CN218974142U - 一种多波段结构光显微成像*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种多波段结构光显微成像***。多波段结构光显微成包括依次设于光路上的多个光源、聚光模组、分光器件、液晶空间光调制器、滤波器件以及探测组件；多个光源分别发射不同波长的光线；聚光模组用于接收多个光源发出的光纤并对光线进行合束处理，以形成同光轴传输的合束光，并使得合束光射入分光器件；分光器件用于将合束光传导至液晶空间光调制器；液晶空间光调制器用于对合束光进行调制而形成调制光，并将调制光传导至分光器件；调制光经分光器件后向滤波器件传导，滤波器件用于过滤调制光中的多个衍射光线；探测组件用于使滤波器件过滤得到的光线照射在待测样本上以使待测样本受激发而产生荧光信号，并对荧光信号进行收集成像。

Description

一种多波段结构光显微成像***

技术领域

本实用新型涉及生物成像技术领域，特别涉及一种多波段结构光显微成像***。

背景技术

目前生物成像领域，采用荧光显微镜进行成像已广泛应用。荧光成像主要为生物样本采用荧光染料进行组织标定，通过不同波长的激光进行荧光激发产生荧光信号，荧光信号经过显微镜成像***，到达探测器进行成像采集，进而进行样本分析。

数字微镜器件(Digtial Micromirror Devices，DMD)是一种由多个高速数字式光反射开光组成的阵列，是光学半导体模块，允许以数字方式对光进行处理和投影。反射率高、对比度大，能够实现白天对可见光条件下物体的高速被动式点扫描成像。目前基于数字微镜器件的光学***设计大部分采用单一波长，即整个成像***，仅可支持单一波长进行成像，对于多种染料的生物样本，则无法全面进行成像分析。

而对于多波段的数字微镜器件的光学***设计而言，由于不同的波段的光源进入数字微镜器件空间光调制器时需要设置不同的入射角，因此会导致整个光路复杂且安装调试困难。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种多波段结构光显微成像***，旨在解决上述的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提出一种多波段结构光显微成像***，所述多波段结构光显微成像***具有一个光路，且包括依次设于光路上的多个光源、聚光模组、分光器件、液晶空间光调制器、滤波器件以及探测组件；

多个所述光源分别发射不同波长的光线；

所述聚光模组用于接收多个所述光源发出的光纤并对所述光线进行合束处理，以形成同光轴传输的合束光，并使得所述合束光射入所述分光器件；

所述分光器件用于将所述合束光传导至所述液晶空间光调制器；

所述液晶空间光调制器用于对所述合束光进行调制而形成调制光，并将所述调制光传导至所述分光器件；

所述调制光经所述分光器件后向所述滤波器件传导，所述滤波器件用于过滤所述调制光中的多个衍射光线；

所述探测组件用于使所述滤波器件过滤得到的光线照射在待测样本上以使待测样本受激发而产生荧光信号，并对荧光信号进行收集成像。

可选地，所述聚光模组包括分别对应多个所述光源设置的多个准直透镜，及分别对应于多个所述准直透镜设置多个光调向镜；

多个所述光调向镜中包括第一二向色镜；

其中一所述光源发出的光透过对应的所述准直透镜传输至所述第一二向色镜，并透过所述第一二向色镜沿第一方向向所述分光器件传输；

其他的所述光源发出的光分别透过对应的准直透镜传输至各自所对应的所述光调向镜，且经过所述光调向镜反射后沿第二方向传输至所述第一二向色镜进行合束以形成所述合束光，所述合束光沿第一方向向所述分光器件传输；所述第一方向与所述第二方向相垂直。

