WO2019233425A1 - 一种基于光纤耦合器的共聚焦显微系统 - Google Patents

一种基于光纤耦合器的共聚焦显微系统 Download PDF

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Abstract

一种基于光纤耦合器的共聚焦显微系统，包括光源(1)、光纤耦合单元(2)、扫描单元(3)、显微成像单元(4)和探测单元(5)。光源用于产生相干光，并将相干光传输至光纤耦合单元。光纤耦合单元用于将相干光传输至扫描单元，并将扫描单元返回的反射光或荧光传输至探测单元。扫描单元用于接收相干光并传输至显微成像单元，接收显微成像单元返回的反射光或荧光并传输至光纤耦合单元。显微成像单元用于将相干光聚集到样品表面，并将样品的反射光或荧光传输至扫描单元。探测单元用于收集反射光或荧光。通过光纤耦合器将光源和探测部分等主机部分与扫描、显微成像部分分开，扩展显微成像系统的灵活性和实用性。

Description

一种基于光纤耦合器的共聚焦显微系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年6月5日提交的申请号为2018105688938，发明名称为“一种基于光纤耦合器的共聚焦显微系统”的中国专利申请的优先权，其通过引用方式全部并入本申请。
技术领域
本申请涉及显微成像技术领域，更具体地，涉及一种基于光纤耦合器的共聚焦显微系统。
背景技术
激光共聚焦显微镜是高度集成化的光学显微镜，在生物科学的形态学研究中具有极重要的地位。其基本原理是以激光作为光源，采用共轭聚焦技术消除焦点以外杂散光的干扰，极大的提高了分辨率。利用快速扫描成像和Z轴步进可以实现三维成像和光学切片。
共聚焦显微镜在显微成像的基础上增加了激光扫描装置，将激光，电子，计算机图像学技术等结合在一起的先进的细胞分子生物学分析仪器。在传统光学显微镜基础上，激光共聚焦显微镜用激光作为光源，采用共轭聚焦原理和装置，并利用计算机图像学进行数字图像处理观察，分析和输出。共聚焦显微镜的特点是可以对样品进行断层扫描曾想，对细胞三维空间结构进行无损的观察。
但是由于共聚焦显微镜系统的结构复杂，尺寸过于庞大，难以在体的对病人的组织进行实时观察。医院里常规的检测方法是将组织进行取样染色后进行病例检测。这种检测流程在时间上耗时太久，对病人造成了比较大的负担。
发明内容
本申请提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于光纤耦合器的共聚焦显微系统，解决了现有技术中共聚焦显微镜系统的结构复杂，尺寸过于庞大，难以在体的对病人的组织进行实时观察的问题。
根据本申请的一个方面，提供一种基于光纤耦合器的共聚焦显微系统，包括光源、光纤耦合单元、扫描单元、显微成像单元和探测单元；
所述光源用于产生相干光，并将所述相干光传输至所述光纤耦合单元；
所述光纤耦合单元用于将所述相干光传输至所述扫描单元，并将扫描单元返回的反射光或荧光传输至所述探测单元；
所述扫描单元用于自动对相干光进行二维扫描，接收所述相干光并传输至所述显微成像单元，接收所述显微成像单元返回的反射光或荧光并传输至所述光纤耦合单元；
所述显微成像单元用于将所述相干光聚集到样品表面，并将样品的反射光或荧光传输至所述扫描单元；
所述探测单元用于收集所述反射光或荧光并将光信号转化为数字信号，并最终在计算机中排列为数字图像。
作为可选的，所述扫描单元为二维振镜或微机电系统MEMS扫描镜。
作为可选的，所述扫描单元包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜与所述第二反射镜正交排列，所述第一反射镜连接有第一电机，所述第二反射镜连接有第二电机；所述第一反射镜、所述第二反射镜分别在所述第一电机、第二电机的带动下按照预设轨迹摆动，以对所述光纤耦合单元传输的相干光进行扫描。
作为可选的，所述光纤耦合单元为m×n光纤耦合器，m≥1，n≥2。
作为可选的，所述光纤耦合单元为单模光纤耦合的光纤耦合器，或单模光纤与多模光纤耦合的光纤耦合器，或双包层光纤与多模光纤耦合的光纤耦合器。
作为可选的，所述光纤耦合单元至少包括第一接口、第二接口和第三接口；所述第一接口用于接收所述相干光并传输至所述第三接口；所述第三接口用于将所述相干光传输至所述扫描单元，并将扫描单元返回的反射光或荧光传输至所述第二接口；所述第二接口用于将所述反射光或荧光耦合至所述探测单元。
作为可选的，所述显微成像单元包括扫描透镜、聚焦透镜和物镜；所述扫描透镜和所述聚焦透镜组成中继系统，用于接收所述相干光并将所述相干光汇聚至所述物镜；所述物镜用于将所述相干光聚焦至样品，并收集样品的 反射光或者发出的荧光。
作为可选的，所述光源为单波长激光器，或多个激光器组合。
作为可选的，所述探测单元为点探测器或一维探测器或二维面阵探测器。
本申请提出一种基于光纤耦合器的共聚焦显微系统，通过光纤耦合器将激光、探测器等主机部分与扫描、显微成像部分分开，可将显微成像部分做为手持装置，有效的扩展了显微成像系统的灵活性和临床实用性，在体实时的对病患皮肤、口腔、泌尿系统等部位进行实时成像，减少了病患等待的时间。
附图说明
