本發(fā)明基于橢球面反射鏡的全內(nèi)反射熒光顯微成像裝置屬于光學(xué)顯微成像領(lǐng)域，在生命科學(xué)、物理化學(xué)和材料科學(xué)等研究領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著生命科學(xué)領(lǐng)域新機(jī)理的發(fā)現(xiàn)和材料科學(xué)領(lǐng)域新物質(zhì)的合成，光學(xué)顯微鏡得到了迅猛的發(fā)展，一些高精尖技術(shù)不斷得到了突破。生命科學(xué)中大量的事實證明：細(xì)胞的動力學(xué)特征是起源于單個蛋白質(zhì)分子的聚合和相互作用。為此，需要大力發(fā)展超分辨成像技術(shù)，從而在分子尺度上探測細(xì)胞各種生命活動的細(xì)節(jié)，進(jìn)一步揭示生命活動的過程。目前，國際上公認(rèn)的最具前途的單分子光學(xué)成像技術(shù)有全內(nèi)反射熒光顯微術(shù)、共聚焦熒光顯微術(shù)、全場相襯顯微術(shù)和近場光學(xué)掃描顯微術(shù)。
全內(nèi)反射熒光顯微術(shù)(totalinternalreflectionfluorescencemicroscopy，tirfm)，能夠?qū)蝹€的熒光分子直接地進(jìn)行探測。在發(fā)生全內(nèi)反射時，限定在表面的一薄層范圍內(nèi)的樣品會受到倏逝波照明，熒光也僅在這一薄層范圍被激發(fā)，因此收集到的熒光圖像具有高的信噪比和對比度。棱鏡型tirf是早期的tirf成像方法。該方法利用棱鏡將照明光耦合到接觸面來實現(xiàn)全內(nèi)反射(tir)，棱鏡的幾何參數(shù)決定了最大入射角度。物鏡型tirf是另一種普及的顯微成像技術(shù)，它具有結(jié)構(gòu)緊密、操作簡單等特點(diǎn)。在這種方法中，大數(shù)值孔徑(na)的物鏡雖然能夠提供大角度照明，但是這種照明仍然是單向的。單方向不對稱的照明會不可避免地產(chǎn)生遮擋效應(yīng)，從而降低圖像的對比度和分辨能力。
針對遮擋問題，常用的旋轉(zhuǎn)光楔方法能夠?qū)⑷肷涔饩劢乖谖镧R后焦面，從而產(chǎn)生空心光錐，實現(xiàn)各方向等同的對稱照明，但是入射角的大小不能調(diào)整。此外，采用w型反射鏡方法也能夠?qū)崿F(xiàn)對稱照明，但是入射角的調(diào)節(jié)范圍比較小。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
在光學(xué)顯微技術(shù)領(lǐng)域和生物單分子成像領(lǐng)域中，針對全內(nèi)反射熒光成像裝置所面臨的遮擋問題，本發(fā)明設(shè)計了一種基于橢球面反射鏡的全內(nèi)反射熒光顯微成像裝置。該裝置充分利用橢球面反射鏡雙焦點(diǎn)共軛的特殊性質(zhì)，使得聚焦在橢球面反射鏡第二焦點(diǎn)處的環(huán)形光經(jīng)橢球面反射鏡反射，產(chǎn)生在橢球面第一焦點(diǎn)處的聚焦的大頂角空心錐光束，進(jìn)而實現(xiàn)了全內(nèi)反射熒光成像現(xiàn)象；在照明光能量一定的情況下，該裝置能夠大幅度提高能量利用率，提高照明強(qiáng)度，并且橢球反射鏡能夠?qū)θ我庹彰鞣较蚬饩€進(jìn)行反射，產(chǎn)生照明方向0°～360°的照明光線，實現(xiàn)了無陰影照明，并且能夠弱化相干光的干涉條紋、增加圖像信噪比，使得成像質(zhì)量得到提高。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：
