專利名稱：基于快速傾斜鏡的寬視場(chǎng)共焦掃描顯微鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顯微鏡，特別是一種基于快速傾斜鏡的寬視場(chǎng)共焦掃描顯微鏡， 能在大視場(chǎng)范圍內(nèi)對(duì)生物組織進(jìn)行共焦掃描高分辨率成像。
背景技術(shù)：
共焦顯微鏡技術(shù)最早應(yīng)用于生物組織成像(Webb RH,Hughes GW. Scanning Laser Ophthalmoscope. Biomedical Engineering, IEEE Transactions on.1981, BME-28(7) 488-92.)，在1987年發(fā)展成為成熟的激光共焦掃描成像設(shè)備(Webb R，Hughes G，Delori F. Confocal scanning laser ophthalmoscope. Applied optics. 1987 ；26 (8) :1492-9)。專利號(hào)為US4863226(1989)的發(fā)明專利提出了激光共焦掃描成像的概念，該專利 通過聲光調(diào)制器來實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的橫向掃描，通過另一掃描鏡實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的縱向掃描即幀掃 描，提出使用針孔來實(shí)現(xiàn)共焦高分辨率成像的目的。但該專利僅僅給出了共焦掃描成像的 原理性裝置，其聲光調(diào)制器會(huì)帶來較大的色散效應(yīng)，大幅降低系統(tǒng)的成像分辨率。專利號(hào)為 US5825533(1998)的發(fā)明專利通過兩個(gè)獨(dú)立的掃描振鏡來進(jìn)行橫向和縱向的同步掃描，以 實(shí)現(xiàn)共焦掃描成像。但該專利僅通過簡(jiǎn)單的二維掃描，無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)高分辨率與大視場(chǎng)同 步成像功能。專利號(hào)為98111188. 2(1998)的發(fā)明專利提出了一種激光共焦掃描顯微鏡裝 置，該專利與專利號(hào)為US5825533(1998)的發(fā)明專利有著類似的共焦掃描成像原理，通過 一塊45°角放置的的分光棱鏡實(shí)現(xiàn)掃描照明光路、信號(hào)光返回光路和觀測(cè)光路的重合。但 同樣沒有解決高分辨率與大視場(chǎng)同步成像的限制。專利號(hào)為200810117071.4的發(fā)明專利 也提出了共焦成像的基本裝置，但沒有掃描裝置，而是通過點(diǎn)光源單幀成像的原理，實(shí)現(xiàn)對(duì) 樣品的共焦成像。分辨率較低并且無法實(shí)現(xiàn)視頻成像。專利號(hào)為99115053. 8(1999)的發(fā)明 專利等，提出了基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的視網(wǎng)膜成像裝置，但該裝置沒有實(shí)現(xiàn)共焦掃描成像， 更沒有提出大視場(chǎng)的概念。綜上所述可知，現(xiàn)有的共焦掃描成像設(shè)備存在諸多不足，亟待改進(jìn)。對(duì)比國際國內(nèi)在共焦顯微成像領(lǐng)域的技術(shù)成果，本發(fā)明在激光共焦顯微成像的基 本原理基礎(chǔ)上，提出一種新的共焦成像顯微鏡裝置，通過快速傾斜鏡與兩個(gè)掃描振鏡的同 步工作，結(jié)合共軛成像的原理，實(shí)現(xiàn)了大視場(chǎng)范圍內(nèi)高分辨率成像的功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題克服傳統(tǒng)共焦掃描顯微鏡不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)高分辨率與大視 場(chǎng)同步成像的限制，提出一種基于快速傾斜鏡的共焦掃描顯微鏡?？梢詫?duì)人眼(或待測(cè)樣 品，下同)在大視場(chǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高分辨率成像。本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種基于快速傾斜鏡的寬視場(chǎng)共焦掃描顯微鏡，其特征 在于，所述顯微鏡包括光源組件、二維成像掃描組件、寬視場(chǎng)掃描組件和探測(cè)器組件。