧光染色后的所述样品并激发出所述第二特定波段的荧光。
所述样品到共聚焦像面依次设有所述显微物镜05、所述第一二向色镜04、所述第二振镜12、所述第一振镜11、所述第二二向色镜10和共聚焦成像模块13；
所述第一二向色镜04用于将所述第二特定波段的荧光反射到所述第二振镜12，所述第二振镜12用于将所述第二特定波段的荧光反射到所述第一振镜11，所述第一振镜11用于将所述第二特定波段的荧光反射到所述第二二向色镜10；
所述控制器，还用于控制所述第一振镜11和所述第二振镜12摆动；
所述第二二向色镜10，用于通过所述第二特定波段的荧光，以使所述第二特定波段的荧光进入共聚焦成像模块13；
所述共聚焦成像模块13，用于对所述第二特定波段的荧光进行聚焦，在所述共聚焦像面处成像。
在具体实现中，所述第二特定波段的荧光不同于所述第一特定波段的荧光，所述第二特定波段的荧光无法通过所述第一二向色镜04，则在所述第二特定波段的荧光到达所述第一二向色镜04时，被反射到所述第二振镜12和所述第一振镜11的平面反射镜上，再反射到所述第二二向色镜10。所述第二特定波段的荧光可穿透所述第二二向色镜10，则在所述第二特定波段的荧光，到达所述第二二向色镜10时，通过所述第二二向色镜10后进入到所述共聚焦成像模块13中，最后成像在所述共聚焦像面上。
所述第一振镜11和所述第二振镜12呈90°放置，所述控制器控制所述第一振镜11和所述第二振镜12摆动，以实现所述样品的所有行列的扫描成像。
进一步地，所述共聚焦准直模块包括依次设置的两个单镜片和一个双胶合透镜。
需要说明的是，所述共聚焦准直模块中前面2个单镜片对光纤耦合输出的激光器进行扩束，所述共聚焦准直模块中的双胶合透镜包含三个面，其中两个为凹面，一个为凸面，所述双胶合透镜对光源进行准直。整个系统灵活结合单镜片以及胶合镜片，匹配激光器输出光纤的NA，消除了可见光(400-700nm)的色差，可以适用于这个波段的光源。且，所述共聚焦准直模块中的单镜片为玻璃球面镜的单镜片，双胶合透镜为玻璃球面镜的双胶合透镜。
进一步地，所述共聚焦成像模块包括依次设置的一个单镜片和一个双胶合透镜。
可理解的是，所述共聚焦成像模块中的双胶合透镜包含三个面，其中两个为凸面，一个为凹面，针对荧光起到了汇聚的作用，保证物面返回的荧光可以完美的汇聚在焦点上。且，所述共聚焦成像模块中的单镜片为玻璃球面镜的单镜片，双胶合透镜为玻璃球面镜的双胶合透镜。
进一步地，所述超分辨准直模块包括依次设置的两个单镜片和一个双胶合透镜。
应理解的是，所述超分辨准直模块中前面2个单镜片对光纤耦合输出的激光器进行扩束，所述超分辨准直模块中的双胶合透镜包含三个面，其中两个为凹面，一个为凸面，所述双胶合透镜对光源进行准直。且，所述超分辨准直模块中的单镜片为玻璃球面镜的单镜片，双胶合透镜为玻璃球面镜的双胶合透镜。
在本实施例中，共聚焦光路的所述共聚焦准直模块、所述超分辨准直模块、以及超分辨光路中的所述超分辨准直模块均属于自主开发设计，该系统避免使用非球面透镜，而全部采用玻璃球面镜完成，通过单镜片与双胶合透镜的组合，实现了可见光范围的准直扩束以及聚焦成像功能。并且玻璃成本较非球面玻璃更低，更加有利于生产加工。
在另一实施例中，在处于共聚焦模式时，将所述第一二向色镜04替换为第三平面反射镜。
需要说明的是，在处于共聚焦模式时，所述第一二向色镜只需对所述第二激光和所述第二特定波段的荧光进行反射，则可将将所述第一二向色镜04替换为第三平面反射镜。在所述第一平面反射镜在允许控制范围内时，也可直接移动所述第一平面反射镜至所述第一二向色镜04的位置处替换掉所述第一二向色镜04即可。
进一步地，所述第一光源01和所述超分辨准直模块02均平行于空间坐标系的X轴放置，所述第一平面反射镜03与所述X轴呈预设角度放置；
所述第一二向色镜04与所述第一平面反射镜04平行放置，所述第二平面反射镜06与所述空间坐标系的Z轴呈所述预设角度放置，所述超分辨筒镜07与所述Z轴平行放置；
所述第二光源02和所述共聚焦准直模块09均平行于所述Z轴放置，所述第二二向色镜04与所述Z轴呈所述预设角度放置，所述第一振镜11的旋转轴与所述第二振镜12的旋转轴垂直。
进一步地，所述预设角度为45°或135°。
在本实施例中，光路切换简单，分别使用共聚焦和超分辨时，只需要通过切入或者移走平面反射镜1，即可实现，成本低、切换效果高。
基于上述集成超分辨和共聚焦功能的显微镜系统实施例，提出本发明集成超分辨和共聚焦功能的显微镜方法实施例。
