CN216926581U - 一种显微光致发光成像装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种显微光致发光成像装置，包括：激发光源，高光谱相机，用于扫描样品所发出的荧光；显微物镜，位于所述样品与所述高光谱相机之间的光路上，用于聚集所述激发光源所发出的激发光至所述样品中，以及将所述荧光传输至所述高光谱相机；可透可反镜，位于所述显微物镜与所述高光谱相机之间的光路上，用于将所述激发光反射至所述显微物镜，以及将所述荧光传输至所述高光谱相机。本实用新型所提供的显微光致发光成像装置，可在显微系统中，实现样品的快速荧光成像，同时可以得到丰富荧光波长信息，进而提供给研究人员进行样品分析。

Description

一种显微光致发光成像装置

技术领域

本实用新型涉及光致发光技术领域，尤其涉及一种工具管控装置。

背景技术

在现有技术中，对样品进行显微荧光检测时，有多种技术方案，有的虽然成本低，但信息不够丰富，有的虽然能够提供丰富的光谱信息，但扫描成像时间又太慢，成像分辨率又不高。这些问题都限制了显微荧光成像在材料研究领域的应用，具体地：

第一种是采用荧光显微镜方案。将激发光耦合到科勒照明器，然后充满整个显微视场，照射显微视场内的样品。样品受到激发之后，辐射荧光信号，通过显微物镜和成像物镜将样品的荧光图像信息成像在面阵探测器中，接着，将数据转换发送到电脑进行处理成像。为了看到某个波长下的荧光图像，需要在探测器前面增加一个窄带滤光片，只让样品的某个荧光波长信号通过成像到探测器，这样才可以实现某个荧光波长下的样品荧光成像。但是由于该方案采用面阵成像探测器对显微样品进行成像，荧光信息采用窄带滤光片进行处理，因此，该方案无法获得荧光信号的波长信息，而只能获得特定波长下的荧光影像信息，此方案缺失了荧光的光谱信息，因此，在很多应用领域，特别是材料研究领域，受到了很大的限制。

第二种方法是采用激光器单点照射样品，样品进行二维扫描的方案实现荧光成像。激光器通过激光耦合滤光片耦合到显微镜光路中，通过显微物镜聚焦到样品上，样品在微区激光会聚点受激辐射荧光，样品该点辐射的荧光通过显微物镜收集将荧光信号传输到荧光收集光路中，通过收集光路将荧光收集耦合到光谱仪中，然后通过光谱仪的分光，探测器通过光谱仪的分光收集到样品该点的荧光信号。然后荧光成像是在此基础之上，利用二维电移台，同时样品在显微镜的焦点平面上进行二维移动，电移台每移动一个点，光谱仪就探测到该点的荧光信息。通过电移台的二维扫描移动之后，软件将整个二维电移台扫描位置对应的荧光信号在电脑中用显示出来，就实现对样品的荧光成像。该方法与方法一相比较，在实现荧光成像的同时，可以得到丰富的光谱信息，但此方案的成像是采用移动样品做二维扫描来实现的。荧光成像速度及分辨率，需依赖于二维电移台的扫描速度及扫描步距，因此具有速度慢、扫描分辨率低等缺点。

实用新型内容

本实用新型所提供的显微光致发光成像装置，可在显微系统中，实现样品的快速荧光成像，同时可以得到丰富荧光波长信息，进而提供给研究人员进行样品分析。

为了达到以上目的，本实用新型公开了一种工具管控装置，包括：

激发光源；

高光谱相机，用于扫描样品所发出的荧光；

显微物镜，位于所述样品与所述高光谱相机之间的光路上，用于聚集所述激发光源所发出的激发光至所述样品中，以及将所述荧光传输至所述高光谱相机；

可透可反镜，位于所述显微物镜与所述高光谱相机之间的光路上，用于将所述激发光反射至所述显微物镜，以及将所述荧光传输至所述高光谱相机。

一实施例中，显微光致发光成像装置还包括：

光路扩散器，位于所述激发光源与所述可透可反镜之间的光路上，用于对所述激发光进行扩束。

一实施例中，所述光路扩散器为科勒照明光路。

一实施例中，所述可透可反镜为二向色镜或半透半反镜。

一实施例中，显微光致发光成像装置还包括：

样品台，用于放置所述样品。

一实施例中，所述样品需测点位的面积不大于所述显微物镜的光路面积。

一实施例中，所述激发光源为窄线宽光源。

一实施例中，所述窄线宽光源为激光器或单色LED灯。

本实用新型所提供的显微光致发光成像装置包括：激发光源，高光谱相机，用于扫描样品所发出的荧光；显微物镜，位于所述样品与所述高光谱相机之间的光路上，用于聚集所述激发光源所发出的激发光至所述样品中，以及将所述荧光传输至所述高光谱相机；可透可反镜，位于所述显微物镜与所述高光谱相机之间的光路上，用于将所述激发光反射至所述显微物镜，以及将所述荧光传输至所述高光谱相机。本实用新型采用宽场显微样品荧光激发以及高光谱对荧光信号进行采集而实现荧光成像。可以实现样品的显微荧光成像的同时，得到丰富的样品波长信息。同时由于无须对样品进行二维移动扫描，可以实现快速的荧光成像及高分辨率的荧光成像。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本实用新型实施例所提供的显微光致发光成像装置的结构示意图一。