橢球面反射鏡全內(nèi)反射顯微成像裝置，沿光線傳播方向依次設(shè)置激光器、準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡、遮擋片、照明物鏡、橢球面反射鏡、半球透鏡、玻璃臺、成像物鏡、濾光片、管鏡和ccd；所述聚焦透鏡的焦點(diǎn)與橢球面反射鏡的第二焦點(diǎn)位置重合，橢球面反射鏡的第一焦點(diǎn)位于的玻璃臺上表面；所述半球透鏡的回轉(zhuǎn)軸與光軸重合，半球透鏡的球心位置處于玻璃臺的上表面，半球透鏡的上表面與玻璃臺的下表面貼合在一起；制作半球透鏡材料的折射率不大于制作玻璃臺材料的折射率；
從激光器發(fā)出的光束，依次經(jīng)過準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡和照明物鏡透射，橢球面反射鏡反射，會聚半球透鏡的球心處，照射到玻璃臺；入射到所述玻璃臺中的光線入射角大于能夠發(fā)生全反射的最小入射角；全反射產(chǎn)生的倏逝波對玻璃臺上表面覆蓋的樣品進(jìn)行照明，信號光依次經(jīng)過成像物鏡、濾光片和管鏡透射，會聚到ccd表面成像。
有益效果：
本發(fā)明實現(xiàn)了橢球面反射鏡的全內(nèi)反射熒光成像，具體體現(xiàn)在以下方面：
第一、在本發(fā)明中，利用橢球面反射鏡對光線的會聚的特點(diǎn)，將傳統(tǒng)tirf照明方案中大面積平行光照明替代為覆蓋視場范圍的會聚照明，能夠減小視場外的無效照明能量，提高照明光能的利用率，同時因為橢球面反射鏡和錐面反射鏡具有光能損失小的特點(diǎn)，系統(tǒng)所需的照明激光功率僅為傳統(tǒng)方法的十分之一；
第二、在本發(fā)明中，橢球面反射鏡能夠?qū)θ我庹彰鹘嵌鹊墓饩€進(jìn)行反射，產(chǎn)生照明方向0°～360°的照明光線，從而減少了單向照明引起的遮擋效應(yīng)，實現(xiàn)了無陰影照明，消除了傳統(tǒng)技術(shù)方案中單向照明帶來的“燈塔”狀瑕疵，弱化了相干光的干涉條紋，增加了圖像信噪比，提高了成像質(zhì)量。
附圖說明
圖1是本發(fā)明基于橢球面反射鏡全內(nèi)反射的顯微成像裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中：1激光器、2準(zhǔn)直擴(kuò)束器、3遮擋片、4照明物鏡、5橢球面反射鏡、6半球透鏡、7玻璃臺、8成像物鏡、9濾光片、10管鏡、11ccd。
具體實施方式
下面將對本發(fā)明裝置的具體實施方式做進(jìn)一步說明。
本實施例的基于橢球面反射鏡的全內(nèi)反射熒光顯微成像裝置，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。該基于橢球面反射鏡的全內(nèi)反射熒光顯微成像裝置沿光線傳播方向依次設(shè)置激光器1、準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡2、遮擋片3、照明物鏡4、橢球面反射鏡5、半球透鏡6、玻璃臺7、成像物鏡8、濾光片9、管鏡10和ccd11；所述聚焦透鏡4的焦點(diǎn)與橢球面反射鏡5的第二焦點(diǎn)位置重合，橢球面反射鏡5的第一焦點(diǎn)位于的玻璃臺7上表面；所述半球透鏡6的回轉(zhuǎn)軸與光軸重合，半球透鏡6的球心位置處于玻璃臺7的上表面，半球透鏡6的上表面與玻璃臺7的下表面貼合在一起；制作半球透鏡6材料的折射率不大于制作玻璃臺7材料的折射率；
從激光器1發(fā)出的光束，依次經(jīng)過準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡2和照明物鏡4透射，橢球面反射鏡5反射，會聚半球透鏡6的球心處，照射到玻璃臺7；入射到所述玻璃臺7中的光線入射角大于能夠發(fā)生全反射的最小入射角；全反射產(chǎn)生的倏逝波對玻璃臺7上表面覆蓋的樣品進(jìn)行照明，信號光依次經(jīng)過成像物鏡8、濾光片9和管鏡10透射，會聚到ccd11表面成像。