CN218728316U

CN218728316U - 一种使用衍射光栅的多波长激光光源共聚焦显微镜

Info

Publication number: CN218728316U
Application number: CN202223175031.XU
Authority: CN
Inventors: 朱兵兵; 陈秋白
Original assignee: Sansui Optical Technology Suzhou Co ltd
Current assignee: Sansui Optical Technology Suzhou Co ltd
Priority date: 2022-11-29
Filing date: 2022-11-29
Publication date: 2023-03-24
Anticipated expiration: 2032-11-29

Abstract

本实用新型公开了一种使用衍射光栅的多波长激光光源共聚焦显微镜，包括光源模组、光纤准直器、反射镜、衍射光栅元件、聚焦透镜、滤波器、二向色镜、扫描模组、显微物镜、滤光片和检测器，光源模组、光纤准直器、反射镜、衍射光栅元件、聚焦透镜、滤波器、二向色镜、扫描模组、显微物镜沿激光入射方向依次设置，显微物镜、二向色镜、滤光片、检测器沿荧光入射方向依次设置。本实用新型中，光源模组由多个不同波长的激光器合束而成，合束光经过光纤准直器和反射镜进行准直和反射后入射至衍射光栅元件，通过利用衍射光栅元件取代光学滤光片进行滤光，不同波长的光束会彼此分开出射，衍射效率较高，光功率损失小，整体结构体积较小，适合集成化设计。

Description

一种使用衍射光栅的多波长激光光源共聚焦显微镜

技术领域

本实用新型属于显微镜技术领域，具体涉及一种使用衍射光栅的多波长激光光源共聚焦显微镜。

背景技术

激光共聚焦显微镜是一种应用于分子生物学和细胞生物学的研究仪器，其主要原理是利用激光扫描束通过光栅针孔形成点光源，在荧光标记标本的焦平面上逐点扫描，采集点的光信号通过探测针孔到达检测器，再经过信号处理，在计算机监视屏上形成图像。现有的激光共聚焦显微镜中，光源发射端大多是通过光学滤光片来滤除不需要的激发波长，光学滤光片的透过率往往受镀膜工艺和入射角度的影响，而且滤光能力有限，往往需要多个滤光片叠加使用才能滤除不需要的激发波长，这不仅增加了成本，也提高了装配的精度。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种使用衍射光栅的多波长激光光源共聚焦显微镜。

为实现上述目的，达到上述技术效果，本实用新型采用的技术方案为：

一种使用衍射光栅的多波长激光光源共聚焦显微镜，包括光源模组、光纤准直器、反射镜、衍射光栅元件、聚焦透镜、滤波器、二向色镜、扫描模组、显微物镜、滤光片和检测器，所述光源模组、光纤准直器、反射镜、衍射光栅元件、聚焦透镜、滤波器、二向色镜、扫描模组、显微物镜沿激光入射方向依次设置，所述显微物镜、二向色镜、滤光片、检测器沿荧光入射方向依次设置。

在本实用新型提供的一种使用衍射光栅的多波长激光光源共聚焦显微镜中，所述反射镜包括反射镜一和反射镜二，所述光纤准直器、反射镜一、反射镜二沿激光入射方向依次设置。

在本实用新型提供的一种使用衍射光栅的多波长激光光源共聚焦显微镜中，所述光源模组包括沿激光入射方向依次设置的激光器组、准直透镜组、二向色镜组、双胶合透镜和单模光纤，所述单模光纤、光纤准直器、反射镜沿激光入射方向依次设置，所述激光器组发射的光线经准直透镜组变为多束准直光再分别经过二向色镜组合成一束光，合束后的光束经双胶合透镜耦合进单模光纤中。

在本实用新型提供的一种使用衍射光栅的多波长激光光源共聚焦显微镜中，合束后的光斑的直径为0.3mm～6mm。

在本实用新型提供的一种使用衍射光栅的多波长激光光源共聚焦显微镜中，所述单模光纤的纤芯为3μm或9μm，数值孔径为0.1～0.12。

在本实用新型提供的一种使用衍射光栅的多波长激光光源共聚焦显微镜中，所述激光器组包括若干个不同波长的激光器，所述准直透镜组包括若干个准直透镜，所述二向色镜组包括若干个二向色镜，每个激光器与一个准直透镜和一个二向色镜相适配并一一对应设置。

在本实用新型提供的一种使用衍射光栅的多波长激光光源共聚焦显微镜中，所述激光器设置有四个，由左至右依次记为激光器一、激光器二、激光器三、激光器四，波长范围为375nm～785nm；所述准直透镜组包括四个准直透镜，由左至右依次记为准直透镜一、准直透镜二、准直透镜三、准直透镜四，准直透镜可以为非球面透镜、球面透镜或球透镜；所述二向色镜组包括四个二向色镜，由左至右依次记为二向色镜一、二向色镜二、二向色镜三、二向色镜四；所述激光器一、准直透镜一、二向色镜一相适配并一一对应设置，所述激光器二、准直透镜二、二向色镜二相适配并一一对应设置，所述激光器三、准直透镜三、二向色镜三相适配并一一对应设置，所述激光器四、准直透镜四、二向色镜四相适配并一一对应设置。

