CN202748306U - 一种共聚焦光学扫描仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种共聚焦光学扫描仪，特别涉及使用CCD、EMCCD、CMOS和sCOMS等面阵检测器作为检测单元的、应用于生物荧光显微成像的共聚焦光学扫描仪。该共聚焦光学扫描仪的主要特征是：光路里放置了照明针孔阵列和成像针孔阵列，且两个针孔阵列上排列的针孔一一对应；成像针孔阵列与显微镜物镜的成像焦平面共轭，只透过位于显微镜物镜的焦平面的样品发射的荧光，且不反射光源发射的光；由具有两个反射面的扫描振镜的旋转实现对样品的扫描成像。因此，该共聚焦光学扫描仪具有扫描速度快、零杂散光背景噪声、照明强度均一等优点，同时该共聚焦光学扫描仪的扫描与检测器的曝光易于实现同步控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种共聚焦光学扫描仪，特别涉及使用CCD、EMCCD和CMOS等面阵探测器作为检测器的共聚焦光学扫描装置。
背景技术
目前，已有的使用CCD、EMCCD和CMOS等面阵探测器作为检测器的共聚焦光学扫描装置，主要通过排列多个透光针孔的单转盘的旋转，或排列多个透光针孔的单滑块的往复滑动来实现对样品的扫描成像，光源发射的光直接照射在转盘或滑块上，有超过96％的光被转盘或滑块反射，造成杂散光噪声高的问题。通过在光源与转盘或滑块之间放置微透镜阵列，可以降低转盘或滑块对光源的反射，但是微透镜阵列制作费用过高、难以制造和尺寸限制等问题使之难以推广。
发明内容
本实用新型为解决杂散光噪声高的问题，所采用的技术方案是：光路里放置了照明针孔阵列和成像针孔阵列，且这两个针孔阵列具有相同的针孔排列方式，所有针孔为一一对应关系。照明针孔阵列的不透光部分，将光源发射的未透过针孔的光反射，使其不进入成像光路，所以避免了成杂散光噪声高的问题。同时，本实用新型使用具有两个反射面的扫描振镜扫描样品，所以具有扫描速度快的优点。
本实用新型如图1所示包括：光源1；激发滤色镜2；准直透镜组3；照明针孔阵列4，其上排列了多个透光的针孔4a；二色分光镜5；成像针孔阵列6，其上排列着多个透光针孔6a；延迟透镜组7；扫描振镜8以及第一反射面8a和第二反射面8b；全反镜9；成像透镜组10；发射滤色镜11；控制器12。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的(如图1)：
所述光源1发射的光先后透过所述照明针孔阵列4和成像针孔阵列6，照明位于显微镜18的物镜14焦平面的样品15；所述照明针孔阵列4和所述成像针孔阵列6上排列了一一对应的、透光的针孔4a和6a，且所述成像针孔阵列6与显微镜物镜14的成像焦平面共轭；所述样品15发射的荧光透过所述成像针孔阵列6的所述针孔6a，被面阵检测器19记录；通过具有两个反射面的所述扫描振镜8的旋转对所述样品15进行扫描，实现对所述样品15的共聚焦扫描成像。
所述的针孔4a和6a的形状为圆形或多边形。
所述扫描振镜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分别在两个所述扫描振镜8上。
所述激发滤色镜2，位于所述光源1后，其作用在于：透过所述光源1发射的部分波长的光，而阻挡其它波长的光。
所述准直透镜组3，位于所述光源1与所述照明针孔阵列4之间，使所述光源1发射的光形成平行光束；所述准直透镜组3的光轴垂直于所述照明针孔阵列4。
所述二色分光镜5，位于所述照明针孔阵列4和所述成像针孔阵列6之间，其作用在于将所述光源1发射的光和所述样品15发射的荧光分开为两个光路。
所述发射滤色镜11，位于所述面阵检测器19之前，其作用在于只透过所述样品15发射的荧光、反射其它波长的光，使所述面阵检测器19只能检测所述样品15发射的荧光。
所述控制器12与所述面阵检测器19有信号通讯，由所述控制器12控制所述扫描振镜8旋转，使所述面阵检测器19的曝光时间等于所述扫描振镜8的旋转时间的整数倍，且使所述扫描振镜8旋转的启动与所述面阵检测器19曝光的启动为同一时刻；另外，所述控制器12控制所述光源1，使所述光源1只在所述面阵检测器19曝光时发光。
本实用新型的有益效果是：
1、扫描速度快，可实现快速共聚焦成像。
2、避免了滑块反射的杂散光，降低了背景噪声。
附图说明
图1：本实用新型和显微镜及面阵检测器应用的结构示意图
图2：本实用新型的针孔阵列示意图
图3：本实用新型的第二种实施例的示意图
图4：本实用新型的第三种实施例的示意图
图5：本实用新型的第四种实施例的示意图
图面说明：
光源1；激发滤色镜2；准直透镜组3；照明针孔阵列4，其上排列了多个透光的针孔4a；二色分光镜5；成像针孔阵列6，其上排列着多个透光针孔6a；延迟透镜组7；扫描振镜8以及第一反射面8a和第二反射面8b；全反镜9；成像透镜组10；发射滤色镜11；控制器12； 感光芯片13；物镜14；样品15；计算机16；显示器17；显微镜18；面阵检测器19。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步描述本发明。