图1为根据本申请实施例的基于光纤耦合器的共聚焦显微系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。
在医生通过共聚焦显微镜系统对病人的组织进行观察时，一般需要对病人的组织进行取样、染色之后，通过共聚焦显微镜系统再对去取样样品进行病例检测，这种检测无法实现在体实时的对病患皮肤、口腔、泌尿系统等部位进行实时成像，且检测流程在时间上耗时太久，对病人造成了比较大的负担，
因此，本实施例中提供了一种基于光纤耦合器的共聚焦显微系统，如图1所示，包括光源1、光纤耦合单元2、扫描单元3，显微成像单元4和探测单元5；
所述光源1用于产生相干光，并将所述相干光传输至所述光纤耦合单元2；
所述光纤耦合单元2用于将所述相干光传输至所述扫描单元3，扫描单元3再传到到显微成像单元4，并将显微成像单元4、扫描单元3返回的反射光或荧光传输至所述探测单元5；光纤耦合单元4的光纤纤芯同时起到共聚焦探测小孔的作用。
扫描单元3，所述扫描单元3设于所述光纤耦合单元2与所述显微成像 单元4间，扫描单元3在程序的设定下自动对相干光进行二维扫描，所述扫描单元3用于接收所述相干光并传输至所述显微成像单元4，接收所述显微成像单元4返回的反射光或荧光并传输至所述光纤耦合单元2。
所述显微成像单元4用于将所述相干光聚集到样品表面，并将样品的反射光或荧光传输至所述扫描单元3；具体的，在本实施例中，所述显微成像单元为手持式装置，可以供使用者远程检测。
所述探测单元5用于收集所述反射光或荧光。所述探测单元5用于收集所述反射光或荧光并将光信号转化为数字信号，并最终在计算机中排列为数字图像。
在本实施例中，探测单元5还连接有计算机，用于对探测单元5收集到的反射光或荧光进行转换、显示和分析处理。
在本实施例中，通过光纤耦合器将激光、探测器等主机部分与扫描、显微成像部分分开，可将显微成像部分做为手持装置，有效的扩展了显微成像系统的灵活性和临床实用性，在体实时的对病患皮肤、口腔、泌尿系统等部位进行实时成像，减少了病患等待的时间。
作为一个可选的实施方式，所述扫描单元3为二维振镜或微机电系统MEMS扫描镜。
作为一个可选的实施方式，所述光纤耦合单元2为单模光纤耦合的光纤耦合器，或单模光纤与多模光纤耦合的光纤耦合器，或双包层光纤与多模光纤耦合的光纤耦合器。
作为一个可选的实施方式，所述光纤耦合单元2至少包括第一接口、第二接口和第三接口；所述第一接口用于接收所述相干光并传输至所述第三接口；所述第三接口用于将所述相干光传输至所述显微成像单元4，并显微成像单元4返回的反射光或荧光传输至所述第二接口；所述第二接口用于将所述反射光或荧光耦合至所述探测单元5。
作为一个可选的实施方式，所述光纤耦合单元2为m×n光纤耦合器，m≥1，n≥2。
在本实施例中，如图1中所示，光纤耦合单元2的选用2×2光纤耦合器，包括A、B、C、D四个接口，A口接收从光源1出射的相干光并传导到B口，光纤耦合单元2的B口接收由扫描单元3返回的反射光或者荧光并且耦合至 D口，并出射至探测单元5。
作为一个可选的实施方式，所述扫描单元3包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜与所述第二反射镜正交排列，所述第一反射镜连接有第一电机，所述第二反射镜连接有第二电机；所述第一反射镜、所述第二反射镜分别在所述第一电机、第二电机的带动下按照预设轨迹摆动，以对所述光纤耦合单元2传输的相干光进行扫描。
在本实施例中，所述扫描单元3由正交排列的两片反射镜组成，在各自电机的带动下两片反射镜可以按照预设的轨迹进行摆动，对光纤耦合单元2的B口出射的相干光进行扫描。在本实施例中，所述扫描单元3可以与显微成像单元4组成一体化手持装置。
作为一个可选的实施方式，所述显微成像单元4包括扫描透镜6、聚焦透镜7和物镜8；所述扫描透镜6和所述聚焦透镜7组成中继系统，用于接收所述相干光并将所述相干光汇聚至所述物镜8；所述物镜8用于将所述相干光聚焦至样品，并收集样品的反射光或者发出的荧光。所述显微成像单元4由扫描透镜6，聚焦透镜7，物镜8组成。其中扫描透镜6，汇聚透镜7组成中继系统，将扫描单元3处的相干光中继到物镜8的后瞳。
作为一个可选的实施方式，所述光源1为单波长激光器，或多个激光器组合，也可用其他光纤组合。
作为一个可选的实施方式，所述探测单元5为点探测器或一维探测器或二维面阵探测器。
综上所述，本申请提出一种基于光纤耦合器的共聚焦显微系统，通过光纤耦合器将激光、探测器等主机部分与扫描、显微成像部分分开，可将显微成像部分做为手持装置，有效的扩展了显微成像系统的灵活性和临床实用性，在体实时的对病患皮肤、口腔、泌尿系统等部位进行实时成像，减少了病患等待的时间。
以上所描述的显示装置的测试设备等实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动 的情况下，即可以理解并实施。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请的实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请的实施例各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