在本实用新型提供的一种使用衍射光栅的多波长激光光源共聚焦显微镜中，所述衍射光栅元件的衍射级次为±1、±2，刻线数为3600Lines/mm～7200Lines/mm，入射角度为-40°～40°。

在本实用新型提供的一种使用衍射光栅的多波长激光光源共聚焦显微镜中，所述滤波器为针孔滤波器，其针孔口径为1～20μm。

在本实用新型提供的一种使用衍射光栅的多波长激光光源共聚焦显微镜中，所述显微物镜的数值孔径为0.8～1.2，线视场为15mm～23mm，放大倍率为4～100X，所述显微物镜远离扫描模组的一侧设置有样本，激发光在样本中激发出不同波长的荧光，荧光经显微物镜入射到二向色镜上，被二向色镜反射的荧光入射到滤光片上再通过检测器接收荧光信号。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的光源模组的结构示意图；

图3为本实用新型的针孔滤波器的结构示意图；

图4为本实用新型经衍射光栅元件分光聚焦后得到的不同波长的光斑图；

图5为本实用新型的检测器得到的荧光信号图。

具体实施方式

下面对本实用新型进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

实施例1

如图1-5所示，一种使用衍射光栅的多波长激光光源共聚焦显微镜，包括光源模组、光纤准直器12、反射镜一13、反射镜二14、衍射光栅元件15、聚焦透镜16、针孔滤波器17、二向色镜五18、扫描模组19、显微物镜20、滤光片22和检测器23，光源模组、光纤准直器12、反射镜一13、反射镜二14、衍射光栅元件15、聚焦透镜16、针孔滤波器17、二向色镜五18、扫描模组19、显微物镜20沿激光入射方向依次设置，显微物镜20远离扫描模组19的一侧设置有样本21，激发光在样本21中激发出不同波长的荧光，显微物镜20、二向色镜五18、滤光片22、检测器23沿荧光入射方向依次设置。

光源模组包括激光器组、准直透镜组5、二向色镜组、双胶合透镜10和单模光纤11，双胶合透镜10的作用是耦合和消色差，单模光纤11的纤芯为3μm或9μm，数值孔径为0.1～0.12；激光器组发射的光线经准直透镜组5变为多束准直光出射，再分别经过二向色镜组合成一束光，合束光斑的直径可为0.3mm～6mm，合束后的光束经一个双胶合透镜10耦合进单模光纤11中。

本实施例中，激光器组包括四个不同波长的激光器，由左至右依次记为激光器一1、激光器二2、激光器三3、激光器四4，波长可用范围为375nm～785nm，四个激光器发射的光线分别经准直透镜组5变为四束准直光出射，再分别经过二向色镜组合成一束光。

准直透镜组5包括四个准直透镜，由左至右依次记为准直透镜一51、准直透镜二52、准直透镜三53、准直透镜四54，准直透镜可以为非球面透镜、球面透镜或球透镜。

二向色镜组包括四个二向色镜，由左至右依次记为二向色镜一6、二向色镜二7、二向色镜三8、二向色镜四9。

本实用新型提供的使用衍射光栅的多波长激光光源共聚焦显微镜的工作原理为：

激光器一1发射的光线经准直透镜一51变为准直光出射，经二向色镜一6反射后从二向色镜二7透射出来，再依次从二向色镜三8、二向色镜四9透射出来，激光器二2发射的光线经准直透镜二52变为准直光出射，经二向色镜二7反射后依次从二向色镜三8、二向色镜四9透射出来，激光器三3发射的光线经准直透镜三53变为准直光出射，经二向色镜三8反射后从二向色镜四9透射出来，激光器四4发射的光线经准直透镜四54变为准直光出射，通过二向色镜四9进行反射，四束光共同经一个双胶合透镜10耦合进单模光纤11中；

随后，经由单模光纤11出光后，先经一个光纤准直器12变为准直光束，准直光束经过反射镜一13和反射镜二14以调整角度，反射镜一13和反射镜二14分别由一个电机M单独控制，入射角度由衍射光栅元件15的设计参数决定，当具有一定角度的准直光束入射到衍射光栅元件15上时，不同波长的光束会彼此分开出射，如图4所示，光束出射的角度由衍射光栅元件15的设计参数决定，经衍射光栅元件15分光后的光束入射到聚焦透镜16上，聚焦透镜16为一非球面透镜，其通光口径应保证所有分光的光束均能够接收，经聚焦透镜16汇聚后的光束，即成像的像点处有一针孔滤波器17，通过该针孔滤波器17可以滤除不需要的其他光束，如图3所示，针孔滤波器17中每个针孔的口径可为1～20μm，针孔滤波器17的不同针孔之间的距离与激发光波长及从衍射光栅元件15出射的角度有关，该距离要求公差小，加工精度高，以避免聚焦后光束无法通过针孔，经过滤的光束再入射到二向色镜五18上，使用不同波长的激发光时应更换相匹配的二向色镜，从二向色镜五18透射的光束进入扫描模组19中，扫描光束再经显微物镜20汇聚于样本21上，样本21安装一个电机M以调整检测视野，激发光将在样本21中激发出不同波长的荧光，荧光经显微物镜20再经扫描***后入射到二向色镜五18上，由于该二向色镜的波长选择性，荧光将发生发射而不会透射，但二向色镜五18同时也会反射一小部分由样本21反射回来的激发光，这是因为二向色镜五18所镀的膜层无法做到100％的透过率，因此，反射的荧光须再入射到滤光片22上以滤除反射回来的激发光，最后由检测器23接收荧光信号，如图5所示。因为荧光信号往往很微弱，通常检测器23应使用光电倍增管(PMT)装置，以将荧光信号进行放大。