实施例1
图1是与本实用新型相关的第一种共聚焦光学扫描仪示意图，图2是本实施例的针孔阵列示意图。其中，扫描振镜8的第一反射面8a、第二反射面8b和全反镜组10都是平面反射，针孔4a或针孔6a的形状为圆形；另外，针孔4a或针孔6a也可以是多边形，如三角形、方形、矩形、四边形、五边形和六边形等。
在本实施例中，当面阵检测器19未曝光时，控制器12控制扫描振镜8停止在正向或反向最大旋转位置，并同时控制光源1不发光。
当面阵检测器19开始曝光，控制器12控制光源1发射照明光，同时控制扫描振镜8从正向或反向最大旋转角位置开始顺时针或逆时针旋转至反向或正向最大旋转角位置。光从光源1发射出，经过激发滤色片2、准直透镜组3、照明针孔阵列4上的针孔4a、二色分光镜5和成像针孔阵列6上的针孔6a形成多个激发点光源；激发点光源经过延迟透镜组7和扫描振镜8的第一反射面8a在显微镜18的物镜14的焦平面上的样品15上形成照明点，照明点随着扫描振镜8的旋转在样品15上移动。照明点激发样品15发射的荧光经过物镜14、扫描振镜8的第一反射面8a、延迟透镜组7和成像针孔阵列6的针孔6a被二色分光镜5反射，再经过全反镜组9、成像透镜组10、扫描振镜8的第二反射面8b和发射滤色片11在面阵检测器19的感光芯片13形成成像点，成像点随着扫描振镜8的旋转在面阵检测器19的感光芯片13上移动。
当面阵检测器19曝光结束时，扫描振镜8刚好旋转至反向或正向最大旋转角位置，样品15被照明一次，同时感光芯片13获得样品15的一次完整的荧光信息，并由计算机17处理、在计算机显示器18上显示成图像。因为只有位于物镜14的焦平面的样品15发射的荧光才能经过成像针孔阵列6的针孔6a、被二色分光镜5反射和透过发射滤色片11到达感光芯片13，所以计算机显示器17上显示的图像是样品15的共聚焦图像。
实施例2
图3是与本实用新型相关的第二种共聚焦光学扫描仪的结构示意图，与实施例1的区别具体如下：增加了成像透镜组10的数量，使感光芯片13记录的图像和物镜14对样品15的成 像可实现严格的1∶1放大。
实施例3
图4是与本实用新型相关的第三种共聚焦光学扫描仪的结构示意图，与实施例1的区别具体如下：扫描振镜8的第一反射面8a和第二反射面8b、全反镜组9都是凹面反射，替代光路里延迟透镜组7和成像透镜组10的成像作用，光路里不放置延迟透镜组7和成像透镜组10。
实施例4
图5是与本实用新型相关的第四种共聚焦光学扫描仪的结构示意图，与实施例3的区别具体如下：第一反射面8a和第二反射面8b分别在两个相同的扫描振镜8上，由控制器13同步控制旋转，减少了一片全反镜9。
Claims (10)
1.一种共聚焦光学扫描仪，其光源发射的光先后透过照明针孔阵列和成像针孔阵列，照明位于所述显微镜的物镜焦平面的样品；所述照明针孔阵列和所述成像针孔阵列上排列了一一对应的、透光的针孔，且所述成像针孔阵列与显微镜物镜的成像焦平面共轭；所述样品发射的荧光透过所述成像针孔阵列的所述针孔，被面阵检测器记录；通过具有两个反射面的扫描振镜的旋转对所述样品进行扫描，实现对所述样品的共聚焦扫描成像。
2.根据权利要求1所述的一种共聚焦光学扫描仪，其特征在于，所述的针孔的形状为圆形或多边形，如三角形、方形、矩形、四边形、五边形和六边形等。
3.根据权利要求1所述的一种共聚焦光学扫描仪，其特征在于：所述扫描振镜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.根据权利要求3所述的一种共聚焦光学扫描仪，其特征在于：所述第一反射面和所述第二反射面分别在两个扫描振镜上。
5.根据权利要求1所述的一种共聚焦光学扫描仪，还包括一片激发滤色镜，位于所述光源后，其作用在于：透过所述光源发射的部分波长的光，而阻挡其它波长的光。
6.根据权利要求1所述的一种共聚焦光学扫描仪，还包括一组准直透镜组，位于所述光源与所述照明针孔阵列之间，使所述光源发射的光形成平行光束；所述准直透镜组的光轴垂直于所述照明针孔阵列。
7.根据权利要求1所述的一种共聚焦光学扫描仪，还包括一片二色分光镜，位于所述照明针孔阵列和所述成像针孔阵列之间，其作用在于将所述光源发射的光和所述样品发射的荧光分开为两个光路。
8.根据权利要求1所述的一种共聚焦光学扫描仪，还包括一片发射滤色镜，位于所述面阵检测器之前，其作用在于只透过所述样品发射的荧光、反射其它波长的光，使所述面阵检测器只能检测所述样品发射的荧光。
9.根据权利要求1所述的一种共聚焦光学扫描仪，还包括一个与所述面阵检测器有信号通讯的控制器，由所述控制器控制扫描振镜旋转，使所述面阵检测器的曝光时间等于所述扫描振镜的旋转时间的整数倍，且使所述扫描振镜旋转的启动与所述面阵检测器曝光的启动为同一时刻。
10.根据权利要求9所述的一种共聚焦光学扫描仪，所述控制器控制所述光源，使所述光源只在所述面阵检测器曝光时发光。
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