專利名稱：掃描共焦顯微術(shù)中的改進以及與之相關(guān)的改進的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及掃描共焦顯微術(shù)，更具體地說，涉及將光入射到掃描共焦顯微鏡系統(tǒng)的共焦頭中。
背景技術(shù)：
共焦顯微鏡通常用于觀察半透明顯微物體的內(nèi)部細節(jié)，特別是在生物應(yīng)用中，通 常采用熒光照明。這種顯微鏡的基本特征是利用穿過小孔聚焦的光來照射樣本，并且結(jié)合 對穿過相同小孔返回的光的觀察，結(jié)果是，檢測到的光基本上與樣本內(nèi)該小孔的特定成像 平面相關(guān)，而不是與上方或下方的平面相關(guān)。這樣能夠在該樣本內(nèi)獲得準(zhǔn)確的深度分辨率。 通常，激光用于在小孔處提供非常緊密聚焦的強光束。如上所述，這樣的系統(tǒng)給出了關(guān)于該樣本中僅一個點的信息。然而，利用兩個可選 的和全然不同的方法能夠擴展這種原理，從而提供擴展的(extended)樣本成像。在第一種 方法中，稱作‘掃描光斑’，在感興趣的區(qū)域上方對小孔進行光學(xué)掃描，并對返回的強度進行 記錄，以便重建樣本的成像。在第二種方法中，對許多小孔進行平行照明，以同時給出橫過 感興趣區(qū)域的信息。一種這樣的構(gòu)形是‘尼普科盤(Nipkow disk)’，其中將小孔設(shè)置在盤 中，然后使該盤旋轉(zhuǎn)，以給出該區(qū)域的多次掃描覆蓋。這種方法本身特別適合用于對活細胞 的高速成像，這是目前生物學(xué)中相當(dāng)受關(guān)注的課題。然而，本發(fā)明與所有形式的共焦掃描有 關(guān)。已知的掃描共焦顯微鏡系統(tǒng)使用光學(xué)纖維來將來自于光源的照明光傳輸至共焦 掃描頭。通常，來自許多不同光源的光同時或相繼地被光學(xué)耦合到行進至共焦頭的單根光 學(xué)纖維中。很多方法被用于將來自多光源的光耦合進入單根、單模的光纖內(nèi)，但是，這些方 法往往效率低，并且存在困難，并涉及在各種光學(xué)部件之間的精細的對準(zhǔn)。從單模光纖發(fā)出的光本質(zhì)上是高斯光束。因此，照明圍繞光纖的軸線集中，其強度 與離開中心軸線的角度成比例地下降。這樣就導(dǎo)致了來自于掃描光斑系統(tǒng)或橫過多點掃描 系統(tǒng)的視場的光斑的不均勻照明。一些共焦掃描頭(例如Yokogawa CSU XI)試圖通過包括光學(xué)系統(tǒng)來化解這種缺 點，該光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計為橫過視場均勻地重新分配照明。然而，這種光學(xué)系統(tǒng)的最佳使用需要 進入系統(tǒng)的照明位置方面的高精度。調(diào)整輸入光纖端部的位置來實現(xiàn)這一點是困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于將從光源發(fā)出的光束輸入到掃描共焦顯微鏡系統(tǒng)的共焦掃 描頭中的組件，其中該組件包括光束寬度調(diào)整器；用于控制光束路徑的光束導(dǎo)向器；以及 用于將光束導(dǎo)向到在所述共焦掃描頭的光輸入中的預(yù)定點處的焦點的光束聚焦裝置。因此，消除了對從照明系統(tǒng)到共焦頭的光纖連接的需求。利用本發(fā)明的組件，容易 地實現(xiàn)了對進入共焦頭的照明的準(zhǔn)確控制，與光學(xué)纖維輸入相比，促進了更為有效的照明 和更為均勻的照明。此外，還避免了與使用光學(xué)纖維相關(guān)的光損失。
優(yōu)選地，光束寬度調(diào)整器被布置成用于對發(fā)散光束進行準(zhǔn)直。調(diào)整器可包括變焦 鏡頭裝置，光束寬度能夠通過改變變焦鏡頭裝置的光學(xué)元件的間距而被調(diào)整。在一個優(yōu)選實施例中，光束導(dǎo)向器包括兩個可樞轉(zhuǎn)地安裝的反射鏡，它們的樞轉(zhuǎn) 軸線基本上彼此垂直，以允許沿兩個正交的方向?qū)馐姆较蜻M行控制。在這里所描述的光輸入組件可被提供用于與共焦掃描頭結(jié)合或作為掃描共焦顯 微鏡系統(tǒng)的一部分。掃描共焦顯微鏡系統(tǒng)可布置成將從多個光源發(fā)出的光耦合到導(dǎo)入該組件的共同 光路徑中。例如，與來自每個光源的光相關(guān)的波長范圍可能不同。