通過 控制快速傾斜鏡，與二維掃描振鏡組同步工作，既能得到某一成像子區(qū)域的高分辨率圖像， 又能通過控制快速傾斜鏡來實(shí)現(xiàn)對(duì)人眼眼底不同區(qū)域的主動(dòng)掃描，來達(dá)到增加成像視場(chǎng)的目的。本發(fā)明的原理本發(fā)明的核心原理是光學(xué)成像共軛關(guān)系。即在本發(fā)明所述的系統(tǒng) 裝置中，光源、兩個(gè)二維掃描振鏡、快速傾斜鏡以及人眼在光學(xué)上精確共軛。兩個(gè)獨(dú)立的二 維掃描振鏡依次對(duì)人眼實(shí)現(xiàn)線掃描和幀掃描，以實(shí)現(xiàn)在單幀圖像成像視場(chǎng)內(nèi)的高分辨率成 像。再通過置于光學(xué)共軛面的快速傾斜鏡，實(shí)現(xiàn)對(duì)人眼眼底成像區(qū)域的面掃描，擴(kuò)展成像視 場(chǎng)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明使傳統(tǒng)的共焦掃面顯微鏡成像視場(chǎng)大 幅增加，成像主動(dòng)性大幅增強(qiáng)。尤其是應(yīng)用于人眼眼底成像時(shí)，將不再需要人眼目標(biāo)自身做 主動(dòng)調(diào)整，而可以通過控制快速傾斜鏡主動(dòng)掃描的方式來達(dá)到成像人眼眼底不同區(qū)域的目 的。明顯改善傳統(tǒng)共焦顯微鏡的可操作性和主動(dòng)性。


圖1為本發(fā)明具體實(shí)施方式
中基于快速傾斜鏡的寬視場(chǎng)共焦掃描顯微鏡結(jié)構(gòu)示 意圖；圖2為本發(fā)明的室內(nèi)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，通過主動(dòng)掃描人眼眼底不同區(qū)域后所得到的寬視 場(chǎng)高分辨率圖像。
具體實(shí)施例方式根據(jù)說明書附圖1，對(duì)如何具體實(shí)施本發(fā)明提出的基于快速傾斜鏡的寬視場(chǎng)共焦 掃描顯微鏡的功能，詳細(xì)介紹如下1、由光源組件之激光光源(1)通過光纖耦合器鏈接光纖(2)，激光通過光纖(2)的 傳輸，光纖的末端置于耦合透鏡(3)的焦點(diǎn)位置，經(jīng)過耦合透鏡(3)，激光以平行光的方式 出射，經(jīng)反射鏡(4)，進(jìn)入分光鏡(5)。本發(fā)明所述的分光鏡(5)，一般為透射率高反射率低 的分光鏡，投射率與反射率的比值一般為9 1。透射率高是為了保證從人眼返回回來的信 號(hào)光能較大程度的通過分光鏡(5)進(jìn)入光電探測(cè)器部分。照明激光在經(jīng)過分光鏡(5)后進(jìn) 入反射式球面望遠(yuǎn)鏡(6和7)。在球面反射鏡7的共軛平面處放置一柱面透鏡(8)。由于 該系統(tǒng)使用較多的球面反射鏡，光學(xué)系統(tǒng)的系統(tǒng)像差將以象散為主，因此我們通過合理的 光學(xué)設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)的光學(xué)像差能被柱面透鏡(8)抵消。經(jīng)過柱面透鏡(8)后的照明光再 經(jīng)過望遠(yuǎn)鏡(9和10)縮束。進(jìn)入二維成像掃描組件。2、二維成像掃描組件以兩個(gè)獨(dú)立的光學(xué)掃描振鏡為主，振鏡之間通過球面望遠(yuǎn)鏡 連接。照明光經(jīng)過橫向掃描振鏡(11)的掃描后變成線掃描光，再經(jīng)過望遠(yuǎn)鏡(12和13)擴(kuò) 束后被縱向掃描振鏡(14)掃描，形成面照明光。3、經(jīng)過縱向掃描振鏡(14)后的面照明光再經(jīng)過望遠(yuǎn)鏡(15和16)進(jìn)入寬視場(chǎng)掃 描組件。由于快速傾斜鏡(17)處于光學(xué)系統(tǒng)的共軛面，與橫向掃描振鏡、縱向掃描振鏡和 人眼瞳孔精密共軛。因此快速傾斜鏡在X(橫向)和Y(縱向)兩個(gè)方向上的傾斜運(yùn)動(dòng)，將 使得照明光束在人眼瞳孔入射處形成較大的入射角。照明光束通過大視場(chǎng)縮束望遠(yuǎn)鏡(18 和19)后，直接照射在人眼瞳孔。(4)照明光束入射在人眼瞳孔(或待測(cè)樣品)表面，經(jīng)瞳孔聚焦后進(jìn)入人眼眼底， 從人眼眼底返回的信號(hào)光按原路返回(從19返回到5)，經(jīng)過分光鏡(5)后，進(jìn)入探測(cè)器組件部分。