CN219810844U - 一种单物镜光片显微成像*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种单物镜光片显微成像***，包括激光照明模块、二相色镜、物镜、三轴移动平台、管透镜和成像模块，激光照明模块包括准直激光器和调制器；二相色镜设置在所述激光照明模块的出射光路上；用于安装样品的所述三轴移动平台设置在所述物镜的出射光路上，以使光片照射到样品上来激发样品产生荧光；所述成像模块包括面阵探测器；所述二相色镜设置在所述物镜和所述管透镜之间，所述管透镜设置在所述二相色镜和所述成像模块之间，以便荧光依次经过所述物镜、二相色镜和管透镜后到达所述面阵探测器上成像。本实用新型可通过三轴移动平台的连续移动，通过成像模块连续采集样品激发面在与物镜主光轴正交的平面上的投影。
Description
技术领域
本实用新型属于显微成像技术领域，更具体地，涉及一种单物镜光片显微成像***。
背景技术
传统的光片显微镜具有由正交的光片照明光路和荧光探测光路，分别由探测物镜和照明物镜搭建，整体光路复杂，构建难度大。光片显微镜，将照明光路和探测光路耦合到一路中，采用一枚物镜同时对样本照明和探测，称之为单物镜光片显微镜。
然而采用单物镜同时进行照明和成像，由于光片照明光路和荧光探测光路斜交，一方面导致相差，另一方面限制了单物镜只能选择高数值孔径的物镜。为了校正相差，实现完美成像，目前采用三枚物镜进行远程聚焦，***复杂且应用性低。并且由于它必须使用数值孔径很高的物镜，而数值孔径高的物镜一般对应着较高的倍率和较小的视场，限制了显微镜的视场。
实用新型内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种单物镜光片显微成像***，其可通过三轴移动平台的连续移动，通过成像模块连续采集样品激发面在物镜主光轴正交平面上的投影，代替传统的样品激发面的完美成像，从而取消了用于校正相差的两枚远程成像物镜，解除了对于物镜的光学参数限制。
为实现上述目的，按照本实用新型，提供了一种单物镜光片显微成像***，其特征在于，包括激光照明模块、二相色镜、物镜、三轴移动平台、管透镜和成像模块，其中：
所述激光照明模块包括准直激光器和调制器，所述调制器包括掩模板，以将准直激光器发射的激光调制成预设的光片；
所述二相色镜设置在所述激光照明模块的出射光路上，以将光片反射至所述物镜；
用于安装样品的所述三轴移动平台设置在所述物镜的出射光路上，以使光片照射到样品上来激发样品产生荧光；
所述成像模块包括面阵探测器；
所述二相色镜设置在所述物镜和所述管透镜之间，所述管透镜设置在所述二相色镜和所述成像模块之间，以便荧光依次经过所述物镜、二相色镜和管透镜后到达所述面阵探测器上成像。
优选地，所述二相色镜与所述物镜之间设有用于对物镜收集的荧光信号进行准直校正的管透镜组件。
优选地，所述光片厚度在0.3um～5um。
优选地，所述成像模块还包括汇聚透镜，所述面阵探测器设置在所述汇聚透镜的焦平面上。
优选地，还包括景深拓展组件，所述景深拓展组件设置在所述二相色镜和所述管透镜之间，以拓展光片沿物镜轴向的景深。
优选地，所述景深拓展组件为相位调制掩模、空间光调制器、轴棱镜或棱镜组。
优选地，所述三轴移动平台具有X轴移动平台、Y轴移动平台和Z轴移动平台，并且Z轴移动平台的移动方向与物镜的轴向平行，其中，X轴、Y轴、Z轴构成笛卡尔坐标系。
总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1)本实用新型主要利用三轴移动平台的移动来采集投影信息，利用样品激发面在物镜主光轴正交平面上的投影，最终在成像模块上成像，此后可通过进行三维重构获得样品的三维荧光数据，仅需一枚物镜即可实现对样本的照明和荧光信号采集，后续可再结合三维重构算法，快速且便捷的得到生物样本的三维结构信息。
2)采用单物镜实现光片三维荧光成像的同时，取消了传统的用于校正相差的两枚远程成像物镜，光路搭建不受物镜放大倍率的限制，需要实现倍率切换时，直接在原位更换一枚物镜即可，方便的实现原位倍率切换，并且不影响成像速度，其呈现速度与现有的光片荧光显微镜相当，远高于共聚焦显微镜，大大拓宽光片荧光显微镜的应用领域，从科研成像拓展到检测、影像的商业化应用。
附图说明
图1是本实用新型的光路示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
参照图1，一种单物镜1光片显微成像***，包括激光照明模块4、二相色镜5、物镜1、三轴移动平台7、管透镜2和成像模块，其中：
所述激光照明模块4包括准直激光器和调制器，所述调制器包括掩模板，以将准直激光器发射的激光调制成预设的光片。
所述二相色镜5设置在所述激光照明模块4的出射光路上，以将光片反射至所述物镜1，其中，所述二相色镜5与所述激光照明模块4的出射光路的夹角大于0且小于90°，即两者不垂直，优选为45°。
用于安装样品8的所述三轴移动平台7设置在所述物镜1的出射光路上，以使光片照射到样品8上来激发样品8产生荧光。
所述成像模块包括面阵探测器3。
所述二相色镜5设置在所述物镜1和所述管透镜2之间，所述管透镜2设置在所述二相色镜5和所述成像模块之间，以便荧光依次经过所述物镜1、二相色镜5和管透镜2后到达所述面阵探测器3上成像。所述面阵探测器3按照控制信号的时序获得样品8激发面在物镜1主光轴正交平面上的投影。二向色镜反射较短波长的激光，透射较长波长的荧光，平行光最后汇聚在面阵探测器3的感光面上。