在本实施例中，所述方法包括：
所述控制器在接收到超分辨模式指令时，控制所述第一光源发射第一激光；
所述超分辨准直模块对所述第一激光进行准直扩束，所述第一平面反射镜将准直扩束后的第一准直光束反射到所述第一二向色镜上，所述第一二向色镜将所述第一准直光束反射到所述显微物镜；
所述显微物镜将所述第一准直光束汇聚在物镜焦面上，以激发被荧光染色的样品并激发出第一特定波段的荧光；
所述第一二向色镜通过所述第一特定波段的荧光，所述第二平面反射镜将通过所述第一二向色镜的所述第一特定波段的荧光反射到所述超分辨筒镜；
所述超分辨筒镜对所述第一特定波段的荧光进行汇聚，在所述超分辨像面处成像；
所述控制器，在接收到共聚焦模式指令时，控制移走所述第一平面反射镜，并控制所述第二光源发射第二激光；
所述共聚焦准直模块对所述第二激光进行准直扩束，所述第二二向色镜将准直扩束后的第二准直光束反射到所述第一振镜，所述第一振镜将所述第二准直光束反射到所述第二振镜，所述第二振镜将所述第二准直光束反射到所述第一二向色镜，所述第一二向色镜将所述第二准直光束反射到所述显微物镜；
所述控制器，还用于控制所述第一振镜和所述第二振镜摆动，以实现所述样品的所有行列扫描成像；
所述显微物镜将所述第二准直光束汇聚在物镜焦面上，以激发被荧光染色的所述样品并激发出第二特定波段的荧光，其中，所述第二特定波段的荧光不同于所述第一特定波段的荧光；
所述第一二向色镜将所述第二特定波段的荧光反射到所述第二振镜，所述第二振镜将所述第二特定波段的荧光反射到所述第一振镜，所述第一振镜将所述第二特定波段的荧光反射到所述第二二向色镜；
所述第二二向色镜，用于通过所述第二特定波段的荧光，以使所述第二特定波段的荧光进入共聚焦成像模块；
所述共聚焦成像模块对所述第二特定波段的荧光进行聚焦，在所述共聚焦像面处成像。
本发明所述集成超分辨和共聚焦功能的显微镜方法的其他实施例或具体实现方式可参照上述各方法实施例，此处不再赘述。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。词语第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些词语解释为标识。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器镜像(Read Only Memory image，ROM)/随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种集成超分辨和共聚焦功能的显微镜系统，其特征在于，包括：
第一光源到样品依次设有超分辨准直模块、可移动的第一平面反射镜、第一二向色镜和显微物镜；
控制器，用于在接收到超分辨模式指令时，控制所述第一光源发射第一激光；
所述超分辨准直模块用于对所述第一激光进行准直扩束，所述第一平面反射镜用于将准直扩束后的第一准直光束反射到所述第一二向色镜上，所述第一二向色镜用于将所述第一准直光束反射到所述显微物镜；
所述显微物镜，用于将所述第一准直光束汇聚在物镜焦面上，以激发被荧光染色的样品并激发出第一特定波段的荧光；
所述样品到超分辨像面依次设有所述显微物镜、所述第一二向色镜、第二平面反射镜和超分辨筒镜；
所述第一二向色镜用于通过所述第一特定波段的荧光，所述第二平面反射镜用于将通过所述第一二向色镜的所述第一特定波段的荧光反射到所述超分辨筒镜；
所述超分辨筒镜，用于对所述第一特定波段的荧光进行汇聚，在所述超分辨像面处成像；
所述控制器，还用于在接收到共聚焦模式指令时，控制移走所述第一平面反射镜，且，第二光源到所述样品依次设有共聚焦准直模块、第二二向色镜、第一振镜、第二振镜、所述第一二向色镜和所述显微物镜；
所述控制器，还用于控制所述第二光源发射第二激光，所述共聚焦准直模块用于对所述第二激光进行准直扩束，所述第二二向色镜用于将准直扩束后的第二准直光束反射到所述第一振镜，所述第一振镜用于将所述第二准直光束反射到所述第二振镜，所述第二振镜用于将所述第二准直光束反射到所述第一二向色镜，所述第一二向色镜用于将所述第二准直光束反射到所述显微物镜，其中，所述第二激光不同于所述第一激光；
所述显微物镜，用于将所述第二准直光束汇聚在物镜焦面上，以激发被荧光染色的所述样品并激发出第二特定波段的荧光，其中，所述第二特定波段的荧光不同于所述第一特定波段的荧光；