探測(cè)器組件由聚光透鏡(21)、針孔(22)和探測(cè)器(23)組成。被聚光透鏡會(huì)聚后 的信號(hào)光經(jīng)過針孔(22)，針孔的通光孔徑大小和放置位置非常重要。針孔的通光孔徑大小 一般為1-2倍光學(xué)系統(tǒng)的艾利衍射斑尺寸，針孔放置于聚光透鏡(21)的焦點(diǎn)處。經(jīng)過針孔 后的信號(hào)光，將具備與成像平面(即人眼瞳孔或被成像樣品)精確共焦的性質(zhì)，也就是共焦 平面之外的雜散光將被針孔遮擋。這樣探測(cè)器(23)所接收到的信號(hào)光與成像平面精確共 焦，并且噪聲被抑制。(5)快速傾斜鏡靜止不動(dòng)的時(shí)候，系統(tǒng)通過掃描振鏡(11和14)的二維掃描來完 成圖像重構(gòu)，得到共焦圖像視頻圖像，此時(shí)系統(tǒng)成像視場(chǎng)一般比較小，典型掃描視場(chǎng)為為 1-3°。此時(shí)，通過控制快速傾斜鏡在X和Y兩個(gè)方向?qū)θ搜垩鄣走M(jìn)行傾斜掃描，根據(jù)實(shí)際 應(yīng)用需要，對(duì)人眼眼底任何子區(qū)域進(jìn)行成像。假設(shè)快速傾斜鏡在人眼瞳孔處可以產(chǎn)生的傾 斜角度為20°，則系統(tǒng)總的成像視場(chǎng)為20° +3° =23°，大幅提高了系統(tǒng)的成像視場(chǎng)。通 過控制快速傾斜鏡在人眼眼底各子區(qū)域依次成像，再通過圖像拼接，就可以得到人眼眼底 大視場(chǎng)范圍內(nèi)的高分辨率圖像。(6)圖2是本發(fā)明在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)驗(yàn)證時(shí)得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。具體實(shí)施實(shí)例解釋如下系 統(tǒng)使用840nm近紅外光源作為照明光源，二維掃描振鏡的單幀圖像視場(chǎng)為1. 5°，通過控制 快速傾斜鏡掃描人眼眼底，我們得到了人眼眼底大于20°的大視場(chǎng)高分辨率的圖像。圖2 所示大視場(chǎng)高分辨率圖像為系統(tǒng)通過各小視場(chǎng)單幀圖像拼接而成。經(jīng)過上述過程，即可對(duì)人眼(或其他待測(cè)樣品)實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)與高分辨率相結(jié)合的 成像功能。需要說明的是，盡管本發(fā)明的較佳實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明 書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域 的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般 概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。
權(quán)利要求
一種基于快速傾斜鏡的寬視場(chǎng)共焦掃描顯微鏡，其特征在于所述共焦掃描顯微鏡包括光源組件、二維成像掃描組件、寬視場(chǎng)掃描組件和探測(cè)器組件。二維成像掃描組件與寬視場(chǎng)掃描組件通過球面反射式望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)連接。探測(cè)器組件置于系統(tǒng)返回光路的終端，分光鏡之后。由光源組件發(fā)射的照明光依次通過系統(tǒng)的二維成像掃描組件、寬視場(chǎng)掃描組件后進(jìn)入人眼(或物鏡與待成像樣品)，從人眼(或物鏡與待成像樣品)反射回來的信號(hào)光原路返回系統(tǒng)后通過分光鏡，被探測(cè)器組件探測(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于快速傾斜鏡的寬視場(chǎng)共焦掃描顯微鏡，其特征在于所 述光源組件包含一個(gè)柱面透鏡，用以預(yù)補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)的靜態(tài)像差。