CN204116708U - 一种照明装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种照明装置，特别涉及用于提高共聚焦显微镜成像系统轴向分辨率的照明装置。本照明装置主要包括：一个准直镜，一个长焦距的环形透镜，一个短焦距的环形透镜，且所述两个环形透镜的焦点重合，以及一个焦点位于共聚焦成像系统照明针孔的汇聚透镜。本照明装置将来自光源的照明光整形为环形平行光束，汇聚后通过共聚焦成像系统的照明针孔和物镜，照明样品。与传统的照明方式相比，本照明装置减少了对位于物镜非焦面样品的轴向照明，降低了共聚焦成像系统采集到的来自非焦面样品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。因此，本照明装置可提高共聚焦显微镜成像系统的轴向分辨率。

Description

一种照明装置

技术领域

本发明涉及一种照明装置，特别涉及用于提高共聚焦显微成像系统轴向分辨率的照明装置。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，部分非焦面样品的光信号被共聚焦成像系统的针孔阻挡，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焦平面的样品10外，同样照射位于物镜非焦面的样品17，照明强度随样品17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5或成像针孔7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，无法避免对位于物镜9非焦面的样品17的照明，而非焦面样品17的信号相对于焦面样品10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17的照明，也加快了非焦面样品17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，对样品10和17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使用的传统准直光源存在的不足进行改进，设计了一种照明装置，可提高共聚焦显微成像系统的轴向分辨率。 

本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 

如图1所示，本发明提供一种照明装置，使共聚焦成像系统，在保持对位于显微镜物镜9焦面的样品10的照明或激发不变的同时，避免或减少对位于显微镜物镜9非焦面样品17的照明或激发，以提高样品10与样品17反射光或发射荧光的对比度，从而提高共聚焦成像系统的轴向分辨率。本装置包括：准直镜2；第一环形透镜3a；第二环形透镜3b；汇聚透镜4； 

所述准直镜2将所述光源1发射的光准直为平行光束，所述平行光束的直径小于或等于所述第一环形透镜3a的直径；其光轴平行于所述显微镜物镜9的光轴； 

所述第一环形透镜3a为环形凸透镜，其光轴平行于所述准直镜2的光轴，且使所述平行光束完全通过所述第一环形透镜3a并汇聚为环形光圈； 

所述第二环形透镜3b的光轴与所述第一环形透镜3a的光轴重合，所述第二环形透镜3b 的焦点与所述第一环形透镜3a的焦点重合，且所述第二环形透镜3b的焦距比所述第一环形透镜3a的焦距短； 

所述第二环形透镜3b可以是环形凸透镜或环形凹透镜； 

所述第一环形透镜3a和第二环形透镜3b组成的环形透镜组可以用环形光阑13替代； 

所述第一环形透镜3a和第二环形透镜3b组成的环形透镜组可以用两个互相平行的、可同时转动的反射镜16a和16b替代； 

所述汇聚透镜4的光轴与所述显微镜物镜9的光轴重合，其焦点与所述共聚焦成像系统的照明针孔5重合；所述汇聚透镜4的数值孔径小于或等于所述显微镜物镜9的数值孔径除以所述显微镜物镜9的倍率； 

本发明的优点如下：相比传统的均匀的照明，本发明提高了共聚焦成像系统的轴向分辨率。 

附图说明

图1：本发明的第一种实施例的示意图 

图2：传统照明装置用于共聚焦成像系统的示意图 

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5：本发明的第四种实施例的示意图 

图6：本发明的第五种实施例的示意图 

图7：本发明的第六种实施例的示意图 

图8：本发明的第七种实施例的示意图 

图9：第二种应用于本发明的不同结构的环形透镜3a和3b 

图10：第三种应用于本发明的不同结构的环形透镜3a和3b 

图面说明： 

1-光源；2-准直镜；3a-第一环形透镜；3b-第二环形透镜；4-汇聚透镜；5-照明针孔；6-二色分光镜；7-成像针孔；8-探测器；9-显微镜物镜；10-位于显微镜物镜焦面的样品；11-激发滤光片；12-发射滤光片；13-环形光阑；14-针孔阵列；15-成像透镜；16a-第一反射镜；16b-第二反射镜；17-位于显微镜物镜非焦面的样品。 

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是与本发明相关的第一种照明装置用于共聚焦成像系统荧光成像的示意图：光源1发射的光经过所述准直镜2准直为平行光束；所述平行光束经过激发滤光镜11过滤，得到特定 波段的平行激发光；所述平行激发光被所述第一环形透镜3a汇聚为环形光圈，然后所述环形光圈被所述第二环形透镜3b准直为环形平行激发光，第二环形透镜3b为环形凸透镜；所述环形平行激发光经所述汇聚透镜4汇聚穿过所述共聚焦成像系统的所述照明针孔5，由二色分光镜6反射并通过所述显微镜物镜9，激发位于所述显微镜物镜9的成像焦面上的样品10；样品10发射的荧光被所述显微镜物镜9汇聚穿过所述二色分光镜6、所述共聚焦成像系统的成像针孔7和发射滤光镜12，被探测器8检测；所述样品10反射的激发光和发射的其它波段的荧光被所述发射滤光镜12截止；最后，所述共聚焦成像系统的扫描单元(未画出)扫描显所述样品10，并由软件把所述探测器8检测到的信号重组为关于所述样品10的完整的共聚焦图像。由于避免或减少了对位于所述显微镜物镜非焦面的样品17的照明，所述共聚焦成像系统的轴向分辨率得到了提高。 

