專利名稱：一種共聚焦光學(xué)掃描儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種共聚焦光學(xué)掃描儀，特別涉及使用CCD、EMCCD和CMOS等面陣探測器作為檢測器的共聚焦光學(xué)掃描裝置。
背景技術(shù)：
目前，已有的使用CCD、EMCCD和CMOS等面陣探測器作為檢測器的共聚焦光學(xué)掃描裝置，主要通過排列多個(gè)透光針孔的單轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)，或排列多個(gè)透光針孔的單滑塊的往復(fù)滑動(dòng)來實(shí)現(xiàn)對樣品的掃描成像，光源發(fā)射的光直接照射在轉(zhuǎn)盤或滑塊上，有超過96%的光被轉(zhuǎn)盤或滑塊反射，造成雜散光噪聲高的問題。通過在光源與轉(zhuǎn)盤或滑塊之間放置微透鏡陣列，可以降低轉(zhuǎn)盤或滑塊對光源的反射，但是微透鏡陣列制作費(fèi)用過高、難以制造和尺寸限制等問題使之難以推廣。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型為解決雜散光噪聲高的問題，所采用的技術(shù)方案是光路里放置了照明針孔陣列和成像針孔陣列，且這兩個(gè)針孔陣列具有相同的針孔排列方式，所有針孔為一一對應(yīng)關(guān)系。照明針孔陣列的不透光部分，將光源發(fā)射的未透過針孔的光反射，使其不進(jìn)入成像光路，所以避免了成雜散光噪聲高的問題。同時(shí)，本實(shí)用新型使用具有兩個(gè)反射面的掃描振鏡掃描樣品，所以具有掃描速度快的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型如圖I所示包括光源I ;激發(fā)濾色鏡2 ;準(zhǔn)直透鏡組3 ;照明針孔陣列4，其上排列了多個(gè)透光的針孔4a ;二色分光鏡5 ;成像針孔陣列6，其上排列著多個(gè)透光針孔6a ;延遲透鏡組7 ;掃描振鏡8以及第一反射面8a和第二反射面Sb ;全反鏡9 ;成像透鏡組10 ;發(fā)射濾色鏡11 ;控制器12。本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的(如圖I)所述光源I發(fā)射的光先后透過所述照明針孔陣列4和成像針孔陣列6，照明位于顯微鏡18的物鏡14焦平面的樣品15 ;所述照明針孔陣列4和所述成像針孔陣列6上排列了一一對應(yīng)的、透光的針孔4a和6a，且所述成像針孔陣列6與顯微鏡物鏡14的成像焦平面共軛；所述樣品15發(fā)射的熒光透過所述成像針孔陣列6的所述針孔6a，被面陣檢測器19記錄；通過具有兩個(gè)反射面的所述掃描振鏡8的旋轉(zhuǎn)對所述樣品15進(jìn)行掃描，實(shí)現(xiàn)對所述樣品15的共聚焦掃描成像。所述的針孔4a和6a的形狀為圓形或多邊形。所述掃描振鏡8的所述第一反射面8a是平面反射或凹面反射、所述第二反射面8b是平面反射或凹面反射；或者，所述第一反射面8a和所述第二反射面8b分別在兩個(gè)所述掃描振鏡8上。所述激發(fā)濾色鏡2，位于所述光源I后，其作用在于透過所述光源I發(fā)射的部分波長的光，而阻擋其它波長的光。所述準(zhǔn)直透鏡組3，位于所述光源I與所述照明針孔陣列4之間，使所述光源I發(fā)射的光形成平行光束；所述準(zhǔn)直透鏡組3的光軸垂直于所述照明針孔陣列4。所述二色分光鏡5，位于所述照明針孔陣列4和所述成像針孔陣列6之間，其作用在于將所述光源I發(fā)射的光和所述樣品15發(fā)射的突光分開為兩個(gè)光路。所述發(fā)射濾色鏡11，位于所述面陣檢測器19之前，其作用在于只透過所述樣品15發(fā)射的熒光、反射其它波長的光，使所述面陣檢測器19只能檢測所述樣品15發(fā)射的熒光。所述控制器12與所述面陣檢測器19有信號(hào)通訊，由所述控制器12控制所述掃描振鏡8旋轉(zhuǎn)，使所述面陣檢測器19的曝光時(shí)間等于所述掃描振鏡8的旋轉(zhuǎn)時(shí)間的整數(shù)倍，且使所述掃描振鏡8旋轉(zhuǎn)的啟動(dòng)與所述面陣檢測器19曝光的啟動(dòng)為同一時(shí)刻；另外，所述控制器12控制所述光源1，使所述光源I只在所述面陣檢測器19曝光時(shí)發(fā)光。本實(shí)用新型的有益效果是I、掃描速度快，可實(shí)現(xiàn)快速共聚焦成像。2、避免了滑塊反射的雜散光，降低了背景噪聲。