可选地，多个所述光源发出的光经过各自对应的所述准直透镜进行准直处理后，形成多束光斑大小相同的平行光；

多个所述光源发出的光在所述第一二向色镜的出光面上形成的光斑相重合。

可选地，距离所述第一二向色镜最远的所述光源对应的所述光调向镜为反射镜；

其他的所述光调向镜为二向色镜。

可选地，所述分光器件包括第一分光棱镜，所述合束光经所述第一分光棱镜反射后进入所述液晶空间光调制器；

所述调制光透过所述第一分光棱镜朝向所述滤波器件传输。

可选地，所述探测组件包括：

反射镜片，处在所述光路上，且设于所述滤波器件远离所述液晶空间光调制器的一侧；

物镜，处在所述光路上，且与所述反射镜片之间呈夹角设置，所述物镜用以接收所述反射镜片反射的光线，所述物镜远离所述反射镜片的一侧用于安置待测样本；以及，

探测器，设于所述反射镜片远离所述物镜的一侧，所述探测器的探测端朝向所述物镜设置。

可选地，所述反射镜片为二向色镜；和/或，

所述反射镜片与所述探测器之间设有第四聚焦透镜。

可选地，所述多波段结构光显微成像***还包括第一反射棱镜、第二反射棱镜、第三反射棱镜、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜以及第三聚焦透镜；

所述调制光经过所述第一反射棱镜反射后，透过所述第一聚焦透镜传输至所述滤波器件进行滤波处理，所述调制光经过所述滤波器件进行滤波处理后，依次经过所述第二反射棱镜和所述第三反射棱镜反射后，经所述第二聚焦透镜以及所述第三聚焦透镜传输至所述反射镜片。

可选地，所述多波段结构光显微成像***还包括光路调整机构，所述光路调整机构包括：旋转反射镜和第二分光棱镜；

所述旋转反射镜设置在所述聚光模组及所述分光器件之间，所述旋转反射镜位置可旋转的安装，且通过转动所述旋转反射镜，以使所述旋转反射镜进入所述光路中或者脱离所述光路；

所述第二分光棱镜设置在所述第二聚焦透镜以及所述第三聚焦透镜之间；在所述旋转反射镜进入所述光路时，所述第二分光棱镜用于接收自所述旋转反射镜反射而至的所述合束光，并将所述合束光传导至所述探测组件。

可选地，所述光路调整机构还包括驱动机构，所述驱动机构的输出端连接所述旋转反射镜以用于驱动所述旋转反射镜旋转，以使所述旋转反射镜进入所述光路中或者脱离所述光路。

本实用新型的技术方案中，采用液晶空间光调制器接收多个波段的光源形成的合束光以对该合束光进行调制，形成基于LCSLM的超分辨成像光路***。基于LCSLM的超分辨成像光路***对于不同光源波长，经LCSLM进行调制后具有较好的光轴一致性，更好的共用相同的光路设计，达到多波段的成像的效果；另外，基于LCSLM的超分辨成像光路***的光路合理布局，光路一致性好，调试便捷，成本低，通用性强。另外，通过设置光路调整机构可以将未调制的合束光传导至待测样本表面，从而使得待测样本产生激发光，且未调制的合束光还可以作为照明背景光，以便于快速找准待测样本的位置。

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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种多波段结构光显微成像***一实施例的光路结构示意图；

图2是本实用新型提供的一种多波段结构光显微成像***另一实施例的光路结构示意图；

图3是图2所示多波段结构光显微成像***中的旋转反射镜进入光路后的光路结构示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

目前生物成像领域，采用荧光显微镜进行成像已广泛应用。荧光成像主要为生物样本采用荧光染料进行组织标定，通过不同波长的激光进行荧光激发，荧光信号经过显微镜成像***，到达探测器进行成像采集，进而进行样本分析，目前基于数字微镜器件的光学***设计大部分采用单一波长，即整个成像***，仅可支持单一波长进行成像，对于多种染料的生物样本，则无法全面进行成像分析。