实施例2 

图3是与本发明相关的第二种照明装置用于共聚焦成像系统荧光成像的示意图，与实施例1的区别具体如下：第二环形透镜3b为环形凹透镜；激发滤光镜11、发射滤光镜12和样品17未画出。 

实施例3 

图4是与本发明相关的第三种照明装置用于共聚焦成像系统荧光成像的示意图，与实施例1的区别具体如下：以环形光阑13替代第一环形透镜3a和第二环形透镜3b组成的环形透镜组，虽然降低了光源的利用效率，但降低了制造难度和制造成本；激发滤光镜11、发射滤光镜12和样品17未画出。 

实施例4 

图5是与本发明相关的第四种照明装置用于共聚焦成像系统荧光成像的示意图：共聚焦成像系统为多点扫描共聚焦成像系统，照明针孔5和成像针孔7由针孔阵列14替代；相应的，第一环形透镜3a、第二环形透镜3b和汇聚透镜4都以阵列的形式排布，且与针孔阵列14上的针孔一一对应；其中第二环形透镜3b为环形凸透镜；激发滤光镜11、发射滤光镜12和样品17未画出。 

实施例5 

图6是与本发明相关的第五种照明装置用于共聚焦成像系统荧光成像的示意图，与实施例4的区别具体如下：第二环形透镜3b为环形凹透镜；激发滤光镜11、发射滤光镜12和样品17未画出。 

实施例6 

图7是与本发明相关的第六种照明装置用于共聚焦成像系统荧光成像的示意图，与实施例 4的区别具体如下：以环形光阑13替代第一环形透镜3a和第二环形透镜3b组成的环形透镜组；激发滤光镜11、发射滤光镜12和样品17未画出。 

实施例7 

图8是与本发明相关的第七种照明装置用于共聚焦成像系统荧光成像的示意图，与实施例1的区别具体如下：用互相平行的第一反射镜16a和第二反射镜16b替代第一环形透镜3a和第二环形透镜3b；同时旋转第一反射镜16a和第二反射镜16b可改变经准直镜2准直的平行光束与汇聚透镜4光轴之间的距离，以调整共聚焦成像系统对样品10的照明角度；激发滤光镜11、发射滤光镜12和样品17未画出。 

Claims (6)

1.一种照明装置，包括： 

一个准直镜，其光轴平行于显微镜物镜的光轴，用以将光源发射的光准直为平行光束； 

第一环形透镜，为环形凸透镜，其光轴平行于所述准直镜的光轴；用以将所述平行光束汇聚为环形光圈； 

第二环形透镜，为环形透镜，其光轴与所述第一环形透镜的光轴重合，其焦点与所述第一环形透镜的焦点重合，其焦距比所述第一环形透镜的焦距短；用以将所述环形光圈准直为环形平行光束； 

一个汇聚透镜，其光轴与所述显微镜物镜的光轴重合，其焦点与共聚焦成像系统的照明针孔重合，其数值孔径小于所述显微镜物镜的数值孔径除以所述显微镜物镜的倍率。 

2.根据权利要求1所述的一种照明装置，所述第二环形透镜可以是环形凸透镜或环形凹透镜。 

3.根据权利要求1或2所述的照明装置，所述第一环形透镜、所述第二环形透镜和所述汇聚透镜为阵列排布，用于多点扫描共聚焦成像系统。 

4.一种照明装置，包括： 

一个准直镜，其光轴平行于显微镜物镜的光轴，用以将光源发射的光准直为平行光束； 

一个环形光阑，使所述平行光变为环形平行光； 

一个汇聚透镜，其光轴与所述显微镜物镜的光轴重合，其焦点与共聚焦成像系统的照明针孔重合，其数值孔径小于所述显微镜物镜的数值孔径除以所述显微镜物镜的倍率。 

5.根据权利要求4所述的一种照明装置，所述环形光阑和所述汇聚透镜为阵列排布，用于多点扫描共聚焦成像系统。 

6.一种照明装置，包括： 

一个准直镜，其光轴平行于显微镜物镜的光轴，用以将光源发射的光准直为平行光束； 

两个互相平行的、可同时旋转的反射镜；当所述反射镜旋转时，可改变所述平行光束与所述显微镜物镜光轴之间的距离； 

一个汇聚透镜，其光轴与所述显微镜物镜的光轴重合，其焦点与共聚焦成像系统的照明针孔重合，其数值孔径小于所述显微镜物镜的数值孔径除以所述显微镜物镜的倍率。