CN205539686U - 一种小型扫描共聚焦光谱显微镜 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种小型扫描共聚焦光谱显微镜，由泵浦模块，扫描成像模块，共聚焦模块，探测模块等4部分组成；所述的泵浦模块包括安装在第一反射镜安装座上的第一反射镜和安装在二向色镜安装座上的二向色镜；所述的扫描成像模块包括二维扫描振镜、扫描透镜或者平场物镜、计算机、数据采集卡和信号控制线，二维扫描振镜固定在基板上，扫描透镜或者平场物镜嵌在基板上，与二维扫描振镜Y轴同轴；所述的共聚焦模块包括安装在第二反射镜安装座上的第二反射镜、安装在平凸透镜安装座上的平凸透镜，安装在光纤安装座上的光纤；探测模块由光电探测器，以及计算机、数据采集卡构成。本实用新型结构紧凑、光程较短、灵敏度高、功能多样、可扩展性强。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种小型扫描共聚焦光谱显微镜。
背景技术
共焦显微镜在反射光的光路上加上了一块半反半透镜，将已经通过透镜的反射光折向其它方向，在其焦点上有一个带有针孔的挡板，小孔就位于焦点处，挡板后面是一个光电倍增管。可以想像，探测光焦点前后的反射光通过这一套共焦系统，必不能聚焦到小孔上，会被挡板挡住。于是光度计测量的就是焦点处的反射光强度。
相比于传统扫描显微镜而言，激光共聚焦扫描显微镜通过在探测前面增加一个小孔，阻止样品焦点外的反射光被探测器收集，从而提高了成像的分辨率。因此，广泛应用在生物学、神经科学、肿瘤学、耳鼻喉学等方面。然而，一般的共聚焦扫描显微镜的光程比较长，难以实现对微弱信号的直接测量，往往需要对样品进行荧光标记等处理，这可能对样品造成一定的损害。为了克服这个缺点，我们提出了一种小型扫描共聚焦光谱显微镜，这种装置的光路紧凑，激光通过的光程较小，搜集光的效率比较高，在一定程度上提高了系统的灵敏度。
实用新型内容
1、本实用新型的目的。
本实用新型的目的是提供一种小型的，多功能的共聚焦光谱显微镜。该显微镜既能实现对样品的单点成像，也能够实现对样品的扫描成像，既能进行荧光光谱成像，又能进行拉曼光谱成像。由于该系统的结构紧凑，光程较短，集光效率较高，因此在灵敏度方面有比较好的表现。
2、本实用新型所采用的技术方案。
一种小型扫描共聚焦光谱显微镜，由泵浦模块，扫描成像模块，共聚焦模块，探测模块等4部分组成；所述的泵浦模块包括安装在第一反射镜安装座上的第一反射镜和安装在二向色镜安装座上的二向色镜；所述的扫描成像模块包括二维扫描振镜、扫描透镜或者平场物镜、计算机、数据采集卡和信号控制线，二维扫描振镜固定在基板上，扫描透镜或者平场物镜嵌在基板上，与二维扫描振镜的Y轴同轴；所述的共聚焦模块包括安装在第二反射镜安装座上的第二反射镜、安装在平凸透镜安装座上的平凸透镜，安装在光纤安装座上的光纤；探测模块由光电探测器，以及计算机、数据采集卡构成，接收来自光纤的光；经过准直的泵浦光从第一反射镜安装座的一个直角边入射后，在第一反射镜安装座内反射，从另一直角边射 出后，再入射至二向色镜，在二向色镜内反射后射出，进入二维扫描振镜，再通过扫描透镜或者平场物镜，最后聚焦到样品上，产生激发光；后向散射的激发光，依次经过扫描物镜或者平场物镜、二维扫描振镜，二向色镜，第二反射镜，平凸透镜，最后通过共聚焦小孔的光纤，然后由光电探测器接收，连接到计算机上对所得的信号进行处理。
更进一步的具体实施例中，第一反射镜安装座和二向色镜通过底部的螺纹孔固定在基板上。
更进一步的具体实施例中，二维扫描振镜通过底部的螺纹固定在基板上，基板上对应位置处刻有与扫描物镜或者平场物镜相匹配的螺纹，扫描物镜或者平场物镜通过旋入螺纹的方式固定在基板上。
更进一步的具体实施例中，平凸透镜安装座通过4个金属棒固定与第二反射镜安装座、光纤安装座保持同轴。
更进一步的具体实施例中，所述的光纤通过光纤转接板安装在光纤安装座上，光纤转接板上有外螺纹、光纤安装座上有内螺纹，两者通过螺纹进行咬合。
更进一步的具体实施例中，所述的光纤的芯径在100um-600um之间。
更进一步的具体实施例中，所述的光电探测器是光电二极管、光电倍增管或者光谱仪。
更进一步的具体实施例中，所述的平凸透镜替换为非球面消色差透镜。
