專利名稱：高分辨率共聚焦顯微鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及顯微鏡儀器設(shè)計(jì)及制備領(lǐng)域，特別是高分辨率共聚焦 顯微鏡制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
共聚焦顯微鏡是現(xiàn)在在生物及微觀結(jié)構(gòu)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的儀器之
傳統(tǒng)的激光掃描共焦顯微鏡是基于通過增大被觀察物體與背景的 反差來提高成像的清晰度，從而間接地提高分辨率的。
傳統(tǒng)的共聚焦顯微鏡用微米級激光束作為掃描光源，逐點(diǎn)逐行逐 面快速掃描。掃描激光與熒光收集共用一只物鏡，物鏡焦點(diǎn)及掃描激 光的聚焦點(diǎn)，也是瞬時(shí)成像的物點(diǎn)。在物鏡與樣品之間有一機(jī)械可控 旋轉(zhuǎn)的狹縫臺，樣品上被照射的點(diǎn)成像于狹縫臺上，調(diào)整狹縫臺，使 得成像恰好通過其上對應(yīng)的小狹縫，這樣不僅能最大限度地抑制非聚 焦平面的雜散光通過，還能削弱焦平面上焦點(diǎn)以外的散射光的影響， 從而大大提高系統(tǒng)的信噪比和成像清晰度。
從以上可以看出，傳統(tǒng)的共聚焦顯微鏡有如下缺點(diǎn)
1. 狹縫臺上狹縫的選擇是通過機(jī)械旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，影響掃描成像速度。
2. 不能實(shí)現(xiàn)大視場顯微鏡功能。
與此同時(shí)，隨著光通信技術(shù)的發(fā)展，各種光學(xué)調(diào)制器的發(fā)展也越 來越迅速，現(xiàn)在的光學(xué)調(diào)制器不僅速度快、而且控制簡單，可以大規(guī) 模集成，完全可以在共聚焦顯微鏡中代替狹縫的光選擇作用，有效消 除雜散光及散射光的影響。同時(shí)，由于可以采用大規(guī)模光學(xué)調(diào)制器陣 列，不需要通過機(jī)械旋轉(zhuǎn)來進(jìn)行狹縫的選擇就可以直接挑選成像效果 最好的點(diǎn)，提高了共聚焦顯微鏡的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高分辨率共聚焦顯微鏡的設(shè)計(jì)，其具 有可以自由控制掃描區(qū)域，既能實(shí)現(xiàn)大視場顯微鏡功能，也能實(shí)現(xiàn)共 焦顯微鏡功能，分辨率高的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明高分辨率共聚焦顯微鏡，包括
激發(fā)光部分IO，由光源10K擴(kuò)束透鏡102、光學(xué)調(diào)制器陣列103、
分光系統(tǒng)104組成；
樣品臺部分ll，由樣品臺iio、光學(xué)調(diào)制器陣列l(wèi)ll及其控制部件、
物鏡112構(gòu)成；
收集光部分12，由聚焦透鏡120、光學(xué)調(diào)制器陣列121及其控制部
件、光電倍增管陣列122構(gòu)成；
圖像處理部分13，由信號放大電路130、計(jì)算機(jī)131組成。 其中光源101位于擴(kuò)束透鏡102的焦平面上。
其中光源101為激光光源，或?yàn)闊晒夤庠?，或?yàn)楦邏汗療艄庠?，?為發(fā)光二極管。
其中光學(xué)調(diào)制器陣列103位于擴(kuò)束透鏡102與光源101之間，或位于 擴(kuò)束透鏡102與分光系統(tǒng)104之間，或同時(shí)位于擴(kuò)束透鏡102與光源101 及分光系統(tǒng)104之間。
其中光學(xué)調(diào)制器陣列111位于物鏡112的焦平面上。 其中光學(xué)調(diào)制器陣列103，光學(xué)調(diào)制器陣列l(wèi)ll，光學(xué)調(diào)制器陣列 121是液晶開關(guān)陣列，或?yàn)闊峁庹{(diào)制器陣列，或?yàn)殡姽庹{(diào)制器陣列，或 為聲光調(diào)制器陣列，或?yàn)闄C(jī)械調(diào)制器陣列，或?yàn)榇殴庹{(diào)制器陣列，或 為全光調(diào)制器陣列，或?yàn)閲娔珰馀菡{(diào)制器陣列，或?yàn)橐后w光柵調(diào)制器 陣列。
其中光學(xué)調(diào)制器陣列103，光學(xué)調(diào)制器陣列l(wèi)ll，光學(xué)調(diào)制器陣列 121均可由相應(yīng)的控制部件控制每個(gè)調(diào)制器開或關(guān)。
其中光學(xué)調(diào)制器陣列121位于聚焦透鏡120的焦平面上。
其中光電倍增管陣列122中每個(gè)光電倍增管單元與光學(xué)調(diào)制器陣 列121中每個(gè)光學(xué)調(diào)制器一一對準(zhǔn)。
其中通過控制所述光學(xué)調(diào)制器陣列111和121全部打開使顯微鏡為大視場顯微鏡。