體現(xiàn)本發(fā)明的光輸入組件將通過例子并結(jié)合附圖來進行描述。在點2處，光束4從照明系統(tǒng)(未示出)發(fā)出。光束可由單個光源發(fā)射?？蛇x擇 的是，從多個光源發(fā)出的光可在照明系統(tǒng)中光束4的中心線所遵循的單一路徑上耦合。然后光束4經(jīng)變焦鏡頭裝置6通過。該裝置對光束4進行準(zhǔn)直。從變焦鏡頭裝置 發(fā)出的經(jīng)準(zhǔn)直的光束的寬度可以通過改變兩個光學(xué)元件6a、6b (它們一起形成變焦鏡頭裝 置)之間的間距而被調(diào)整?？梢岳斫?，各種光學(xué)裝置都可用于提供合適的變焦鏡頭裝置。在 圖示實施例中，部件6a呈75mm直徑正膠合消色差雙透鏡的形式，而部件6b為IOOm直徑負 膠合單透鏡。從變焦透鏡裝置發(fā)出的經(jīng)準(zhǔn)直的光束隨后依次入射到兩個反射鏡8和10上。各 反射鏡可樞轉(zhuǎn)地安裝，它們的樞轉(zhuǎn)軸線基本上相互垂直以允許沿兩個正交的方向?qū)馐?方向進行控制。這允許光束方向在空間上和在角度上(4個自由度)都被控制。光束隨后被聚焦雙透鏡12導(dǎo)向到點14處的焦點。通過對各反射鏡的定向以及變焦透鏡構(gòu)形進行適當(dāng)調(diào)整，發(fā)射到共焦頭中的光束 可以被優(yōu)化到很好的程度。這里所提及的光入射方法比使用光學(xué)纖維從光學(xué)上更加有效。通常，光纖的傳輸 效率可在60% -80%的范圍內(nèi)，而本發(fā)明的組件可實現(xiàn)的效率可為90%或更高?？梢岳斫?，在這里所提及的透鏡或光學(xué)元件包括多透鏡組合使 用或基于相同目的 的多部件透鏡的使用。
權(quán)利要求
一種組件，用于將來自光源的光束輸入到掃描共焦顯微鏡系統(tǒng)的共焦掃描頭中，其中所述組件包括-光束寬度調(diào)整器；-用于控制光束路徑的光束導(dǎo)向器；以及-用于將光束導(dǎo)向到在所述共焦掃描頭的光輸入中的預(yù)定點處的焦點的光束聚焦裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述光束寬度調(diào)整器被布置成用于對發(fā)散光束進行準(zhǔn)直。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的組件，其中所述光束寬度調(diào)整器包括變焦鏡頭裝 置，光束寬度能夠通過改變變焦鏡頭裝置的各光學(xué)元件的間距而被調(diào)整。
4.如前述任一項權(quán)利要求所述的組件，其中所述光束導(dǎo)向器包括兩個可樞轉(zhuǎn)地安裝的 反射鏡，它們的樞轉(zhuǎn)軸線基本上相互垂直，以允許沿兩個正交的方向?qū)馐姆较蜻M行控 制。
5.一種共焦掃描頭，其與上述任一權(quán)利要求所述的組件進行結(jié)合。
6.一種掃描共焦顯微鏡系統(tǒng)，其包括權(quán)利要求1-4中任一項所述的組件。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，包括多個光源，其中該系統(tǒng)被布置成將從每一光源發(fā)出 的光束耦合到通向該組件的公共光路徑中。
8.如權(quán)利要求5所述的掃描頭，或者如權(quán)利要求6或7所述的系統(tǒng)，其是單點掃描類型。
9.如權(quán)利要求5所述的掃描頭，或者如權(quán)利要求6或7所述的系統(tǒng)，其是多點掃描類型。
10.如權(quán)利要求9所述的掃描頭或系統(tǒng)，其是旋轉(zhuǎn)盤類型。
全文摘要
已知的掃描共焦顯微鏡系統(tǒng)使用光學(xué)纖維將光傳送到共焦掃描頭。從光纖發(fā)出的照明可能不均勻并且在光纖中可能產(chǎn)生顯著的光損耗。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種組件，用于將來自光源的光束輸入到掃描共焦顯微鏡系統(tǒng)的共焦掃描頭中，其中該組件包括光束寬度調(diào)整器(6a，6b)；用于控制光束路徑的光束導(dǎo)向器(8，10)；以及用于將光束導(dǎo)向在所述共焦掃描頭的光輸入中的預(yù)定點處的焦點的光束聚焦裝置(12)。
文檔編號G02B21/00GK101842732SQ200880114120
公開日2010年9月22日 申請日期2008年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月30日
發(fā)明者D·伍茲 申請人:珀金埃爾默新加坡私人有限公司