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用于结构光照明显微镜的均匀照明装置

专利查询8月前  35

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1.本实用新型涉及光学设备领域,特别涉及一种用于结构光照明显微镜的均匀照明装置。


背景技术:

2.光学荧光显微镜是用于生物医学观测最常用、最重要的成像手段之一,在现代生物医学研究中扮演重要角色。生物成像技术,尤其是亚细胞水平成像的研究需求推动着荧光显微技术的不断发展,而荧光显微镜的分辨率决定了生物成像研究的观测精细度。过去几十年来,荧光显微成像技术被广泛用于检测和跟踪生命体内正在发生的一系列动态生化过程,如囊泡运动、组织重新塑造、肿瘤细胞转移等。随着细胞生物学、神经生物学、微生物生理学以及基因调控等技术的发展,要求荧光显微镜分辨率达到亚微米甚至纳米量级。然而,根据阿贝衍射定律,普通荧光显微镜极限横向分辨率约为200nm,这造成显微镜在小于波长特征尺度生物结构观测上的困难。近年来,受生物学研究在纳米尺度成像需求的推动,伴随着光源、探测器、新型荧光探针及新成像理论的发展,多种可突破“衍射极限”的超分辨荧光成像技术被提出,结构光照明显微镜就是超分辨荧光显微镜的一种,结构光照明显微镜一般都采用激光器作为照明光源,激光器的出射光强分布是高斯分布(中心光强大,边缘光强小),用高斯分布的激光去照明被测样本并采集图像时会有一个缺点:采集到的图像亮度不均匀,中央亮度较强(甚至可能饱和),边缘亮度较弱(会丢失图像边缘的一些信息),这给后期的图像的分析识别带来了较大的影响。
3.所以现在需要一种能够为结构光照明显微镜提供更加均匀的光源的装置。


技术实现要素:

4.本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种用于结构光照明显微镜的均匀照明装置。
5.为解决上述技术问题,本实用新型采用的技术方案是:一种用于结构光照明显微镜的均匀照明装置,包括:激光光源、入射光纤、第一安装座、设置在所述第一安装座上的光纤接头和消色差物镜、孔径光阑、反射镜、半波片、偏振棱镜以及空间光调制器;
6.所述激光光源发出的激光经入射光纤出射,再经所述消色差物镜准直后通过所述孔径光阑,然后被所述反射镜反射,再经过所述半波片后被所述偏振棱镜反射至所述空间光调制器上,所述空间光调制器产生衍射光并透射所述偏振棱镜后输出;
7.其中,所述第一安装座上沿y方向可滑动设置有第一滑座和第二滑座,所述消色差物镜的光轴方向与y方向平行,所述光纤接头安装在所述第一滑座上,所述消色差物镜安装在所述第二滑座上。
8.优选的是,所述激光光源包括第一激光器、第二激光器、第三激光器、第四激光器、第一光源反射镜、第二光源反射镜、第三光源反射镜、第四光源反射镜、第五光源反射镜、第一二向色镜、第二二向色镜、第三二向色镜以及耦合透镜;
9.所述第一激光器发出的激光依次经过所述第一光源反射镜反射、第五光源反射镜反射后,再依次透射所述第一二向色镜、第二二向色镜、第三二向色镜后到达所述耦合透镜;
10.所述第二激光器发出的激光经过所述第二光源反射镜反射、第二二向色镜反射、第三二向色镜透射后到达所述耦合透镜;
11.所述第三激光器发出的激光经过所述第三光源反射镜反射、第一二向色镜反射后,再依次透射所述第二二向色镜、第三二向色镜后到达所述耦合透镜;
12.所述第四激光器发出的激光经过所述第四光源反射镜反射、第四二向色镜反射后到达所述耦合透镜;
13.到达所述耦合透镜的激光再输出至所述入射光纤。
14.优选的是,该装置还包括第二安装座,所述孔径光阑和反射镜均设置在所述第二安装座上。
15.优选的是,所述第一安装座上沿y方向开设有直线滑槽,所述第一安装座上处于所述直线滑槽的两侧开设有若干螺纹孔。
16.优选的是,所述第一滑座包括可滑动设置在所述第一安装座上的第一滑板以及连接在所述第一滑板上的用于设置所述光纤接头的第一安装板;
17.所述第一滑板的底面中部沿y方向设置有可滑动插设在所述直线滑槽内的第一滑条,所述第一滑板上处于所述第一滑条的两侧对称设置有两第一腰孔,所述第一腰孔内配合插设有第一调节螺丝,所述第一调节螺丝的下端配合插入到所述螺纹孔内。
18.优选的是,所述第二滑座包括两个子滑座,所述子滑座包括可滑动设置在所述第一安装座上的第二滑板以及连接在所述第二滑板上的第二安装板,所述消色差物镜的两端分别设置在所述两个子滑座的第二安装板上。
19.优选的是,所述第二滑板的底面中部沿y方向设置有可滑动插设在所述直线滑槽内的第二滑条,所述第二滑板上处于所述第二滑条的两侧对称设置有两第二腰孔,所述第二腰孔内配合插设有第二调节螺丝,所述第二调节螺丝的下端配合插入到所述螺纹孔内。
20.优选的是,所述第一安装座上处于所述直线滑槽的两侧还开设有两引导槽,所述引导槽上沿y方向间隔开设有若干沉头孔,所述沉头孔内设置有滑动引导组件。
21.优选的是,所述滑动引导组件包括固定在所述沉头孔内的滑套、可滑动插设在所述滑套内的顶柱、连接在所述顶柱的底部和沉头孔的底部内壁之间的弹簧以及可转动设置在所述顶柱的上端的滑轮。
22.优选的是,所述顶柱的上端开设有安装槽,所述滑轮的两端通过两转轴可转动设置在所述安装槽内,所述转轴的轴线与y方向垂直。
23.本实用新型的有益效果是:
24.本实用新型的用于结构光照明显微镜的均匀照明装置,通过设置孔径光阑挡住激光光斑的边缘部分能够提高激光的均匀性,使得结构光照明显微镜获得更加均匀的结构光,从而能够克服结构光照明显微镜因结构光不均匀而造成成像图片中央亮、边缘暗,影响后期图像识别的缺点;
25.本实用新型中光纤接头和消色差物镜之间的相对位置可方便调节,能保证光纤接头出射的光正好照射到消色差物镜的焦平面上,以使得通过消色差物镜将光纤接头出射的
发散光准直为平行光输出,保证为装置提供合格的平行光。
附图说明
26.图1为本实用新型的实施例1中的用于结构光照明显微镜的均匀照明装置的结构示意图;
27.图2为本实用新型的实施例1中的用于结构光照明显微镜的均匀照明装置的另一个视角的结构示意图;
28.图3为本实用新型的实施例1中的用于结构光照明显微镜的均匀照明装置的光路结构示意图;
29.图4为本实用新型的实施例2中的用于结构光照明显微镜的均匀照明装置的结构示意图;
30.图5为本实用新型的实施例3中的第一安装座、第一滑座、第二滑座配合安装的结构示意图;
31.图6为本实用新型的实施例3中的第一安装座、第一滑座、第二滑座的分解图;
32.图7为本实用新型的实施例3中的第一安装座的结构示意图;