其中通過控制所述光學(xué)調(diào)制器陣列111和121局部打幵使顯微鏡 為共焦掃描顯微鏡。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容及特點(diǎn)，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本 發(fā)明作一詳細(xì)的描述，其中
圖l為高分辨率共聚焦顯微鏡的一種構(gòu)型的結(jié)構(gòu)圖； 圖2為高分辨率共聚焦顯微鏡的另一種構(gòu)型的結(jié)構(gòu)圖； 圖3為高分辨率共聚焦顯微鏡的又一種構(gòu)型的結(jié)構(gòu)圖； 圖4為高分辨率共聚焦顯微鏡的再一種構(gòu)型的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
請參閱圖1 4所示，本發(fā)明高分辨率共聚焦顯微鏡，包括以下部
分
第一部分是激發(fā)光部分IO，由光源101、擴(kuò)束透鏡102、光學(xué)調(diào)制 器陣列103、分光系統(tǒng)104組成；其中，光源101位于擴(kuò)束透鏡102的焦 平面上，光源發(fā)出的光經(jīng)擴(kuò)束透鏡102以后，變成平行光束，經(jīng)過分光 系統(tǒng)104后， 一部分光通過物鏡112會聚到光學(xué)調(diào)制器陣列111上。其中 調(diào)制器陣列103不出現(xiàn)(如圖l所示)，或者位于光源101與擴(kuò)束透鏡102 之間(如圖2所示)，或者位于擴(kuò)束透鏡102與分光系統(tǒng)104之間(如圖3 所示)，或者同時(shí)位于位于光源101與擴(kuò)束透鏡102之間及擴(kuò)束透鏡102 與分光系統(tǒng)104之間(如圖4所示)。
第二部分是樣品臺部分ll，由樣品臺UO、光學(xué)調(diào)制器陣列l(wèi)ll及 其控制部件、物鏡112構(gòu)成；通過控制光學(xué)調(diào)制器陣列l(wèi)ll上調(diào)制器單 元的開關(guān)，可以使得一部分激光束通過光學(xué)調(diào)制器陣列l(wèi)ll。待觀測樣 品放置于樣品臺110上，激光束打到樣品上，樣品成像或者受激發(fā)的光 反向通過光學(xué)調(diào)制器陣列l(wèi)ll，控制光學(xué)調(diào)制器陣列l(wèi)ll上調(diào)制器單元的開光，可以使得成像效果最好的像通過調(diào)制器陣列111和物鏡112， 進(jìn)入收集光部分12，而反射的雜散光則被阻擋。
第三部分是收集光部分12，由聚焦透鏡120、光學(xué)調(diào)制器陣列121 及其控制部件、光電倍增管陣列122構(gòu)成；樣品的像通過聚焦透鏡120 后進(jìn)入光學(xué)調(diào)制器陣列121，控制光學(xué)調(diào)制器陣列121上調(diào)制器單元的 開光，可以使得像通過光學(xué)調(diào)制器陣列121，而其他雜散光被擋住。通 過光學(xué)調(diào)制器陣列121以后的像信息被光電倍增管陣列122中對應(yīng)的光 電倍增管放大，進(jìn)入圖像處理部分13。
第四部分是圖像處理部分13，由信號放大電路130、計(jì)算機(jī)131組 成。光電倍增管陣列122送入的信號被信號放大電路130放大后進(jìn)入計(jì) 算機(jī)131進(jìn)行處理，并且被分析，存儲。
由以上結(jié)構(gòu)可以看出，當(dāng)光學(xué)調(diào)制器陣列111和121全部打開時(shí)， 將不具有共聚焦的功能，此時(shí)的顯微鏡為大視場顯微鏡。當(dāng)光學(xué)調(diào)制 器陣列111和121局部打開時(shí)，顯微鏡為共聚焦顯微鏡。
值得指出，上述結(jié)構(gòu)僅是本實(shí)施例所采用的一種結(jié)構(gòu)及其局部變 形，不具有普遍性，并不對本發(fā)明有任何形式性限制。
綜上所述，高分辨率共聚焦顯微鏡至少具有以下優(yōu)點(diǎn)
1. 本發(fā)明高分辨率共聚焦顯微鏡采用光學(xué)調(diào)制器件取代機(jī)械旋 轉(zhuǎn)和電動(dòng)快門，并能夠?qū)崿F(xiàn)對掃描區(qū)域組合和孔徑的自由控制。有可 能實(shí)現(xiàn)分辨率的提高和優(yōu)化。
2. 本發(fā)明高分辨率共聚焦顯微鏡，當(dāng)光學(xué)調(diào)制器陣列全部打開， 形成大視場顯微鏡。
3. 本發(fā)明高分辨率共聚焦顯微鏡，當(dāng)光學(xué)調(diào)制器陣列局部打開， 形成共焦掃描顯微鏡。
