CN217133460U - 照明装置及全内反射荧光显微镜 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种照明装置，用于向全内反射荧光显微镜提供观察样本的光照条件，全内反射荧光显微镜具有物镜，物镜具有一后焦面，其特征在于，照明装置包括：光源，用于产生光束；适配器，具有相对设置的第一端和第二端，光源耦合于第一端，适配器用于将光束从第一端传导至第二端；及透镜调节组件，置于第二端及物镜之间，透镜调节组件包括凹面锥镜和凸面锥镜，来自第二端的光束依次经凹面锥镜及凸面锥镜传导至后焦面；其中，凹面锥镜和凸面锥镜均能够相对后焦面沿光束的传播路径运动至调节三者之间的间距。该照明装置通过将凹面锥镜及凸面锥镜设置成均能通过定位元件在平行于光路的方向上移动，使TIRF照明的入射角得以调节，且调节方式十分简便。

Description

照明装置及全内反射荧光显微镜

技术领域

本申请涉及显微技术领域，特别是涉及一种照明装置及全内反射荧光显微镜。

背景技术

全内反射荧光(Total Internal Reflection Fluorescence，TIRF)显微镜是近年来新兴的一种光学成像技术，它利用全内反射产生的衰逝场来照明样品，从而致使在样品的百纳米级厚的光学薄层内的荧光团受到激发，进而使荧光成像的信噪比很高。

TIRF显微镜成像简单，照明区域固定在样品表面倏逝波位置，成像后的信噪比高。该方案有助于提高成像的效果，因而被生物物理学家们广泛应用于单分子的荧光成像中。

但传统的TIRF显微镜在使用过程中，存在对TIRF照明入射角调节不便的问题。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统的TIRF显微镜在使用过程中，存在对TIRF照明的入射角调节不便的问题，提供一种方便调节TIRF照明入射角的照明装置及TIRF显微镜。

根据本申请的一个方面，提供一种照明装置，用于向全内反射荧光显微镜提供观察样本的光照条件，所述全内反射荧光显微镜具有物镜，所述物镜具有一后焦面，其特征在于，所述照明装置包括：

光源，用于产生光束；

适配器，具有相对设置的第一端和第二端，所述光源耦合于所述第一端，所述适配器用于将所述光束从所述第一端传导至所述第二端；及

透镜调节组件，置于所述第二端及所述物镜之间，所述透镜调节组件包括凹面锥镜和凸面锥镜，来自所述第二端的所述光束依次经所述凹面锥镜及所述凸面锥镜传导至所述后焦面；

其中，所述凹面锥镜和所述凸面锥镜均能够相对所述后焦面沿所述光束的传播路径运动至调节三者之间的间距。

在一些实施例中，所述凹面锥镜及所述凸面锥镜两者的中轴线重合。

在一些实施例中，所述适配器包括连通于所述光源的多根光纤及壳体，所述多根光纤封装于所述壳体内；

所述壳体包括中间部及位于所述中间部相对两端的第一部和第二部，所述第一端位于所述第一部远离所述中间部的一端，所述第二端位于所述第二部远离所述中间部的一端；

所述第一部和所述第二部均呈圆柱型，所述第二部的径向尺寸大于所述第一部的径向尺寸，所述中间部被构造为平滑弯曲地连接于所述第一部及所述第二部之间。

在一些实施例中，所述适配器还包括衬垫，所述衬垫位于所述第二部及至少部分所述中间部内，并配合所述第二部及至少部分所述中间部形成环形腔；

所述多根光纤环绕所述衬垫定位设置于所述环形腔。

在一些实施例中，所述衬垫具有半球部和圆柱部，所述半球部与所述圆柱部相连，所述半球部相较所述圆柱部更靠近所述第一端设置，所述半球部用于引导所述多根光纤至所述圆柱部。

在一些实施例中，所述衬垫的中轴线与所述壳体的中轴线重合。

在一些实施例中，所述第二端的端面被构造为由所述多根光纤沿各自径向方向切割后形成的多个切割面共同形成。

在一些实施例中，所述多个切割面为平滑的切割面。

在一些实施例中，还包括透镜聚焦组件，所述透镜聚焦组件设于所述第二端与所述透镜调节组件之间，以将所述第二端传输出的光束经所述凹面锥镜和所述凸面锥镜聚焦至所述后焦面。

作为本申请的同一构思，还提供一种全内反射荧光显微镜，包括上述的照明装置。

上述照明装置，透镜调节组件包括凹面锥镜和凸面锥镜，光在依次经过凹面锥镜及凸面锥镜后传导至后焦面，再由物镜折射至样本。其中，凹面锥镜及凸面锥镜均能够沿光束的传播路径相对后焦面移动，使传导至后焦面上的光束位置和大小能够发生改变，进而实现对TIRF照明入射角的调节，该调节方式简便快捷。

附图说明

图1为本申请一实施例中的照明装置的结构示意图；

图2为图1所示的照明装置的适配器的结构示意图；

图3为图1所示的照明装置的第一透镜组及第二透镜组的结构示意图。

100、照明装置；10、光源；30、适配器；31、第一端；32、第二端；33、光纤；34、衬垫；35、壳体；50、透镜调节组件；51、凹面锥镜；53、凸面锥镜；70、透镜聚焦组件。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