本实施例中，衍射光栅元件15的设计参数通常包括衍射级次、刻线数及入射角度，衍射光栅元件15的衍射级次可为±1、±2，刻线数为3600Lines/mm～7200Lines/mm，入射角度为-40°～40°，衍射光栅元件15的制作材料为玻璃。

显微物镜20的数值孔径为0.8～1.2，线视场为15mm～23mm，放大倍率为4～100X。

本实用新型未具体描述的部分或结构采用现有技术或现有产品即可，在此不做赘述。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims

1.一种使用衍射光栅的多波长激光光源共聚焦显微镜，其特征在于，包括光源模组、光纤准直器、反射镜、衍射光栅元件、聚焦透镜、滤波器、二向色镜、扫描模组、显微物镜、滤光片和检测器，所述光源模组、光纤准直器、反射镜、衍射光栅元件、聚焦透镜、滤波器、二向色镜、扫描模组、显微物镜沿激光入射方向依次设置，所述显微物镜、二向色镜、滤光片、检测器沿荧光入射方向依次设置。

2.根据权利要求1所述的一种使用衍射光栅的多波长激光光源共聚焦显微镜，其特征在于，所述反射镜包括反射镜一和反射镜二，所述光纤准直器、反射镜一、反射镜二沿激光入射方向依次设置。

3.根据权利要求1所述的一种使用衍射光栅的多波长激光光源共聚焦显微镜，其特征在于，所述光源模组包括沿激光入射方向依次设置的激光器组、准直透镜组、二向色镜组、双胶合透镜和单模光纤，所述单模光纤、光纤准直器、反射镜沿激光入射方向依次设置。

4.根据权利要求3所述的一种使用衍射光栅的多波长激光光源共聚焦显微镜，其特征在于，合束后的光斑的直径为0.3mm～6mm。

5.根据权利要求3所述的一种使用衍射光栅的多波长激光光源共聚焦显微镜，其特征在于，所述单模光纤的纤芯为3μm或9μm，数值孔径为0.1～0.12。

6.根据权利要求3所述的一种使用衍射光栅的多波长激光光源共聚焦显微镜，其特征在于，所述激光器组包括若干个不同波长的激光器，所述准直透镜组包括若干个准直透镜，所述二向色镜组包括若干个二向色镜，每个激光器与一个准直透镜和一个二向色镜相适配并一一对应设置。

7.根据权利要求6所述的一种使用衍射光栅的多波长激光光源共聚焦显微镜，其特征在于，所述激光器设置有四个，由左至右依次记为激光器一、激光器二、激光器三、激光器四，波长范围为375nm～785nm；所述准直透镜组包括四个准直透镜，由左至右依次记为准直透镜一、准直透镜二、准直透镜三、准直透镜四，准直透镜可以为非球面透镜、球面透镜或球透镜；所述二向色镜组包括四个二向色镜，由左至右依次记为二向色镜一、二向色镜二、二向色镜三、二向色镜四；所述激光器一、准直透镜一、二向色镜一相适配并一一对应设置，所述激光器二、准直透镜二、二向色镜二相适配并一一对应设置，所述激光器三、准直透镜三、二向色镜三相适配并一一对应设置，所述激光器四、准直透镜四、二向色镜四相适配并一一对应设置。

8.根据权利要求1所述的一种使用衍射光栅的多波长激光光源共聚焦显微镜，其特征在于，所述衍射光栅元件的衍射级次为±1、±2，刻线数为3600Lines/mm～7200Lines/mm，入射角度为-40°～40°。

9.根据权利要求1所述的一种使用衍射光栅的多波长激光光源共聚焦显微镜，其特征在于，所述滤波器为针孔滤波器，其针孔口径为1～20μm。

10.根据权利要求1所述的一种使用衍射光栅的多波长激光光源共聚焦显微镜，其特征在于，所述显微物镜的数值孔径为0.8～1.2，线视场为15mm～23mm，放大倍率为4～100X，所述显微物镜远离扫描模组的一侧设置有样本，激发光在样本中激发出不同波长的荧光，荧光经显微物镜入射到二向色镜上，被二向色镜反射的荧光入射到滤光片上再通过检测器接收荧光信号。