以上所述，僅是本發(fā)明的實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式 上的的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單 修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案范圍之內(nèi)，因此本 發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種高分辨率共聚焦顯微鏡，其特征在于，包括激發(fā)光部分(10)，由光源(101)、擴(kuò)束透鏡(102)、光學(xué)調(diào)制器陣列(103)、分光系統(tǒng)(104)組成；樣品臺部分(11)，由樣品臺(110)、光學(xué)調(diào)制器陣列(111)及其控制部件、物鏡(112)構(gòu)成；收集光部分(12)，由聚焦透鏡(120)、光學(xué)調(diào)制器陣列(121)及其控制部件、光電倍增管陣列(122)構(gòu)成；圖像處理部分(13)，由信號放大電路(130)、計(jì)算機(jī)(131)組成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微鏡，其特征在于，其中所述光源(101) 位于擴(kuò)束透鏡(102)的焦平面上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微鏡，其特征在于，其中所述光源(101) 是激光光源，或?yàn)闊晒夤庠?，或?yàn)楦邏汗療艄庠矗驗(yàn)榘l(fā)光二極管。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的顯微鏡，其特征在于，其中所述光學(xué)調(diào) 制器陣列(103)位于擴(kuò)束透鏡(102)與光源(101)之間，或位于擴(kuò) 束透鏡(102)與分光系統(tǒng)(104)之間，或同時(shí)位于擴(kuò)束透鏡(102) 與光源(101)及分光系統(tǒng)(104)之間。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的顯微鏡，其特征在于，其中所述光學(xué)調(diào) 制器陣列(111)位于物鏡(112)的焦平面上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的顯微鏡，其特征在于，其中所述光學(xué)調(diào) 制器陣列(103)、光學(xué)調(diào)制器陣列(111)和(121)為液晶開關(guān)陣列， 或?yàn)闊峁庹{(diào)制器陣列，或?yàn)殡姽庹{(diào)制器陣列，或?yàn)槁暪庹{(diào)制器陣列， 或?yàn)闄C(jī)械調(diào)制器陣列，或?yàn)榇殴庹{(diào)制器陣列，或?yàn)槿庹{(diào)制器陣列， 或?yàn)閲娔珰馀菡{(diào)制器陣列，或?yàn)橐后w光柵調(diào)制器陣列。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的顯微鏡，其特征在于，其中所述光學(xué)調(diào) 制器陣列(103)、光學(xué)調(diào)制器陣列(111)和(121)均可由相應(yīng)的控 制部件控制每個(gè)調(diào)制器開或關(guān)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的顯微鏡，其特征在于，其中所述光學(xué)調(diào)制器陣列(121)位于聚焦透鏡(120)的焦平面上。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的顯微鏡，其特征在于，其中所述光電倍 增管陣列(122)中每個(gè)光電倍增管單元與所述光學(xué)調(diào)制器陣列(121) 中每個(gè)光學(xué)調(diào)制器一一對準(zhǔn)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的顯微鏡，其特征在于，當(dāng)所述光學(xué)調(diào)制 器陣列(111)和(121)全部打開時(shí)，顯微鏡為大視場顯微鏡；當(dāng)所 述光學(xué)調(diào)制器陣列(111)和(121)局部打開時(shí)，顯微鏡為共焦掃描 顯微鏡。
全文摘要
本發(fā)明是一種高分辨率共聚焦顯微鏡，包括激發(fā)光部分，由光源、調(diào)制器陣列、擴(kuò)束透鏡組成；樣品臺部分，由樣品臺、光學(xué)調(diào)制器陣列、物鏡構(gòu)成；收集光部分，由聚焦透鏡、光學(xué)調(diào)制器陣列、光電倍增管構(gòu)成；圖像處理部分，由信號放大電路、計(jì)算機(jī)組成。本發(fā)明提出的高分辨率共聚焦顯微鏡具有光學(xué)調(diào)制器陣列，通過電學(xué)控制方法實(shí)現(xiàn)光學(xué)調(diào)制器陣列的開光控制，取代傳統(tǒng)共聚焦顯微鏡的機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件和電動(dòng)快門；并能夠?qū)崿F(xiàn)對掃描區(qū)域組合和孔徑的自由控制?？刂乒鈱W(xué)調(diào)制器陣列全部打開，則顯微鏡為大視場顯微鏡；控制調(diào)制器陣列局部打開，則為共焦掃描顯微鏡?？梢詫?shí)現(xiàn)樣品的選區(qū)共焦成像。
文檔編號G02B21/00GK101634747SQ20081011707
公開日2010年1月27日 申請日期2008年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月23日
發(fā)明者余金中, 俞育德, 李運(yùn)濤 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所