專利名稱：激光共焦掃描顯微鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種顯微鏡，特別是一種激光共焦掃描顯微鏡。
激光共焦掃描技術(shù)是最近幾年迅速發(fā)展起來的一項高新技術(shù)，它是通過將共焦原理與高速激光掃描技術(shù)相結(jié)合，來獲得物體的分層圖象，并由計算機控制掃描層和進行圖像處理，最終形成樣品的三維形貌圖像，它可廣泛運用于生物醫(yī)學、農(nóng)業(yè)和材料科學等領(lǐng)域。發(fā)明人在98年3月23日向中國專利局提出了名稱為“激光共焦掃描顯微鏡”的專利申請，專利申請?zhí)枮?8111188．2，該專利申請所述的激光共焦掃描顯微鏡是在德國Leica公司生產(chǎn)的TCS NT型激光共焦掃描顯微鏡和美國Bio rad公司生產(chǎn)的MRC-1024型激光共焦掃描顯微鏡基礎(chǔ)上的改進。它在系統(tǒng)中采用一塊45°設(shè)置的半反半透鏡實現(xiàn)了激光激發(fā)光路、樣品散射探測光路和觀察光路三路合一的目的，與德國和美國的產(chǎn)品相比具有光路簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧且成本低廉的優(yōu)點。但在實際使用中，該系統(tǒng)存在的不足是，由于采用了半反半透鏡，使得激光在經(jīng)過半反半透鏡時有一半的光被浪費，同樣，從樣品散射出的散射光在透過半反半透鏡進入探測系統(tǒng)時，也有一半被損失，這樣就使得探測的信噪比大大降低，能量浪費很大，使得該系統(tǒng)只能適合于非熒光工作情況，如材料科學、金屬表面等，而對于需要工作在熒光情況如生物醫(yī)學、農(nóng)業(yè)科學等效果較差，因此這一系統(tǒng)在實際使用中范圍受到了限制。
本實用新型的目的在于提供一種既能適用于材料科學、金屬表面，又能適用于生物醫(yī)學、農(nóng)業(yè)科學，且光路簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、體積輕小的激光共焦掃描顯微鏡。
本實用新型是在專利申請“98111188．2”即“激光共焦掃描顯微鏡”基礎(chǔ)上的進一步改進，為實現(xiàn)本實用新型的目的，其改進后的技術(shù)方案是這樣的共焦掃描顯微鏡包括有激光激發(fā)光路、樣品散射熒光探測光路和觀察光路以及一個控制系統(tǒng)。激光激發(fā)光路包括有激光器和沿光路設(shè)置的聚焦透鏡、X、Y掃描器、顯微物鏡；樣品散射熒光探測光路有全反鏡、顯微物鏡和光電倍增管；觀察光路有承物臺與縱深位移器、照明透鏡、照明光源、反射棱鏡和雙目鏡；X、Y掃描器和承物臺與縱深位移器由控制系統(tǒng)中的計算機通過兩個驅(qū)動器來分別控制驅(qū)動，光電倍增管的輸出通過放大器進入計算機。本實用新型的特征在于，在激光激發(fā)光路中的聚焦透鏡與X、Y掃描器之間的光路上順序設(shè)置有小孔光蘭、可變中性濾光片、中繼透鏡、激發(fā)濾光片和雙色反射鏡；在樣品散射熒光探測光路中，雙色反射鏡與全反鏡之間的光路上設(shè)置有抑制濾光片，顯微物鏡與光電倍增管之間的光路上，設(shè)置有與激光激發(fā)光路中小孔光蘭共焦的另一小孔光蘭；在雙色反射鏡與X、Y掃描器之間的光路上還設(shè)置有一塊半反半透鏡，它與其反射光路上的反射棱鏡和雙目鏡構(gòu)成顯微鏡的觀察光路。在整個顯微鏡系統(tǒng)中，激發(fā)濾光片、雙色反射鏡和抑制濾光片是可替換的配對組合，它們可以根據(jù)被測樣品所需的不同波帶范圍熒光要求，更換不同的組合，以保證系統(tǒng)的正常運作。