更进一步的具体实施例中，第一反射镜安装座、第二反射镜安装座上分别安装两个旋钮调节反射镜角度，从而调节经过反射后光斑的位置。
更进一步的具体实施例中，二向色镜安装座通过螺钉和基板相连。
更进一步的具体实施例中，所述的平凸透镜安装座安装转轮，从而调整平凸透镜使光斑恰好聚焦耦合到光纤里面。
3、本实用新型的有益效果。
(1)系统的结构紧凑，光程较短，集光效率高，灵敏度高，适用于探测微弱信号。
(2)功能多样，既可以对样品进行单点成像，又可以对样品进行扫描成像，既可以进行荧光光谱成像，又可以进行拉曼光谱成像。
(3)可扩展性强，只需要再增加一个半透半反镜就可以实现电子成像和明视场成像的功能。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为反射镜的安装座的三维图。
图3为二向色镜的安装座的三维图。
图4为二维扫描振镜装置示意图。
图5为平凸透镜安装座的三维图。
图6为光纤的安装座示意图。
图7为光纤转接板的示意图。
1-为第一反射镜的安装座，2-二向色镜的安装座，3-为二维扫描振镜，4-为基板，5-为扫描透镜或者平场物镜，6-为样品台，7-为第二反射镜的安装座，8-为平凸透镜安装座，9-为光纤的安装座。
示意图中所用的器件，均来源于Thorlab公司网站。
图1中，①和⑦的型号为KCB1_M，②的型号为DFM_M，③的型号为GVS212，⑤的型号为LSM03，⑧的型号为SM1Z，⑨的型号为CP02_M。图7中，光纤转接板的型号为SM1SMA。
具体实施方式
为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本实用新型的技术实质和有益效果，申请人将在下面以实施例的方式作详细说明，但是对实施例的描述均不是对本实用新型方案的限制，任何依据本实用新型构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本实用新型的技术方案范畴。
实施例
该系统由2个反射镜，1个二向色镜，1个二维扫描振镜，1个平凸透镜，1段芯径在100um-600um之间的光纤，1个光电探测器和一些其他必须的光学转接件组成。系统的光路图如图1所示。①和⑦为反射镜的安装座，②为二向色镜的安装座，③为二维扫描振镜，④为基板，⑤为扫描透镜或者平场物镜，⑥为样品台，⑧为平凸透镜安装座，⑨为光纤的安装座。整个系统由泵浦模块，扫描成像模块，共聚焦模块，探测模块等4部分组成。泵浦模块由入射的准直光、①和②组成，①和②通过底部的螺纹孔固定在基板④上。扫描成像模块由③、⑤、计算机、数据采集卡和信号控制线构成，③通过底部的螺纹固定在基板上，基板上对应位置处刻有与⑤相匹配的螺纹，⑤通过旋入螺纹的方式固定在基板④上。数据采集卡控制③的扫描过程。⑦、⑧、⑨构成共聚焦模块，⑦和⑨通过底部的螺纹固定在基板④上，⑧通过4个金属棒和⑦、⑨实现共轴。光纤通过如图7所示的转接板固定在⑨上。转接板上有SM1的外螺纹，⑨上有SM1的内螺纹，两者通过螺纹进行咬合。光纤的芯径比较小， 只有几百微米，因此可以当做一个小孔，阻止焦点外的反射光或者散射光被探测器收集，从而提高系统的分辨率。探测模块由光电探测器，以及计算机、数据采集卡构成。光电探测器可以是光电二极管(PD)，光电倍增管(PMT)或者光谱仪。为了实现更好的成像效果，也可以利用非球面消色差透镜来代替平凸透镜。反射镜固定在如图2所示的三角形安装座上。安装座上的两个旋钮可以用来调节经过反射后光斑的位置。二向色镜的安装座如图3所示，二向色镜固定在1上面，2通过螺钉和基板相连，这样可以方便二向色镜的更换，增强了系统的易用性。二维扫描振镜的示意图如图3所示，用来对样品进行扫描。镜片1用来对样品进行x轴扫描，镜片2用来对样品进行y轴扫描，一般来说，x轴扫描的频率要比y轴扫描的频率要高。平凸透镜的安装座如图5所示。平凸透镜固定在图5箭头1所示的位置处，在实际操作中可以通过旋转图5箭头2所示的转轮来使光斑恰好聚焦耦合到光纤里面。
系统的工作过程如下：