本实用新型提供一种多波段结构光显微成像***，图1为本实用新型提供的一种多波段结构光显微成像***一实施例的光路结构示意图。

请参照图1，多波段结构光显微成像***10具有一个光路，且包括依次设于光路上的多个光源110、聚光模组120、分光器件130、液晶空间光调制器140、滤波器件150以及探测组件160。

多个光源110分别发射不同波长的光线；聚光模组120用于接收多个光源发出的光线并对光线进行合束处理，以形成同光轴传输的合束光，并使得合束光射入分光器件130；分光器件130用于将合束光传导至液晶空间光调制器140；液晶空间光调制器140用于对合束光进行调制而形成调制光，并将调制光传导至分光器件130；调制光经分光器件130后向滤波器件150传导，滤波器件150用于过滤调制光中的多个衍射光线；探测组件160用于使滤波器件150过滤得到的光线照射在待测样本上以使待测样本受激发而产生荧光信号，并对荧光信号进行收集成像。

其中，液晶空间光调制器英文名称为Liquid Crystal Spatial LightModulation，简称为LCSLM。

因此，本实用新型的方案中，采用液晶空间光调制器140接收多个波段的光源形成的合束光以对该合束光进行调试，形成基于LCSLM的超分辨成像光路***。基于LCSLM的超分辨成像光路***对于不同光源波长，经LCSLM进行调制后具有较好的光轴一致性，更好的共用相同的光路设计，达到多波段的成像的效果；另外，基于LCSLM的超分辨成像光路***的光路合理布局，光路一致性好，调试便捷，成本低，通用性强。

请参阅图1。

本实施例中，聚光模组120包括分别对应多个光源110设置的多个准直透镜121，及分别对应于多个准直透镜121设置的多个光调向镜122；多个光调向镜122中包括第一二向色镜1221；其中一光源110发出的光透过对应的准直透镜121传输至第一二向色镜1221，并透过第一二向色镜1221沿第一方向X向分光器件130传输；其他的光源110发出的光分别透过对应的准直透镜121传输至各自所对应的光调向镜122，且经过光调向镜122反射后沿第二方向Y传输至第一二向色镜1221进行合束后，沿第一方向X向分光器件130传输；第一方向X与第二方向Y相垂直。

本实施例中，多个光源110表示为具有两个或者两个以上的光源110，以图1为例，本实施例中，可以设置四个不同波段的光源110。其中，每一光源110均为激光光源，四个不同波段的光源110则可以分别对应为400～700nm常用可见光中的不同波段的光源。

其中，每一光源110可以分别为第一光源111、第二光源112、第三光源113以及第四光源114。

第一光源111发出的光经过对应的准直透镜121后形成平行光束，平行光束则可以进一步沿第一方向X向第一二向色镜1221传输，且透过第一二向色镜1221后传输至分光器件130。其中，第一二向色镜1221被设置为可以供第一光源111发出光波长相同的光通过，而其他光源发出的与第一光源111发出光波长不同的则被第一二向色镜1221反射。

第二光源112发出的光经过对应的准直透镜121后同样形成平行光束，平行光束则可以进一步沿第一方向X向所对应的光调向镜122传输，此光调向镜122可以是第二二向色镜1222。其中，第二二向色镜1222被设置为可以不允许与第二光源112发出光波长相同的光通过，而其他光源发出的与第二光源112发出光波长不同的则被允许透过第二二向色镜1222。第二光源112发出的光束可以依次经过对应的准直透镜121、第二二向色镜1222、经过第一二向色镜1221反射后传输至分光器件130。

第三光源113发出的光经过对应的准直透镜121后同样形成平行光束，平行光束则可以进一步沿第一方向X向所对应的光调向镜122传输，此光调向镜122可以是第三二向色镜1223。其中，第三二向色镜1223被设置为可以不允许与第三光源113发出光波长相同的光通过，而其他光源发出的与第三光源113发出光波长不同的则被允许透过第三二向色镜1223。第三光源113发出的光束可以依次经过对应的准直透镜121、第三二向色镜1223、第二二向色镜1222、经过第一二向色镜1221反射后传输至分光器件130。