圖I :本實(shí)用新型和顯微鏡及面陣檢測器應(yīng)用的結(jié)構(gòu)示意圖圖2 :本實(shí)用新型的針孔陣列示意圖圖3 :本實(shí)用新型的第二種實(shí)施例的示意圖圖4 :本實(shí)用新型的第三種實(shí)施例的示意圖圖5 :本實(shí)用新型的第四種實(shí)施例的示意圖圖面說明光源I ;激發(fā)濾色鏡2 ;準(zhǔn)直透鏡組3 ;照明針孔陣列4，其上排列了多個(gè)透光的針孔4a ;二色分光鏡5 ;成像針孔陣列6，其上排列著多個(gè)透光針孔6a ;延遲透鏡組7 ;掃描振鏡8以及第一反射面8a和第二反射面Sb ;全反鏡9 ;成像透鏡組10 ;發(fā)射濾色鏡11 ;控制器12 ；感光芯片13 ;物鏡14 ;樣品15 ;計(jì)算機(jī)16 ;顯示器17 ;顯微鏡18 ;面陣檢測器19。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。實(shí)施例I圖I是與本實(shí)用新型相關(guān)的第一種共聚焦光學(xué)掃描儀示意圖，圖2是本實(shí)施例的針孔陣列示意圖。其中，掃描振鏡8的第一反射面8a、第二反射面Sb和全反鏡組10都是平面反射，針孔4a或針孔6a的形狀為圓形；另外，針孔4a或針孔6a也可以是多邊形，如三角形、方形、矩形、四邊形、五邊形和六邊形等。在本實(shí)施例中，當(dāng)面陣檢測器19未曝光時(shí)，控制器12控制掃描振鏡8停止在正向或反向最大旋轉(zhuǎn)位置，并同時(shí)控制光源I不發(fā)光。當(dāng)面陣檢測器19開始曝光，控制器12控制光源I發(fā)射照明光，同時(shí)控制掃描振鏡8從正向或反向最大旋轉(zhuǎn)角位置開始順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)至反向或正向最大旋轉(zhuǎn)角位置。光從光源I發(fā)射出，經(jīng)過激發(fā)濾色片2、準(zhǔn)直透鏡組3、照明針孔陣列4上的針孔4a、二色分光鏡5和成像針孔陣列6上的針孔6a形成多個(gè)激發(fā)點(diǎn)光源；激發(fā)點(diǎn)光源經(jīng)過延遲透鏡組7和掃描振鏡8的第一反射面8a在顯微鏡18的物鏡14的焦平面上的樣品15上形成照明
4點(diǎn)，照明點(diǎn)隨著掃描振鏡8的旋轉(zhuǎn)在樣品15上移動(dòng)。照明點(diǎn)激發(fā)樣品15發(fā)射的熒光經(jīng)過物鏡14、掃描振鏡8的第一反射面8a、延遲透鏡組7和成像針孔陣列6的針孔6a被二色分光鏡5反射，再經(jīng)過全反鏡組9、成像透鏡組10、掃描振鏡8的第二反射面Sb和發(fā)射濾色片11在面陣檢測器19的感光芯片13形成成像點(diǎn)，成像點(diǎn)隨著掃描振鏡8的旋轉(zhuǎn)在面陣檢測器19的感光芯片13上移動(dòng)。當(dāng)面陣檢測器19曝光結(jié)束時(shí)，掃描振鏡8剛好旋轉(zhuǎn)至反向或正向最大旋轉(zhuǎn)角位置，樣品15被照明一次，同時(shí)感光芯片13獲得樣品15的一次完整的熒光信息，并由計(jì)算機(jī)17處理、在計(jì)算機(jī)顯示器18上顯示成圖像。因?yàn)橹挥形挥谖镧R14的焦平面的樣品15發(fā)射的熒光才能經(jīng)過成像針孔陣列6的針孔6a、被二色分光鏡5反射和透過發(fā)射濾色片11到達(dá)感光芯片13，所以計(jì)算機(jī)顯示器17上顯示的圖像是樣品15的共聚焦圖像。實(shí)施例2圖3是與本實(shí)用新型相關(guān)的第二種共聚焦光學(xué)掃描儀的結(jié)構(gòu)示意圖，與實(shí)施例I的區(qū)別具體如下增加了成像透鏡組10的數(shù)量，使感光芯片13記錄的圖像和物鏡14對樣品15的成像可實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的I : I放大。實(shí)施例3圖4是與本實(shí)用新型相關(guān)的第三種共聚焦光學(xué)掃描儀的結(jié)構(gòu)示意圖，與實(shí)施例I的區(qū)別具體如下掃描振鏡8的第一反射面8a和第二反射面Sb、全反鏡組9都是凹面反射，替代光路里延遲透鏡組7和成像透鏡組10的成像作用，光路里不放置延遲透鏡組7和成像透鏡組10。實(shí)施例4圖5是與本實(shí)用新型相關(guān)的第四種共聚焦光學(xué)掃描儀的結(jié)構(gòu)示意圖，與實(shí)施例3的區(qū)別具體如下第一反射面8a和第二反射面Sb分別在兩個(gè)相同的掃描振鏡8上，由控制器13同步控制旋轉(zhuǎn)，減少了一片全反鏡9。