经过准直的泵浦光，入射到系统中，首先经过反射镜，然后经过二向色镜或者半透半反镜反射，进入二维扫描振镜，之后通过扫描透镜或者平场物镜，聚焦到样品上，产生激发光。后向散射的激发光，依次经过扫描物镜或者平场物镜、二维扫描振镜，二向色镜，反射镜，平凸透镜，作为共聚焦小孔的光纤，然后由光电探测器接收，连接到计算机上对所得的信号进行处理。点成像：此时振镜不进行扫描，振镜的作用相当于两个反射镜。经过准直的泵浦光，从反射镜安装座①左边的一个口入射，先经过位于①中的45度放置的反射镜反射，再经过位于②中的45度放置的二向色镜反射，然后进入③，经过二维扫描振镜后，进入扫描透镜或者平场物镜⑤，聚焦到样品上，激发荧光或者拉曼光。后向散射的激发光先经过扫描透镜或者平场物镜⑤，再经过二维扫描振镜③，然后从位于②中的45度放置的二向色镜透过，经过①中45度放置的反射镜反射，被位于⑧中的平凸透镜进行聚焦，导入安装在⑨中的作为共聚焦小孔的光纤中，然后由光纤导入光谱仪，光谱仪连接到计算机上，进行光谱成像。
扫描成像：扫描成像的光路与点成像相同，所不同的是，此时用计算机控制二维扫描振镜③进行逐行扫描，对样品进行二维成像。
拉曼成像和荧光成像：拉曼成像和荧光成像的区别是两者所用的二向色镜不同，即安装在②中的二向色镜不同。还有，接收端用的光谱仪不同。其光路与点成像的光路类似。
反射成像：进行反射成像时，②中安装的是半透半反镜，其光路和点成像的光路类似。
Claims (10)
1.一种小型扫描共聚焦光谱显微镜，其特征在于：由泵浦模块，扫描成像模块，共聚焦模块，探测模块4部分组成；所述的泵浦模块包括安装在第一反射镜安装座(1)上的第一反射镜和安装在二向色镜安装座(2)上的二向色镜；所述的扫描成像模块包括二维扫描振镜(3)、扫描透镜或者平场物镜(5)、计算机、数据采集卡和信号控制线，二维扫描振镜(3)固定在基板(4)上，扫描透镜或者平场物镜(5)嵌在基板(4)上，与二维扫描振镜(3)同轴；所述的共聚焦模块包括安装在第二反射镜安装座(7)上的第二反射镜、安装在平凸透镜安装座(8)上的平凸透镜，安装在光纤安装座(9)上的光纤；探测模块由光电探测器，以及计算机、数据采集卡构成，接收来自光纤的光；经过准直的泵浦光从第一反射镜安装座(1)的一个直角边入射后，在第一反射镜安装座(1)内反射，从另一直角边射出后，再入射至二向色镜(2)，在二向色镜(2)内反射后射出，进入二维扫描振镜(3)，再通过扫描透镜或者平场物镜(5)，最后聚焦到样品上，产生激发光；后向散射的激发光，依次经过扫描物镜或者平场物镜(5)、二维扫描振镜(3)，二向色镜(2)，第二反射镜，平凸透镜，最后通过共聚焦小孔的光纤，然后由光电探测器接收，连接到计算机上对所得的信号进行处理。
2.根据权利要求1所述的小型扫描共聚焦光谱显微镜，其特征在于：第一反射镜安装座(1)和二向色镜(2)通过底部的螺纹孔固定在基板(4)上。
3.根据权利要求1所述的小型扫描共聚焦光谱显微镜，其特征在于：二维扫描振镜(3)通过底部的螺纹固定在基板(4)上，基板上(4)对应位置处刻有与扫描物镜或者平场物镜(5)相匹配的螺纹，扫描物镜或者平场物镜(5)通过旋入螺纹的方式固定在基板(4)上。
4.根据权利要求1所述的小型扫描共聚焦光谱显微镜，其特征在于：平凸透镜安装座(8)通过4个金属棒固定与第二反射镜安装座(7)、光纤安装座(9)保持同轴。
5.根据权利要求1所述的小型扫描共聚焦光谱显微镜，其特征在于：所述的光纤通过光纤转接板安装在光纤安装座(9)上，光纤转接板上有外螺纹、光纤安装座(9)上有内螺纹，两者通过螺纹进行咬合。
6.根据权利要求1所述的小型扫描共聚焦光谱显微镜，其特征在于：所述的光纤的芯径在100um-600um之间。
7.根据权利要求1所述的小型扫描共聚焦光谱显微镜，其特征在于：所述的光电探测器是光电二极管、光电倍增管或者光谱仪。
8.根据权利要求1所述的小型扫描共聚焦光谱显微镜，其特征在于：所述的平凸透镜替换为非球面消色差透镜。
9.根据权利要求1所述的小型扫描共聚焦光谱显微镜，其特征在于：第一反射镜安装座(1)、第二反射镜安装座(7)上分别安装两个旋钮调节反射镜角度，从而调节经过反射后光斑的位置。
10.根据权利要求1所述的小型扫描共聚焦光谱显微镜，其特征在于：二向色镜安装座(2)通过螺钉和基板(4)相连。
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