第四光源114发出的光经过对应的准直透镜121后同样形成平行光束，平行光束则可以进一步沿第一方向X向所对应的光调向镜122传输，此光调向镜122可以是反射镜1224。第四光源114发出的光束可以依次经过对应的准直透镜121、经过反射镜1224反射后，进而依次透过第三二向色镜1223、第二二向色镜1222，并经第一二向色镜1221反射后传输至分光器件130。

本实施例中，通过对多个光源110、多个准直透镜121和多个光调向镜122的位置进行调整，从而可以使得第一光源111、第二光源112、第三光源113以及第四光源114发出的光均可以自第一二向色镜1221的出光面一侧发出，且第一光源111、第二光源112、第三光源113以及第四光源114发出的光在第一二向色镜1221的出光面上的形成的光斑相重合。此方案中，可以形成多波段的同轴的合束光。

可选地，每一所述准直透镜121均可以是组合透镜也可以是单透镜，通过准直透镜121可以实现将多个光源110发出的光均平行设置，且形成光斑大小相同的光束。

本实施例中，分光器件130包括第一分光棱镜131，合束光经第一分光棱镜131反射后进入液晶空间光调制器140。

其中，第一分光棱镜131同样可以是二向色镜，第一分光棱镜131可以将合束光沿第二方向Y反射至液晶空间光调制器140中。液晶空间光调制器140则可以对合束光进行调制，且使得合束光发生衍射，形成调制光，调制光具有多个衍射级的衍射光束。调制光则可以沿第二方向Y返回至第一分光棱镜131，且透过第一分光棱镜131后进一步沿第二方向Y传输。

请进一步参阅图1。

本实施例中，多波段结构光显微成像***10的光路中还包括第一反射棱镜171、第二反射棱镜171、第三反射棱镜173、第一聚焦透镜174、第二聚焦透镜175以及第三聚焦透镜176。

其中，第一反射棱镜171、第一聚焦透镜174设置在分光器件130和滤波器件150之间的光路中，第二反射棱镜171、第三反射棱镜173、第二聚焦透镜175以及第三聚焦透镜176设置在滤波器件150和探测组件160之间的光路中。

因此，调制光透过第一分光棱镜131后可以传输至第一反射棱镜171，经过第一反射棱镜171反射后沿第一方向X传输至第一聚焦透镜174，进而通过第一聚焦透镜174传输至滤波器件150。滤波器件150可以设置为允许调制光中具有设定衍射级(例如±1级、0级)的衍射光束通过，且阻挡设定衍射级之外的其他衍射级的衍射光束通过，从而可以对调制光进行滤波处理，以减少光学噪声，提高检测精度。

进一步的，通过滤波器件150滤波处理后的调制光，则可以经过第二反射棱镜171反射后沿第二方向传输Y传输至第三反射棱镜173，并能够通过第三反射棱镜173反射后沿第一方向X依次经过第二聚焦透镜175以及第三聚焦透镜176后进入探测组件160。探测组件160则可以将调制光传输至照射至待测样本表面，且待测样本可以受调制光激发而产生荧光信号(激发光)。

请进一步参阅图1，所述探测组件160包括反射镜片161、物镜162和探测器163，所述反射镜片161处在所述光路上，且设于所述滤波器件150远离所述液晶空间光调制器140的一侧，所述物镜162处在所述光路上，且与所述反射镜片161之间呈夹角设置，所述物镜162用以接收所述反射镜片161反射的光线，所述物镜162远离所述反射镜片161的一侧用于安置待测样本200，所述探测器163设于所述反射镜片161远离所述物镜162的一侧，所述探测器163的探测端朝向所述物镜162设置。具体过程如下，所述反射镜将衍射光线以第二方向Y反射进入所述物镜162，所述物镜162为荧光显微镜的物镜，经过所述物镜162的光线投射在待测样本上，由于待测样本在实验前已经采用荧光染料进行组织标定，从而在受特定衍射光照射后则会受激发显示荧光信号，进入所述物镜162的荧光信号会被收集，能够显光于所述探测器163的探测端，所述探测器163进行荧光信号采集生成对应于荧光信号的电信号，并将电信号传输至电脑进行图像处理，进而达到超分辨成像的效果。