  1. 一种基于光纤耦合器的共聚焦显微系统，其特征在于，包括光源、光纤耦合单元、扫描单元、显微成像单元和探测单元；
    所述光源用于产生相干光，并将所述相干光传输至所述光纤耦合单元；
    所述光纤耦合单元用于将所述相干光传输至所述扫描单元，并将扫描单元返回的反射光或荧光传输至所述探测单元；
    所述扫描单元用于自动对相干光进行二维扫描，接收所述相干光并传输至所述显微成像单元，接收所述显微成像单元返回的反射光或荧光并传输至所述光纤耦合单元；
    所述显微成像单元用于将所述相干光聚集到样品表面，并将样品的反射光或荧光传输至所述扫描单元；
    所述探测单元用于收集所述反射光或荧光并将光信号转化为数字信号，并最终在计算机中排列为数字图像。
  2. 根据权利要求1所述的基于光纤耦合器的共聚焦显微系统，其特征在于，所述扫描单元为二维振镜或微机电系统MEMS扫描镜。
  3. 根据权利要求1所述的基于光纤耦合器的共聚焦显微系统，其特征在于，所述扫描单元包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜与所述第二反射镜正交排列，所述第一反射镜连接有第一电机，所述第二反射镜连接有第二电机；所述第一反射镜、所述第二反射镜分别在所述第一电机、第二电机的带动下按照预设轨迹摆动，以对所述光纤耦合单元传输的相干光进行扫描。
  4. 根据权利要求1所述的基于光纤耦合器的共聚焦显微系统，其特征在于，所述光纤耦合单元为m×n光纤耦合器，m≥1，n≥2。
  5. 根据权利要求4所述的基于光纤耦合器的共聚焦显微系统，其特征在于，所述光纤耦合单元为单模光纤耦合的光纤耦合器，或单模光纤与多模光纤耦合的光纤耦合器，或双包层光纤与多模光纤耦合的光纤耦合器。
  6. 根据权利要求1所述的基于光纤耦合器的共聚焦显微系统，其特征在于，所述光纤耦合单元至少包括第一接口、第二接口和第三接口；所述第一接口用于接收所述相干光并传输至所述第三接口；所述第三接口用于将所述相干光传输至所述扫描单元，并将扫描单元返回的反射光或荧光传输至所述 第二接口；所述第二接口用于将所述反射光或荧光耦合至所述探测单元。
  7. 根据权利要求1所述的基于光纤耦合器的共聚焦显微系统，其特征在于，所述显微成像单元包括扫描透镜、聚焦透镜和物镜；所述扫描透镜和所述聚焦透镜组成中继系统，用于接收所述相干光并将所述相干光汇聚至所述物镜；所述物镜用于将所述相干光聚焦至样品，并收集样品的反射光或者发出的荧光。
  8. 根据权利要求1所述的基于光纤耦合器的共聚焦显微系统，其特征在于，所述光源为单波长激光器，或多个激光器组合。
  9. 根据权利要求1所述的基于光纤耦合器的共聚焦显微系统，其特征在于，所述探测单元为点探测器或一维探测器或二维面阵探测器。
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