其工作原理是當激光器發(fā)出的激光經(jīng)聚焦透鏡后聚焦到小孔光蘭處，然后透過設(shè)置在一個可旋轉(zhuǎn)圓盤上的某一光學密度的中性濾光片和中繼透鏡，再由組合配置中的激發(fā)濾光片濾出所需波長的激光，由雙色反射鏡將這一波長的激光全反射，并進入X、Y掃描器，在互相垂直方向上快速掃描，再經(jīng)顯微物鏡的會聚，將激光聚焦至承物臺與縱深位移器上的樣品，此時，X、Y掃描器是由計算機操縱，通過驅(qū)動器控制進行快速掃描，計算機還通過另一驅(qū)動器對縱深位移器進行樣品的縱深精密位移，這樣就能使激光在樣品上層層掃描，樣品散射的熒光也就被順序激發(fā)出來，被激發(fā)的熒光沿原光路返回至雙色反射鏡時，雙色反射鏡透射該波帶范圍的熒光，再由配套設(shè)置的抑制濾光片選擇，充分地透過所需波帶范圍的熒光，經(jīng)全反鏡和顯微物鏡會聚，穿過小孔光蘭，被光電倍增管接收，光電倍增管將接收的光信號轉(zhuǎn)換為電信號后輸出給放大器處理再送入計算機，由計算機對不斷輸入的樣品三維數(shù)據(jù)進行處理，最終獲得樣品的三維形貌圖像。
照明光源與照明透鏡主要是為人眼觀察樣品提供照明，它的光照射樣品后由半反半透鏡反射、經(jīng)反射棱鏡后，由雙目鏡直接觀察。
上述系統(tǒng)中，由于組合配置是可替換的，故當換上含有半反半透鏡的組合配置時，則系統(tǒng)可用于非熒光工作情況。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著的優(yōu)點是由于采用了可替換的激發(fā)濾光片、雙色反射鏡和抑制濾光片組合，不但可以保留光路簡化、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小和成本低廉的優(yōu)點，還可以適用于各種熒光和非熒光樣品的三維圖像測試，能廣泛應(yīng)用于病理觀察、解剖、生命科學、遺傳學、血液、神經(jīng)醫(yī)學研究等有關(guān)醫(yī)院、醫(yī)學院以及材料科學、農(nóng)業(yè)科學等研究機構(gòu)。
本實用新型的具體結(jié)構(gòu)由以下附圖和實施例給出。


圖1是根據(jù)本實用新型提出的激光共焦掃描顯微鏡的光路結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是用于設(shè)置中性濾光片(4)的圓盤示意圖。
以下結(jié)合附圖，以波長范圍為488nm和514．nm的激光共焦掃描顯微鏡為例，對本實用新型做進一步詳細描述。
參見
圖1，本實用新型所述的激光共焦掃描顯微鏡，它包括有氬離子激光器(1)和沿光路順序設(shè)置的聚焦透鏡(2)、小孔光蘭(3)、可變中性濾光片(4)、中繼透鏡(5)、激發(fā)濾光片(6)、雙色反射鏡(7)、半反半透鏡(8)、X、Y掃描器(9)、顯微物鏡(10)，它們構(gòu)成了系統(tǒng)的激光激發(fā)光路；在雙色反射鏡(7)的透射光路設(shè)置有抑制濾光片(15)、全反鏡(16)、顯微物鏡(17)、小孔光蘭(18)和光電倍增管(19)，它們組成了系統(tǒng)的探測光路；在半反半透鏡(8)的反射光路上設(shè)有反射棱鏡(24)和雙目鏡(25)，它們與承物臺與縱深位移器(11)、照明透鏡(13)以及照明光源(14)構(gòu)成了系統(tǒng)的觀察光路。上述系統(tǒng)中激光器(1)的功率為50mw。小孔光蘭(3)和小孔光蘭(18)的孔徑分別為5μm及20μm。設(shè)置時小孔光蘭(3)位于聚焦透鏡(2)的后焦點處，小孔光蘭(3)又成像在被探測樣品(12)的被掃描點處，在該點被激光激發(fā)的熒光又會聚到散射熒光探測光路的小孔光蘭(18)處。系統(tǒng)設(shè)置了3塊光學密度不同的中性濾光片(4)分布在一塊可轉(zhuǎn)動的圓盤上，還設(shè)有一個空檔圓孔，見圖2。它可以根據(jù)系統(tǒng)需要通過手動裝置轉(zhuǎn)動圓盤；將所需不同光學密度的中性濾光片(4)或空檔圓孔轉(zhuǎn)至光路處讓激光透過。中繼透鏡(5)的設(shè)置應(yīng)保證觀察系統(tǒng)的觀察面與激光的激發(fā)點在縱深上重合，激發(fā)濾光片(6)的濾波范圍為488nm～514．5nm，雙色反射鏡(7)和抑制濾光片(15)應(yīng)與激發(fā)濾光片(6)配對組合，即保證從激發(fā)濾光片(6)透過的激光經(jīng)雙色反射鏡(7)全反射聚焦到被測樣品(12)，后其散射的熒光能被雙色反射鏡(7)充分的透過，再被抑制濾光片(15)選擇，光電倍增管(19)將接收的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞敵?，?jīng)放大器(20)處理后送入計算機(21)。在非熒光工作時，雙色反射鏡(7)應(yīng)換為半反半透鏡。