需要说明的是，本实施例中所述探测器163为相机，此时所述探测端为所述相机的镜头，在其他实施例中，也可以为其他可以实现功能的器件，在此不做限制。

进一步的，本实施例中，所述反射镜片161同样可以设置为二向色镜，二向色镜具有优良的性能，能够满足设计需求。

反射镜片161与探测器163之间设有第四聚焦透镜164。为了保证所述探测器163对图像的采集效果，所述反射镜片161与所述探测器163之间设有第四聚焦透镜164，需要说明的是，所述第四聚焦透镜164可以为单透镜也可以是组合透镜，其作用是保证光线汇集从而便于所述探测器163进行图像采集。

请参阅图2和图3，图2是本实用新型提供的一种多波段结构光显微成像***另一实施例的光路结构示意图；图3是图2所示多波段结构光显微成像***中的旋转反射镜进入光路后的光路结构示意图。

其中，本实施例与图1所述实施例中的区别在于，本实施例中的多波段结构光显微成像***10还包括光路调整机构，光路调整机构包括旋转反射镜181和第二分光棱镜182。

旋转反射镜181设置在聚光模组120及分光器件130之间，旋转反射镜181位置可旋转的安装，且通过转动旋转反射镜181，以使旋转反射镜181进入光路中或者脱离光路。

旋转反射镜181进入光路时，用于接收聚光模组120发出的合束光，并将合束光传导至第二分光棱镜182，第二分光棱镜182则用于将合束光传导至探测组件160。

请进一步参阅图3，本实施例中，当将旋转反射镜181旋转至进入光路时，可以将合束光不经液晶空间光调制器140调制，而传导向反射镜片161，进而通过反射镜片161将合束光经物镜162传导至待测样本，待测样本受合束光激发则产生荧光，从而便于通过物镜162找准待测样本。

请进一步参阅图2，当将旋转反射镜181旋转至脱离光路时，则聚光模组120发出的合束光则可以沿第一方向X进入分光器件130，进而经过液晶空间光调制器140调制、滤波器件150滤波处理后进入探测组件160，从而对待测样本进行检测。

其中，可选地，光路调整机构还包括驱动机构183，驱动机构183的输出端连接旋转反射镜181以用于驱动旋转反射镜181旋转，以使旋转反射镜181进入光路中或者脱离光路。此方案中，可以通过设置控制器控制驱动机构183的工作，从而可以自动调节旋转反射镜181的位置，以对使得旋转反射镜181能够自动旋转进入光路，或者自动旋转脱离光路。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种多波段结构光显微成像***，其特征在于，所述多波段结构光显微成像***具有一个光路，且包括依次设于光路上的多个光源、聚光模组、分光器件、液晶空间光调制器、滤波器件以及探测组件；

多个所述光源分别发射不同波长的光线；

所述聚光模组用于接收多个所述光源发出的光纤并对所述光线进行合束处理，以形成同光轴传输的合束光，并使得所述合束光射入所述分光器件；

所述分光器件用于将所述合束光传导至所述液晶空间光调制器；

所述液晶空间光调制器用于对所述合束光进行调制而形成调制光，并将所述调制光传导至所述分光器件；

所述调制光经所述分光器件后向所述滤波器件传导，所述滤波器件用于过滤所述调制光中的多个衍射光线；

所述探测组件用于使所述滤波器件过滤得到的光线照射在待测样本上以使待测样本受激发而产生荧光信号，并对荧光信号进行收集成像。

2.根据权利要求1所述的多波段结构光显微成像***，其特征在于，所述聚光模组包括分别对应多个所述光源设置的多个准直透镜，及分别对应于多个所述准直透镜设置多个光调向镜；