所述样品到共聚焦像面依次设有所述显微物镜、所述第一二向色镜、所述第二振镜、所述第一振镜、所述第二二向色镜和共聚焦成像模块；
所述第一二向色镜用于将所述第二特定波段的荧光反射到所述第二振镜，所述第二振镜用于将所述第二特定波段的荧光反射到所述第一振镜，所述第一振镜用于将所述第二特定波段的荧光反射到所述第二二向色镜；
所述控制器，还用于控制所述第一振镜和所述第二振镜摆动；
所述第二二向色镜，用于通过所述第二特定波段的荧光，以使所述第二特定波段的荧光进入共聚焦成像模块；
所述共聚焦成像模块，用于对所述第二特定波段的荧光进行聚焦，在所述共聚焦像面处成像。
2.根据权利要求1所述的集成超分辨和共聚焦功能的显微镜系统，其特征在于，所述共聚焦准直模块包括依次设置的两个单镜片和一个双胶合透镜。
3.如权利要求1所述的集成超分辨和共聚焦功能的显微镜系统，其特征在于，所述第一光源为第一激光器，所述第二光源为第二激光器，所述第二激光的波段包括405nm、488nm、561nm或638nm，所述第一激光的波段包括532nm或638nm。
4.如权利要求1所述的集成超分辨和共聚焦功能的显微镜系统，其特征在于，所述共聚焦成像模块包括依次设置的一个单镜片和一个双胶合透镜。
5.如权利要求1所述的集成超分辨和共聚焦功能的显微镜系统，其特征在于，所述超分辨准直模块包括依次设置的两个单镜片和一个双胶合透镜。
6.如权利要求1所述的集成超分辨和共聚焦功能的显微镜系统，其特征在于，在处于共聚焦模式时，将所述第一二向色镜替换为第三平面反射镜。
7.如权利要求2、4、5中任一项所述的集成超分辨和共聚焦功能的显微镜系统，其特征在于，所述单镜片为玻璃球面镜的单镜片，所述双胶合透镜为玻璃球面镜的双胶合透镜。
8.如权利要求1所述的集成超分辨和共聚焦功能的显微镜系统，其特征在于，所述第一光源和所述超分辨准直模块均平行于空间坐标系的X轴放置，所述第一平面反射镜与所述X轴呈预设角度放置；
所述第一二向色镜与所述第一平面反射镜平行放置，所述第二平面反射镜与所述空间坐标系的Z轴呈所述预设角度放置，所述超分辨筒镜与所述Z轴平行放置；
所述第二光源和所述共聚焦准直模块均平行于所述Z轴放置，所述第二二向色镜与所述Z轴呈所述预设角度放置，所述第一振镜的旋转轴与所述第二振镜的旋转轴垂直。
9.如权利要求8所述的集成超分辨和共聚焦功能的显微镜系统，其特征在于，所述预设角度为45°或135°。
10.一种集成超分辨和共聚焦功能的显微镜方法，其特征在于，基于如权利要求1至9中任一项所述的系统，所述方法包括：
所述控制器在接收到超分辨模式指令时，控制所述第一光源发射第一激光；
所述超分辨准直模块对所述第一激光进行准直扩束，所述第一平面反射镜将准直扩束后的第一准直光束反射到所述第一二向色镜上，所述第一二向色镜将所述第一准直光束反射到所述显微物镜；
所述显微物镜将所述第一准直光束汇聚在物镜焦面上，以激发被荧光染色的样品并激发出第一特定波段的荧光；
所述第一二向色镜通过所述第一特定波段的荧光，所述第二平面反射镜将通过所述第一二向色镜的所述第一特定波段的荧光反射到所述超分辨筒镜；
所述超分辨筒镜对所述第一特定波段的荧光进行汇聚，在所述超分辨像面处成像；
所述控制器，在接收到共聚焦模式指令时，控制移走所述第一平面反射镜，并控制所述第二光源发射第二激光；
所述共聚焦准直模块对所述第二激光进行准直扩束，所述第二二向色镜将准直扩束后的第二准直光束反射到所述第一振镜，所述第一振镜将所述第二准直光束反射到所述第二振镜，所述第二振镜将所述第二准直光束反射到所述第一二向色镜，所述第一二向色镜将所述第二准直光束反射到所述显微物镜；
所述控制器，还用于控制所述第一振镜和所述第二振镜摆动，以实现所述样品的所有行列扫描成像；
所述显微物镜将所述第二准直光束汇聚在物镜焦面上，以激发被荧光染色的所述样品并激发出第二特定波段的荧光，其中，所述第二特定波段的荧光不同于所述第一特定波段的荧光；
所述第一二向色镜将所述第二特定波段的荧光反射到所述第二振镜，所述第二振镜将所述第二特定波段的荧光反射到所述第一振镜，所述第一振镜将所述第二特定波段的荧光反射到所述第二二向色镜；
所述第二二向色镜，用于通过所述第二特定波段的荧光，以使所述第二特定波段的荧光进入共聚焦成像模块；
所述共聚焦成像模块对所述第二特定波段的荧光进行聚焦，在所述共聚焦像面处成像。
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