下面将结合附图对本申请的照明装置及TIRF显微镜进行说明。

图1为本申请一实施例中的照明装置的结构示意图；图2为图1所示的照明装置的适配器的结构示意图；图3为图1所示的照明装置的透镜调节组件及透镜聚焦组件的结构示意图。为便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的结构。

TIRF显微镜是利用光线全内反射能够在介质另一面产生衰逝波的特性，通过激发荧光分子以观察荧光标定样品的极薄区域的成像技术。由于激发光呈指数衰减的特性，所以只有极靠近全反射面的样本区域会产生荧光反射，从而大大提高了信噪比，故此项技术被广泛应用于样本表面物质的动态观察。

TIRF显微镜具有物镜，物镜具有前焦面和后焦面。TIRF显微镜还具有照明装置100，用于向TIRF显微镜提供观察样本的光照条件。

本申请至少一实施例公开的照明装置100，包括光源10、适配器30及透镜调节组件50。光源10用于产生光束，适配器30用于将光束传输至透镜调节组件50，透镜调节组件50用于调整TIRF照明入射角。

在一些实施例中，光源10可以采用但不限于金属卤化物光源、紫外线光源及激光器光源。作为优选地实施例，光源10可以采用激光器光源。如此，能够增加该照明装置100的照明功率，以实现大视场TIRF照明。

在一些实施例中，适配器30具有第一端31及与第一端31相对的第二端32，第一端31与光源10连通。具体到一些实施例中，适配器30中具有光纤33。可以理解，通过光纤33传输光源10所提供的光，能够降低光的损耗，提高光的传输效率。

在一些实施例中，适配器30中的光纤33数量可以为单根，也可以多根。需要了解的是，采用单根光纤33照明，在样品的照明区域，会呈现一个椭圆形的视场，导致照明区域变小。故在本实施例中，适配器30中包括多根光纤33，通过多根光纤33实现多点照明，能够弥补单根光纤33照明区域不全的缺陷，从而使得照明区域更趋均匀。

在一些实施例中，照明装置100还包括光纤耦合器，光纤耦合器设于光源10与适配器30之间，光源10与适配器30的第一端31通过光纤耦合器耦合连接，光源产生的光束通过光纤耦合器耦合进入多根光纤33。

在一些实施例中，适配器30还包括壳体35，多根光纤33封装于壳体35内。具体到一些实施例中，壳体35包括中间部及位于中间部相对两端的第一部和第二部，第一端31位于第一部远离中间部的一端，第二端32位于第二部远离中间部的一端。进一步地，第一部和第二部均呈圆柱型，第二部的径向尺寸大于第一部的径向尺寸，且第二部具有能够约束全部光纤33沿平行于第二部的中轴线定位设置的第二长度，而中间部被构造为平滑弯曲地连接于第一部及第二部之间。

具体到实际运用中，由于第二部具有能够约束全部光纤33沿平行于第二部的中轴线定位设置的第二长度，使得光能够沿与第二部中心轴平行的方向传播。由此，基本上来自光源10的全部光都能被有效的从适配器30的第二端32传送至样本，光利用率得到提高。

在一些实施例中，适配器30还包括衬垫34，衬垫34位于第二部及至少部分中间部内，并配合第二部及至少部分中间部形成环形腔。衬垫34的中轴线与壳体35的中轴线重合。多根光纤33环绕衬垫34定位设置于该环形腔内，以形成环形光纤33端部束。具体到一些实施例中，全部光纤33在衬垫34周围环绕展开，并通过粘胶或其它固定装置定位在衬垫34上以形成环带，并产生环形光线。由于环形光线是从不同方向对样品进行TIRF照明，所以可以将不同方向的TIRF照明的损失区域补全，进而实现大视场TIRF照明。

在一些实施例中，衬垫34具有半球部和圆柱部，半球部与圆柱部相连，半球部相较圆柱部更靠近第一端31设置。具体到一些实施例中，半球部设于中间部及部分第二部内，圆柱部设于第二部内。可以理解，上述仅为了举例说明，并不能理解为对本申请的限定。该衬垫34的具体设置方式应当按照光纤33的尺寸和数量来定尺寸以及成形，从而连同光纤33一起有效利用壳体35内部空间，以提高光利用率。

进一步地，圆柱部具有能够配合第二部以约束多根光纤33沿平行于第二部中心轴线定位设置的第一长度。具体到实际运用中，半球部用于更好的将多根光纤33引导至圆柱部表面，又由于圆柱部具有能够配合第二部以约束全部光纤33沿平行于第二部中心轴线定位设置的第一长度，使得光能够沿与第二部中心轴平行的方向传播。由此，基本上来自光源10的全部光都能被有效的从适配器30的第二端32传送至样本，光利用率得到有效提高。