多个所述光调向镜中包括第一二向色镜；

其中一所述光源发出的光透过对应的所述准直透镜传输至所述第一二向色镜，并透过所述第一二向色镜沿第一方向向所述分光器件传输；

其他的所述光源发出的光分别透过对应的准直透镜传输至各自所对应的所述光调向镜，且经过所述光调向镜反射后沿第二方向传输至所述第一二向色镜进行合束以形成所述合束光，所述合束光沿第一方向向所述分光器件传输；所述第一方向与所述第二方向相垂直。

3.根据权利要求2所述的多波段结构光显微成像***，其特征在于，

多个所述光源发出的光经过各自对应的所述准直透镜进行准直处理后，形成多束光斑大小相同的平行光；

多个所述光源发出的光在所述第一二向色镜的出光面上形成的光斑相重合。

4.根据权利要求2所述的多波段结构光显微成像***，其特征在于，

距离所述第一二向色镜最远的所述光源对应的所述光调向镜为反射镜；

其他的所述光调向镜为二向色镜。

5.根据权利要求1所述的多波段结构光显微成像***，其特征在于，

所述分光器件包括第一分光棱镜，所述合束光经所述第一分光棱镜反射后进入所述液晶空间光调制器；

所述调制光透过所述第一分光棱镜朝向所述滤波器件传输。

6.根据权利要求1-5任一项所述的多波段结构光显微成像***，其特征在于，所述探测组件包括：

反射镜片，处在所述光路上，且设于所述滤波器件远离所述液晶空间光调制器的一侧；

物镜，处在所述光路上，且与所述反射镜片之间呈夹角设置，所述物镜用以接收所述反射镜片反射的光线，所述物镜远离所述反射镜片的一侧用于安置待测样本；以及，

探测器，设于所述反射镜片远离所述物镜的一侧，所述探测器的探测端朝向所述物镜设置。

7.根据权利要求6所述的多波段结构光显微成像***，其特征在于，所述反射镜片为二向色镜；和/或，

所述反射镜片与所述探测器之间设有第四聚焦透镜。

8.根据权利要求6所述的多波段结构光显微成像***，其特征在于，所述多波段结构光显微成像***还包括第一反射棱镜、第二反射棱镜、第三反射棱镜、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜以及第三聚焦透镜；

所述调制光经过所述第一反射棱镜反射后，透过所述第一聚焦透镜传输至所述滤波器件进行滤波处理，所述调制光经过所述滤波器件进行滤波处理后，依次经过所述第二反射棱镜和所述第三反射棱镜反射后，经所述第二聚焦透镜以及所述第三聚焦透镜传输至所述反射镜片。

9.根据权利要求8所述的多波段结构光显微成像***，其特征在于，所述多波段结构光显微成像***还包括光路调整机构，所述光路调整机构包括：旋转反射镜和第二分光棱镜；

所述旋转反射镜设置在所述聚光模组及所述分光器件之间，所述旋转反射镜位置可旋转的安装，且通过转动所述旋转反射镜，以使所述旋转反射镜进入所述光路中或者脱离所述光路；

所述第二分光棱镜设置在所述第二聚焦透镜以及所述第三聚焦透镜之间；在所述旋转反射镜进入所述光路时，所述第二分光棱镜用于接收自所述旋转反射镜反射而至的所述合束光，并将所述合束光传导至所述探测组件。

10.根据权利要求9所述的多波段结构光显微成像***，其特征在于，所述光路调整机构还包括驱动机构，所述驱动机构的输出端连接所述旋转反射镜以用于驱动所述旋转反射镜旋转，以使所述旋转反射镜进入所述光路中或者脱离所述光路。

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