權(quán)利要求1.一種共聚焦光學(xué)掃描儀，其光源發(fā)射的光先后透過照明針孔陣列和成像針孔陣列，照明位于所述顯微鏡的物鏡焦平面的樣品；所述照明針孔陣列和所述成像針孔陣列上排列了一一對應(yīng)的、透光的針孔，且所述成像針孔陣列與顯微鏡物鏡的成像焦平面共軛；所述樣品發(fā)射的熒光透過所述成像針孔陣列的所述針孔，被面陣檢測器記錄；通過具有兩個(gè)反射面的掃描振鏡的旋轉(zhuǎn)對所述樣品進(jìn)行掃描，實(shí)現(xiàn)對所述樣品的共聚焦掃描成像。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種共聚焦光學(xué)掃描儀，其特征在于，所述的針孔的形狀為圓形或多邊形，如三角形、方形、矩形、四邊形、五邊形和六邊形等。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種共聚焦光學(xué)掃描儀，其特征在于所述掃描振鏡的第一反射面是平面反射或凹面反射、第二反射面是平面反射或凹面反射。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種共聚焦光學(xué)掃描儀，其特征在于所述第一反射面和所述第二反射面分別在兩個(gè)掃描振鏡上。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種共聚焦光學(xué)掃描儀，還包括一片激發(fā)濾色鏡，位于所述光源后，其作用在于透過所述光源發(fā)射的部分波長的光，而阻擋其它波長的光。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種共聚焦光學(xué)掃描儀，還包括一組準(zhǔn)直透鏡組，位于所述光源與所述照明針孔陣列之間，使所述光源發(fā)射的光形成平行光束；所述準(zhǔn)直透鏡組的光軸垂直于所述照明針孔陣列。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種共聚焦光學(xué)掃描儀，還包括一片二色分光鏡，位于所述照明針孔陣列和所述成像針孔陣列之間，其作用在于將所述光源發(fā)射的光和所述樣品發(fā)射的熒光分開為兩個(gè)光路。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種共聚焦光學(xué)掃描儀，還包括一片發(fā)射濾色鏡，位于所述面陣檢測器之前，其作用在于只透過所述樣品發(fā)射的熒光、反射其它波長的光，使所述面陣檢測器只能檢測所述樣品發(fā)射的熒光。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種共聚焦光學(xué)掃描儀，還包括一個(gè)與所述面陣檢測器有信號(hào)通訊的控制器，由所述控制器控制掃描振鏡旋轉(zhuǎn)，使所述面陣檢測器的曝光時(shí)間等于所述掃描振鏡的旋轉(zhuǎn)時(shí)間的整數(shù)倍，且使所述掃描振鏡旋轉(zhuǎn)的啟動(dòng)與所述面陣檢測器曝光的啟動(dòng)為同一時(shí)刻。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種共聚焦光學(xué)掃描儀，所述控制器控制所述光源，使所述光源只在所述面陣檢測器曝光時(shí)發(fā)光。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種共聚焦光學(xué)掃描儀，特別涉及使用CCD、EMCCD、CMOS和sCOMS等面陣檢測器作為檢測單元的、應(yīng)用于生物熒光顯微成像的共聚焦光學(xué)掃描儀。該共聚焦光學(xué)掃描儀的主要特征是光路里放置了照明針孔陣列和成像針孔陣列，且兩個(gè)針孔陣列上排列的針孔一一對應(yīng)；成像針孔陣列與顯微鏡物鏡的成像焦平面共軛，只透過位于顯微鏡物鏡的焦平面的樣品發(fā)射的熒光，且不反射光源發(fā)射的光；由具有兩個(gè)反射面的掃描振鏡的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對樣品的掃描成像。因此，該共聚焦光學(xué)掃描儀具有掃描速度快、零雜散光背景噪聲、照明強(qiáng)度均一等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)該共聚焦光學(xué)掃描儀的掃描與檢測器的曝光易于實(shí)現(xiàn)同步控制。
文檔編號(hào)G01N21/64GK202748306SQ20122023525
公開日2013年2月20日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月24日
發(fā)明者賴博 申請人:賴博