由于系統(tǒng)多使用球面反 射鏡作為反射式望遠(yuǎn)鏡子系統(tǒng)，因此系統(tǒng)像差以象散為主，系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)保證單片柱面透 鏡能夠補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)的靜態(tài)像差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于快速傾斜鏡的寬視場(chǎng)共焦掃描顯微鏡，其特征在于所 述二維成像掃描組件包含一個(gè)橫向掃描鏡和一個(gè)縱向掃描鏡組成。通過橫向掃描與縱向掃 描同步工作，完成對(duì)人眼(或待掃描成像樣品)的面掃描過程。再結(jié)合探測(cè)器組件所記錄 信號(hào)光的強(qiáng)度信息，完成對(duì)人眼(或物鏡與待成像樣品)的圖像重構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于快速傾斜鏡的寬視場(chǎng)共焦掃描顯微鏡，其特征在于所 述寬視場(chǎng)掃描組件由一個(gè)在X(橫向)和Y(縱向)兩個(gè)方向上都能產(chǎn)生一定傾斜角度的快 速傾斜鏡和一組大視場(chǎng)透射式縮束望遠(yuǎn)鏡組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1和4所述的基于快速傾斜鏡的寬視場(chǎng)共焦掃描顯微鏡，其特征在于 所述快速傾斜鏡為基于壓電陶瓷變形技術(shù)的快速傾斜鏡，或者為基于微機(jī)械變形技術(shù)的快 速傾斜鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1和4所述的基于快速傾斜鏡的寬視場(chǎng)共焦掃描顯微鏡，其特征在于 所述大視場(chǎng)透射式望遠(yuǎn)鏡包含入射透鏡和出射透鏡，出射透鏡可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行 更換，以改變大視場(chǎng)透射式望遠(yuǎn)鏡的縮束比，同時(shí)改變系統(tǒng)對(duì)人眼(或物鏡與待成像樣品) 的成像視場(chǎng)(或成像面積)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于快速傾斜鏡的寬視場(chǎng)共焦掃描顯微鏡，其特征在于所 述探測(cè)器組件包含聚光透鏡、針孔和光電探測(cè)器組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1和7所述的基于快速傾斜鏡的寬視場(chǎng)共焦掃描顯微鏡，其特征在于 所述探測(cè)器為電荷耦合器件或光電倍增管等光電轉(zhuǎn)換器件。該探測(cè)器主要用來記錄系統(tǒng)返 回信號(hào)光的強(qiáng)度信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求1和7所述的基于快速傾斜鏡的寬視場(chǎng)共焦掃描顯微鏡其特征在于 所述針孔為一中心通光的圓形光闌，其通光孔徑一般在50 200 μ m之間，主要用來接受信 號(hào)光，屏蔽雜散光。
全文摘要
基于快速傾斜鏡的寬視場(chǎng)共焦掃描顯微鏡，由光源組件、二維成像掃描組件、寬視場(chǎng)掃描組件和探測(cè)器組件組成。該發(fā)明提出的共焦掃描顯微鏡裝置，更多的使用球面反射鏡望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)，避免了系統(tǒng)高階像差的產(chǎn)生，同時(shí)使用柱面透鏡補(bǔ)償了系統(tǒng)的低階像差。通過快速傾斜鏡與二維掃描成像組件同步工作，在獲得小視場(chǎng)單幀圖像的基礎(chǔ)上，采用自動(dòng)拼接技術(shù)，得到大視場(chǎng)范圍內(nèi)人眼眼底(或增加了物鏡的樣品)的高分辨率圖像。該發(fā)明主要解決了高分辨率與大視場(chǎng)同步成像的困難，實(shí)現(xiàn)了一種設(shè)計(jì)緊湊、成像分辨率高、成像視場(chǎng)大的寬視場(chǎng)共焦掃描顯微鏡，大幅改善傳統(tǒng)共焦顯微鏡的成像視場(chǎng)與成像質(zhì)量。藉本發(fā)明可對(duì)人眼眼底(或待測(cè)樣品)在大視場(chǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高分辨率成像。
文檔編號(hào)G01N21/00GK101904735SQ201010230540
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月20日
發(fā)明者李超宏 申請(qǐng)人:李超宏