計算機(21)通過驅(qū)動器(22)控制X、Y掃描器(9)快速掃描樣品的一層。計算機(21)又通過驅(qū)動器(23)控制承物臺和縱深位移器(11)中的縱深位移器精密位移，使X、Y掃描器對樣品(12)一層接一層的掃描，獲得樣品三維數(shù)據(jù)，從而獲得樣品的三維圖像。
照明光源(14)為白熾燈，它通過照明透鏡(13)后照射被測樣品(12)，其透射光通過45°設(shè)置的半反半透鏡(8)反射，再經(jīng)反射棱鏡(24)進入雙目鏡(25)，供人眼直接觀看。
權(quán)利要求1.一種激光共焦掃描顯微鏡，它由激光激發(fā)光路、樣品散射熒光探測光路、觀察光路以及控制系統(tǒng)組合而成；激光激發(fā)光路包括有激光器[1]和沿光路設(shè)置的聚焦透鏡[2]、X、Y掃描器[9]、顯微物鏡[10]；樣品散射熒光探測光路有全反鏡[16]、顯微物鏡[17]和光電倍增管[19]；觀察光路有承物臺與縱深位移器[11]、照明透鏡[13]、照明光源[14]、反射棱鏡[24]和雙目鏡[25]；X、Y掃描器[9]和承物臺與縱深位移器[11]由控制系統(tǒng)中計算機[21]分別通過兩個驅(qū)動器[22]和[23]控制與驅(qū)動，光電倍增管[19]的輸出通過放大器[20]進入計算機[21]，其特征在于，在激光激發(fā)光路中聚焦透鏡[2]與X、Y掃描器[9]之間的光路上順序設(shè)置有小孔光蘭[3]、可變中性濾光片[4]、中繼透鏡[5]、激發(fā)濾光片[6]和雙色反射鏡[7]；在樣品散射熒光探測光路中，雙色反射鏡[7]與全反鏡[16]之間的光路上設(shè)置有抑制濾光片[15]；在顯微物鏡[17]與光電倍增管[19]之間的光路上，設(shè)置有與小孔光蘭[3]共焦的小孔光蘭[18]；在雙色反射鏡[7]與X、Y掃描器[9]之間的光路上設(shè)置有半反半透鏡[8]，它與其反射光路上的反射棱鏡[24]和雙目鏡[25]構(gòu)成顯微鏡的觀察光路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光共焦掃描顯微鏡，其特征在于上述系統(tǒng)中，激發(fā)濾光片[6]、雙色反射鏡[7]和抑制濾光片[15]為可替換的配對組合。
專利摘要本實用新型公開了一種激光共焦掃描顯微鏡,它是由激光激發(fā)光電路、樣品散射熒光探測光路、觀察光路以及控制系統(tǒng)組合而成。本實用新型采用了一組由激發(fā)濾光片、雙色反射鏡、抑制濾光片組成的可替換配對組合,不但使系統(tǒng)保留了原有的光路簡化、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小和成本低廉等優(yōu)點,還使得系統(tǒng)實現(xiàn)了對各種熒光和非熒光樣品的三維圖像測試,可廣泛應(yīng)用于病理觀察、解剖、生命科學、遺傳學、血液、神經(jīng)醫(yī)學等有關(guān)醫(yī)院、醫(yī)學院以及材料科學、農(nóng)業(yè)科學等研究機構(gòu)。
文檔編號G02B21/00GK2416510SQ0022010
公開日2001年1月24日 申請日期2000年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月25日
發(fā)明者陶純堪, 高萬榮, 卞松玲, 楊曉春, 黃琳, 胡茂海 申請人:南京理工大學