图2示出本实用新型实施例所提供的显微光致发光成像装置的结构示意图二。

附图标号：

1：激发光源；

2：光路扩散器；

3：可透可反镜；

4：显微物镜；

5：样品台；

6：高光谱相机；

7：样品。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提出了一种显微光致发光成像装置。如图1所示，本实施例中，显微光致发光成像装置包括：

激发光源1，用来作为激发样品7的荧光信号的光源。

高光谱相机6，用于扫描样品7所发出的荧光；具体地，通过一维扫描，实现对样品微区荧光光谱成像，得到微区样品荧光成像信息，同时可以得到微区样品不同点的荧光样品信息。

显微物镜4，位于所述样品7与所述高光谱相机6之间的光路上，用于聚集所述激发光源1所发出的激发光至所述样品7中，以及将所述荧光传输至所述高光谱相机6；

可透可反镜3，位于所述显微物镜4与所述高光谱相机6之间的光路上，用于将所述激发光反射至所述显微物镜4，以及将所述荧光传输至所述高光谱相机6。

可透可反镜3一方面用来将激发光反射耦合到显微物镜4中，是激发光照射到样品7上，另一方面透过从显微物镜4镜收集过来的荧光，使荧光传输到高光谱相机6中的成像光路及面阵探测器上，并进行成像。

光致发光，也称为荧光，是指物体收到外界光源激发时，产生激发诱导发光的现象，它大致经过吸收、能量传递及光发射三个主要阶段，光的吸收及发射都发生于能级之间的跃迁，都经过激发态。而能量传递则是由于激发态的运动。紫外辐射、可见光及红外辐射均可引起光致发光。一般的荧光，是样品收到短波长的光激发而辐射长波长的荧光，但有些物质可以吸收双光子，从而收到长波长的光激发而辐射短波长的荧光，称为上转换荧光。

可以理解的是，光致发光技术可以提供有关材料的结构、成分及环境原子排列的信息，是一种非破坏性的、灵敏度高的分析方法。激光以及显微镜的应用更使这类分析方法深入到微区、选择激发及瞬态过程的领域，使它又进一步成为重要的研究手段，应用到物理学、材料科学、化学及分子生物学等领域，逐步出现新的边缘学科。

荧光检测技术与显微技术相结合，形成了显微荧光检测技术，可以实现对微区样品材料的检测。如果采用显微荧光检测技术，对微区样品的某个区域进行扫描成像，即为显微荧光成像。

本实用新型所提供的显微光致发光成像装置包括：激发光源，高光谱相机，用于扫描样品所发出的荧光；显微物镜，位于所述样品与所述高光谱相机之间的光路上，用于聚集所述激发光源所发出的激发光至所述样品中，以及将所述荧光传输至所述高光谱相机；可透可反镜，位于所述显微物镜与所述高光谱相机之间的光路上，用于将所述激发光反射至所述显微物镜，以及将所述荧光传输至所述高光谱相机。

本实用新型所提供的显微光致发光成像装置，可在显微系统中，实现样品的快速荧光成像，同时可以得到丰富荧光波长信息，进而提供给研究人员进行样品分析。具体地，本实用新型采用宽场显微样品荧光激发以及高光谱对荧光信号进行采集而实现荧光成像。可以实现样品的显微荧光成像的同时，得到丰富的样品波长信息。同时由于无须对样品进行二维移动扫描，可以实现快速的荧光成像及高分辨率的荧光成像。

一实施例中，参照图2，显微光致发光成像装置还包括：

光路扩散器2，位于所述激发光源1与所述可透可反镜3之间的光路上，用于对所述激发光进行扩束。

激发光通过光路扩散器2及显微物镜4，充满整个显微物镜4的视场，从而照射显微视场内的样品。

优选地，光路扩散器2为科勒照明光路，其可以使激发光均匀的充满显微物镜的光路中，科勒照明光路的原理如下：光源的灯丝经聚光镜前组（科勒镜）及可变光阑（紧靠科勒镜）后，灯丝像第一次落在聚光镜后组（成像物镜）的物方焦点处，此处有一光阑，成像物镜又将灯丝的一次像成像在像方无穷远处。这样在被检物体的平面处没有灯丝像的形成，不影响观察。此外照明变得均匀。观察时，可改变聚光镜孔径光阑的大小，使光源充满不同物镜的入射光瞳，而使聚光镜的数值孔径与物镜的数值孔径匹配。同时聚光镜又将视场光阑成像在被检物体的平面处，改变视场光阑的大小可控制照明范围。