照明激光经过物镜1后，进入物镜1的后瞳面，形成倾角为θ的光片投射在样品8的激发面上，激发样品8产生荧光；样品8的激发面与物镜1的主光轴斜交；样品8激发面发出的荧光，经物镜1收集后，沿照明光路相反的方向进入二相色镜5和管透镜2，最后进入成像模块进行成像，成像模块上获得的是样品8的激发面在与物镜1主光轴正交的平面上的投影。
所述三轴移动平台7具有X轴移动平台、Y轴移动平台和Z轴移动平台，并且Z轴移动平台的移动方向与物镜1的轴向平行，其中，X轴、Y轴、Z轴构成笛卡尔坐标系。所述三轴移动平台7的Z轴移动平台带动样品8沿物镜1的轴向运动，其可步进式或连续式改变轴向位置。
在三轴移动平台7的带动下，样品8的激发面也进行移动，荧光信号依次经物镜1、二相色镜5和管透镜2，在成像模块的面阵探测器3的同一位置按照时序获得样品8激发面在与物镜1的主光轴正交的平面上的投影，成像模块将样品8激发面的投影信息传送给微处理器，微处理器经重构堆叠可获得样品8的实际三维荧光图像。可通过譬如编码器对三维移动平台上的样品进行位置标定，然后可建立样品位置与面阵探测器3上的成像的对应关系。
通过调整三轴移动平台7移动与相机成像速度匹配，控制相邻投影对应的样品8激发面，避免相机采样过于稀疏导致漏采样或者采样过于密集导致荧光信息串扰，可提高三维重构后的图像成像质量。
本***通过三轴移动平台7的移动来对样品8的激发面进行扫描，采集投影数据而不是完美成像直接形成三维图像，从而避免了对样品8激发面进行完美成像的需求，取消了用于矫正相差的第二物镜1和第三物镜1，解除了对物镜1的NA值的设置限制，可以通过更换物镜1方便的实现原位变倍。需要进行倍率切换时，仅需要将物镜1切换为其他倍率的物镜1即可，***的其他部件无需更换和重新配准，不需要重新搭建光路。
进一步，所述二相色镜5与所述物镜1之间设有用于对物镜1收集的荧光信号进行准直校正的管透镜组件(图中未示出)。管透镜组件与所述管透镜2的位置相对固定，用于对物镜1收集的荧光信号进行准直校正，从而兼容适配不同倍率的物镜1，提高不同物镜1的成像质量。
进一步，所述光片厚度在0.3um～5um。过厚的光片会导致投影串扰严重，过薄的光片会导致不利于三维成像堆叠，而且光片越薄，瑞利距离越短，增加了轴向扫描的成本。在设计时，需考虑光片的瑞丽距离和物镜1景深的关系。
进一步，所述成像模块还包括汇聚透镜，所述面阵探测器3设置在所述汇聚透镜的焦平面上。
进一步，还包括景深拓展组件6，所述景深拓展组件6设置在所述二相色镜5和所述管透镜2之间，以拓展光片沿物镜1轴向的景深。所述景深拓展组件6可以为相位调制掩模、空间光调制器、轴棱镜、或棱镜组。通过景深拓展组件6，拓展光片沿物镜1轴向的景深，拓展单帧图像的视场范围，相机一次曝光获取更多的深度信息，从而增加物镜1在其轴向上的位移步长，减少轴向扫描次数。优选地，所述景深拓展组件6为相位调制掩模、空间光调制器、轴棱镜或棱镜组。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种单物镜光片显微成像***，其特征在于，包括激光照明模块、二相色镜、物镜、三轴移动平台、管透镜和成像模块，其中：
所述激光照明模块包括准直激光器和调制器，所述调制器包括掩模板，以将准直激光器发射的激光调制成预设的光片；
所述二相色镜设置在所述激光照明模块的出射光路上，以将光片反射至所述物镜；
用于安装样品的所述三轴移动平台设置在所述物镜的出射光路上，以使光片照射到样品上来激发样品产生荧光；
所述成像模块包括面阵探测器；
所述二相色镜设置在所述物镜和所述管透镜之间，所述管透镜设置在所述二相色镜和所述成像模块之间，以便荧光依次经过所述物镜、二相色镜和管透镜后到达所述面阵探测器上成像。
2.如权利要求1所述的一种单物镜光片显微成像***，其特征在于，所述二相色镜与所述物镜之间设有用于对物镜收集的荧光信号进行准直校正的管透镜组件。
3.如权利要求1所述的一种单物镜光片显微成像***，其特征在于，所述光片厚度在0.3um～5um。
4.如权利要求1所述的一种单物镜光片显微成像***，其特征在于，所述成像模块还包括汇聚透镜，所述面阵探测器设置在所述汇聚透镜的焦平面上。
5.如权利要求1所述的一种单物镜光片显微成像***，其特征在于，还包括景深拓展组件，所述景深拓展组件设置在所述二相色镜和所述管透镜之间，以拓展光片沿物镜轴向的景深。
6.如权利要求5所述的一种单物镜光片显微成像***，其特征在于，所述景深拓展组件为相位调制掩模、空间光调制器、轴棱镜或棱镜组。
7.如权利要求1所述的一种单物镜光片显微成像***，其特征在于，所述三轴移动平台具有X轴移动平台、Y轴移动平台和Z轴移动平台，并且Z轴移动平台的移动方向与物镜的轴向平行，其中，X轴、Y轴、Z轴构成笛卡尔坐标系。
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| CN117554340A (zh) * | 2023-10-13 | 2024-02-13 | 北京大学 | 激光诱导荧光检测***及检测方法 |
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2023
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