在一些实施例中，该衬垫34可由刚性塑料，或任何其他的具有合适的硬度及弹性的材料制成，只要配合壳体35能够有效地定位光纤33即可。

在一些实施例中，第二端32的端面被构造为由多根光纤33沿各自径向方向切割后形成的多个切割面共同形成。具体到一些实施例中，在第二端32的端面处，沿垂直于多跟光纤33各自的纵轴方向切割多根光纤33，以形成多个切割面，并使多根光纤33都能够终止于第二端32的端面内。如此，能够减少来自各光纤33的光的不平行干涉，光利用率得到有效提高。

进一步地，多个切割面为平滑的切割面。具体到一些实施例中，对切割后的多根光纤33的切割面进行平滑抛光处理。如此，能够进一步地减少来自各光纤33的光的不平行干涉，光利用率得到有效提高。

在一些实施例中，透镜调节组件50置于第二端32及物镜之间，透镜调节组件50包括凹面锥镜51和凸面锥镜53，来自第二端32的光束依次经凹面锥镜51及凸面锥镜53传导至后焦面，再由物镜折射至样本。其中，凹面锥镜51和凸面锥镜53两者的中轴线重合，且能够相对后焦面沿光束的传播路径运动，以调节三者之间的间距，进而调节光束传导至后焦面上的位置。由此，TIRF照明入射角发生改变。

具体到实际运用中，可以通过单独调节凹面锥镜51沿光束传播路径运动，也可以单独调节凸面锥镜53沿光束传播路径运动，还可以同时调节凹面锥镜51和凸面锥镜53沿光束传播路径运动，以改变三者之间的间距，从而调节光束传导至后焦面上的位置，进而达到调节TIRF照明入射角的目的。

在一些实施例中，该照明装置100还包括透镜聚焦组件70，透镜聚焦组件70设于第二端32与透镜调节组件50之间，以将第二端32传输出来的光束经凹面锥镜51和凸面锥镜53聚焦至所述后焦面。如此，能够使位于后焦面上的光斑尺寸最小化。

进一步地，最小化的光斑能够增加样本的辐照度，即，每单位面积的光照能量，进而增加样本表面最小粒子的交互作用，使得小尺寸粒子与其背景之间的光学差异扩大，小尺寸粒子的对比度及可视度提高。

作为本申请的同一构思，还提供一种TIRF显微镜，包括上述的照明装置100。该TIRF显微镜的TIRF照明入射角调节简便，光利用率高，能实现大视场TIRF照明，且能产生高亮度的超分辨率图像。

上述的照明装置100及TIRF显微镜，TIRF照明入射角调节简便，TIRF照明区域均匀，光利用率高。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种照明装置，用于向全内反射荧光显微镜提供观察样本的光照条件，所述全内反射荧光显微镜具有物镜，所述物镜具有一后焦面，其特征在于，所述照明装置包括：

光源，用于产生光束；

适配器，具有相对设置的第一端和第二端，所述光源耦合于所述第一端，所述适配器用于将所述光束从所述第一端传导至所述第二端；及

透镜调节组件，置于所述第二端及所述物镜之间，所述透镜调节组件包括凹面锥镜和凸面锥镜，来自所述第二端的所述光束依次经所述凹面锥镜及所述凸面锥镜传导至所述后焦面；

其中，所述凹面锥镜和所述凸面锥镜均能够相对所述后焦面沿所述光束的传播路径运动至调节三者之间的间距。

2.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述凹面锥镜及所述凸面锥镜两者的中轴线重合。

3.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述适配器包括连通于所述光源的多根光纤及壳体，所述多根光纤封装于所述壳体内；

所述壳体包括中间部及位于所述中间部相对两端的第一部和第二部，所述第一端位于所述第一部远离所述中间部的一端，所述第二端位于所述第二部远离所述中间部的一端；

所述第一部和所述第二部均呈圆柱型，所述第二部的径向尺寸大于所述第一部的径向尺寸，所述中间部被构造为平滑弯曲地连接于所述第一部及所述第二部之间。

4.根据权利要求3所述的照明装置，其特征在于，所述适配器还包括衬垫，所述衬垫位于所述第二部及至少部分所述中间部内，并配合所述第二部及至少部分所述中间部形成环形腔；

所述多根光纤环绕所述衬垫定位设置于所述环形腔。

5.根据权利要求4所述的照明装置，其特征在于，所述衬垫具有半球部和圆柱部，所述半球部与所述圆柱部相连，所述半球部相较所述圆柱部更靠近所述第一端设置，所述半球部用于引导所述多根光纤至所述圆柱部。

6.根据权利要求4所述的照明装置，其特征在于，所述衬垫的中轴线与所述壳体的中轴线重合。

7.根据权利要求3所述的照明装置，其特征在于，所述第二端的端面被构造为由所述多根光纤沿各自径向方向切割后形成的多个切割面共同形成。

8.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，所述多个切割面为平滑的切割面。

9.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，还包括透镜聚焦组件，所述透镜聚焦组件设于所述第二端与所述透镜调节组件之间，以将所述第二端传输出的光束经所述凹面锥镜和所述凸面锥镜聚焦至所述后焦面。

10.一种全内反射荧光显微镜，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的照明装置。

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