科勒照明光路克服了临界照明的缺点，是研究用显微镜中的理想照明法。这种照明法不仅观察效果佳，而且是成功地进行显微照相所必须的一种照明法。具体地，科勒照明光路具有如下优点：

1. 灯丝不落在被检物平面上，照明均匀；

2. 照明的热焦点不在被检物，不会灼伤被检物；

3. 聚光镜将视场光阑成像在被检物平面处，改变大小可控制照明范围。

一实施例中，所述可透可反镜3为二向色镜或半透半反镜。

可以理解的是，二向色镜又称为双色镜，常用于激光技术中，其特点是对一定波长的光几乎完全透过，而对另一些波长的光几乎完全反射。

一实施例中，参见图1，显微光致发光成像装置还包括：

样品台5，用于放置所述样品7。

一实施例中，所述样品台为金属材质。

进一步地，所述金属材质为铜或者铝合金。

一实施例中，所述样品7面积不大于所述显微物镜4的光路面积（显微光路下光斑面积）。

可以理解的是，只有按照上述设计，才能实现以下目的，高光谱相机6通过一维扫描，实现对样品7微区荧光光谱成像，得到微区样品7荧光成像信息，同时可以得到微区样品7不同点的荧光样品信息。

一实施例中，所述激发光源为激发器或窄线宽光源。

高光谱相机 (也称光谱相机或高光谱成像仪、高光谱仪)，是将成像光谱仪和面阵探测器完美结合，可同时、快速获取光谱和影像信息的无损检测分析仪器。高光谱成像仪的主要组成部分有：准直镜、分光计、聚焦透镜、面阵探测器。

一实施例中，所述激发光源为窄线宽光源。

一实施例中，所述窄线宽光源为激光器或单色LED灯。

一实施例中，所述激发器为氙灯光源或卤素光源。

参见图2，基于上述显微光致发光成像装置的内部结构，本实用新型实施例还提供其工作原理，首先，将激发光耦合到光路扩散器2中，然后通过可透可反镜3耦合到光路扩散器2中。激发光通过光路扩散器2及显微物镜4，充满整个显微视场，照射显微视场内的样品7。样品7受到激发之后，辐射荧光信号，通过显微物镜4对样品7的荧光信号进行收集。荧光信号透过可透可反镜3传输到高光谱相机6中，高光谱相机6对荧光信号进行荧光光谱成像，实现对样品7的荧光波长成像，同时获得样品每个点的荧光光谱信息。

理论上，在背景技术中的方法一中，采用足够多的窄带滤光片系列进行切换，也可以实现波长足够丰富的荧光成像信息，但是限制于机械机构，该方案的波长信息无法比拟本实用新型的技术方案。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实现方法的实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

虽然本说明书实施例提供了如实施例或流程图的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。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、产品或者设备不仅包括那些要素，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、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上仅为本说明书实施例的实施例而已，并不用于限制本说明书实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施例的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种显微光致发光成像装置，其特征在于，包括：

激发光源；

高光谱相机，用于扫描样品所发出的荧光；

显微物镜，位于所述样品与所述高光谱相机之间的光路上，用于聚集所述激发光源所发出的激发光至所述样品中，以及将所述荧光传输至所述高光谱相机；

可透可反镜，位于所述显微物镜与所述高光谱相机之间的光路上，用于将所述激发光反射至所述显微物镜，以及将所述荧光传输至所述高光谱相机。

2.根据权利要求1所述的显微光致发光成像装置，其特征在于，还包括：光路扩散器，位于所述激发光源与所述可透可反镜之间的光路上，用于对所述激发光进行扩束。

3.根据权利要求2所述的显微光致发光成像装置，其特征在于，所述光路扩散器为科勒照明光路。

4.根据权利要求1所述的显微光致发光成像装置，其特征在于，所述可透可反镜为二向色镜或半透半反镜。

5.根据权利要求1所述的显微光致发光成像装置，其特征在于，还包括：

样品台，用于放置所述样品。

6.根据权利要求1所述的显微光致发光成像装置，其特征在于，所述样品需测点位的面积不大于所述显微物镜的光路面积。

7.根据权利要求1所述的显微光致发光成像装置，其特征在于，所述激发光源为窄线宽光源。

8.根据权利要求7所述的显微光致发光成像装置，其特征在于，所述窄线宽光源为激光器或单色LED灯。

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