33.图8为本实用新型的实施例3中的第一安装座、第一滑座、第二滑座配合安装的另一个视角的结构示意图;
34.图9为本实用新型的实施例3中的第一安装座、第一滑座、第二滑座配合安装的侧视图;
35.图10为本实用新型的实施例4中的滑动引导组件的结构示意图。
36.附图标记说明:
37.10—激光光源;110—第一激光器;111—第二激光器;112—第三激光器;113—第四激光器;114—第一光源反射镜;115—第二光源反射镜;116—第三光源反射镜;117—第四光源反射镜;118—第五光源反射镜;119—第一二向色镜;120—第二二向色镜;121—第三二向色镜;122—耦合透镜;
38.11—入射光纤;12—光纤接头;13—消色差物镜;14—孔径光阑;15—反射镜;16—半波片;17—偏振棱镜;18—空间光调制器;
39.2—第一安装座;20—直线滑槽;21—螺纹孔;22—引导槽;23—沉头孔;
40.3—第一滑座;30—第一滑板;31—第一安装板;32—第一滑条;33—第一腰孔;34—第一调节螺丝;
41.4—第二滑座;40—子滑座;41—第二滑板;42—第二安装板;43—第二滑条;44—第二腰孔;45—第二调节螺丝;
42.5—第二安装座;
43.6—滑动引导组件;60—滑套;61—顶柱;62—弹簧;63—滑轮;64—安装槽;65—转轴。
具体实施方式
44.下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
45.应当理解,本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
46.实施例1
47.如图1-3所示,本实施例的一种用于结构光照明显微镜的均匀照明装置,包括:激光光源10、入射光纤11、第一安装座2、设置在第一安装座2上的光纤接头12和消色差物镜13、孔径光阑14、反射镜、半波片16、偏振棱镜17以及空间光调制器18;
48.激光光源10发出的激光经入射光纤11出射,再经消色差物镜13准直后通过孔径光阑14,然后被反射镜15反射,再经过半波片16后被偏振棱镜17反射至空间光调制器18上,空间光调制器18产生衍射光并透射偏振棱镜17后输出。
49.其中,第一安装座2上沿y方向可滑动设置有第一滑座3和第二滑座4,消色差物镜13的光轴方向与y方向平行,光纤接头12安装在第一滑座3上,消色差物镜13安装在第二滑座4上。从而使得光纤接头12和消色差物镜13之间的相对位置可以调节,从而能保证光纤接头12出射的光照射到消色差物镜13的焦平面上,以通过消色差物镜13将光纤接头12出射的发散光准直为平行光输出。
50.激光经过消色差物镜13准直成较大的平行光斑,光斑的强度分布满足高斯分布,中央位置光强大,边缘位置光强小,通过调节孔径光阑14的大小,使光斑中央部分透过光阑,边缘部分被遮挡住,透过孔径光阑14的光在经过半波片16后入射到偏振棱镜17,半波片16可沿着光轴旋转从而调节激光偏振态的方向,确保进入偏振棱镜17的光在棱镜斜面都被反射到空间光调制器18上,空间光调制器18生成莫尔条纹图案,相当于一个反射式光栅的作用,将光衍射出去,衍射光透射偏振棱镜17后再经过若干光学元件进入显微镜形成结构光(需要理解的是,本实用新型的重点在于对光源发出的激光进行匀光,以提高后续生成的结构光的均匀性,所以对于后续其他生成结构光的光学元件不做具体限定,也不再详细列出,只有能利用透射本实用新型的偏振棱镜17后的较均匀的激光生成结构光的常规光学元件均可)。本实用新型中激光经过孔径光阑14后的激光强度均匀性较好,从而确保了后续生成的结构光有良好的均匀性。
51.实施例2
52.参照图4,作为实施例1的基础上的进一步改进,本实施例中,激光光源10包括第一激光器110、第二激光器111、第三激光器112、第四激光器113、第一光源反射镜114、第二光源反射镜115、第三光源反射镜116、第四光源反射镜117、第五光源反射镜118、第一二向色镜119、第二二向色镜120、第三二向色镜121以及耦合透镜122;
53.第一激光器110发出的激光依次经过第一光源反射镜114反射、第五光源反射镜118反射后,再依次透射第一二向色镜119、第二二向色镜120、第三二向色镜121后到达耦合透镜122;
54.第二激光器111发出的激光经过第二光源反射镜115反射、第二二向色镜120反射、第三二向色镜121透射后到达耦合透镜122;
55.第三激光器112发出的激光经过第三光源反射镜116反射、第一二向色镜119反射后,再依次透射第二二向色镜120、第三二向色镜121后到达耦合透镜122;
56.第四激光器113发出的激光经过第四光源反射镜117反射、第四二向色镜反射后到达耦合透镜122;
57.到达耦合透镜122的激光再输出至入射光纤11。
58.本实施例中,采用4种不同波长的激光器,能提供4种不同波长的光源,例如可包括常用的405nm、488nm、561nm、638nm波长的激光(这4种是生物实验最常用的荧光染料激发波长),从而可满足多种波长的激发光的应用需求。当然,激光器的数量不局限于4个,也可为其他数量,可根据使用情况进行增减。
59.实施例3
60.参照图5-9,作为实施例1或实施例2的基础上的进一步改进,本实施例中,该均匀照明装置还包括第二安装座5,孔径光阑14和反射镜均设置在第二安装座5上。
61.第一安装座2上沿y方向开设有直线滑槽20,第一安装座2上处于直线滑槽20的两侧开设有若干螺纹孔21。
62.第一滑座3包括可滑动设置在第一安装座2上的第一滑板30以及连接在第一滑板30上的用于设置光纤接头12的第一安装板31;
63.第一滑板30的底面中部沿y方向设置有可滑动插设在直线滑槽20内的第一滑条32,第一滑板30上处于第一滑条32的两侧对称设置有两第一腰孔33,第一腰孔33内配合插设有第一调节螺丝34,第一调节螺丝34的下端配合插入到螺纹孔21内。
64.第二滑座4包括两个子滑座40,子滑座40包括可滑动设置在第一安装座2上的第二滑板41以及连接在第二滑板41上的第二安装板42,消色差物镜13的两端分别设置在两个子滑座40的第二安装板42上。
65.第二滑板41的底面中部沿y方向设置有可滑动插设在直线滑槽20内的第二滑条43,第二滑板41上处于第二滑条43的两侧对称设置有两第二腰孔44,第二腰孔44内配合插设有第二调节螺丝45,第二调节螺丝45的下端配合插入到螺纹孔21内。
66.通过设置腰孔使用螺丝安装,使得第一滑座3和第二滑座4的相对位置可在一定范围内调节,从而调整光纤接头12和消色差物镜13之间的相对位置;第一滑座3和第二滑座4通过滑槽、滑条的配合进行导向,能方便进行位置调整。而第二滑座4包括两个独立的子滑座40,又能便于消色差物镜13在第二滑座4上的安装。
67.具体的,在一种实施例中,消色差物镜13和光纤接头12的安装调节过程为:先将两个子滑座40装到第一安装座2上,第二调节螺丝45不拧紧,使得两个子滑座40可相对滑动,然后将消色差物镜13的两端装入到两个子滑座40的第二安装板42上,调整好两个子滑座40装之间的距离,使消色差物镜13安装到位;然后可拧紧第二调节螺丝45;
68.接着将第一滑座3装到第一安装座2上,调整好第一滑座3与第二滑座4之间的距离,使得光纤接头12出射的光正好照射到消色差物镜13的焦平面上,然后拧紧第一调节螺丝34即可。
69.使用过程中,当需要调节第一滑座3与第二滑座4之间的距离时,可拧松第一滑座3上的两个第一调节螺丝34,然后沿y方向滑动第一滑座3,使得腰孔相对第一调节螺丝34移动,调整好相对距离后拧紧第一调节螺丝34即可(即第二滑座4保持不动)。当然,也可第一滑座3保持不动,第二滑座4的两个子滑座40一起移动;或者是第一滑座3与第二滑座4均移动(适宜需要较大范围调整相对位置时使用)。
70.实施例4
71.参照图10,作为实施例3的基础上的进一步改进,本实施例中,第一安装座2上处于
直线滑槽20的两侧还开设有两引导槽22,引导槽22上沿y方向间隔开设有若干沉头孔23,沉头孔23内设置有滑动引导组件6。
72.滑动引导组件6包括固定在沉头孔23内的滑套60、可滑动插设在滑套60内的顶柱61、连接在顶柱61的底部和沉头孔23的底部内壁之间的弹簧62以及可转动设置在顶柱61的上端的滑轮63。
73.顶柱61的上端开设有安装槽64,滑轮63的两端通过两转轴65可转动设置在安装槽64内,转轴65的轴线与y方向垂直。
74.滑动引导组件6的作用主要在于:在第一滑座3和/或第二滑座4进行滑动来调节相对位置时,通过滑轮63与第一滑座3和/或第二滑座4滚动接触来减小摩擦力,使得滑动更加顺畅。
75.具体的,滑动引导组件6的工作原理为:
76.以滑动第一滑座3来调整第一滑座3与第二滑座4之间的距离为例进行说明,先拧松2个第一调节螺丝34,在弹簧62的弹力作用下,顶柱61向上移动伸出引导槽22,滑轮63与第一滑板30底部接触,顶起第一滑座3;然后施力使第一滑座3沿y方向移动,第一滑条32在直线滑槽20内配合滑动以实现直线定位,第一滑板30底面与滑轮63滚动接触,使得滑动过程更加顺畅,便于位置调整;调整好后拧紧第一调节螺丝34,弹簧62被压缩,滑轮63和顶柱61下移重新缩入到引导槽22中,第一滑板30底部与第一安装座2表面紧密接触。
77.在本实用新型的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。
78.尽管本实用新型的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本实用新型并不限于特定的细节。

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