一种小型结构光显微照明系统技术方案

本发明专利技术公开一种小型结构光显微照明系统，其包括：激光光源、准直物镜、扩束透镜组、1/4λ片、PBS、LCOS、管透镜、物镜以及载物台，在物镜的入瞳面上设有MASK，MASK用于过滤不同级次的光。本发明专利技术一种小型结构光显微照明解决了现有系统结构复杂，体积大，成像的效果不是特别好的问题，本发明专利技术系统结构简单，以激光为光源，在合理的保留系统的分辨率的基础上，通过分离传统的照明系统与成像系统，极大的提升了该系统的拓展，与传统显微镜的结合便可以实现超分辨率显微系统的功能，实现了在保持一定的系统分辨率的基础上极大减小体积。

Small structure light microscopic illumination system

The invention discloses a small micro structure optical lighting system, comprising: a laser light source, collimating lens, extender lens group, 1/4, PBS, LCOS, a tube lens, lens and carrier in the entrance pupil lens is arranged on the surface of MASK and MASK for the different grades of the optical filter. The invention relates to a small light microscopic structure solves the existing lighting system has complex structure, large volume, imaging effect is not particularly good, the system of the invention has the advantages of simple structure, using laser as light source, while keeping the resolution of the system is reasonable, and the imaging system through separation of traditional lighting systems, greatly enhance the development of the system, and combined with the traditional microscope can realize super resolution microscopy system, realized based on keeping the system resolution on certain greatly reduced size.

【技术实现步骤摘要】
一种小型结构光显微照明系统
本专利技术涉及一种小型结构光显微照明系统。
技术介绍
传统的光学显微系统受光学衍射极限的限制，横向的分辨率一般最好只能达到200nm，纵向的分辨率达到500nm，不能够满足现在生物学领域对于亚细胞结构等微小结构研究的需求。结构光显微成像技术最初由Neil等人提出，分辨率可以相较于传统的显微镜提高1倍(即100nm)。主要利用特殊调制的结构光照明样品，运用后期的图像处理的算法，从不同相位的调制图像中提取样品焦平面的信息，从而得到结构光显微成像的图像数据，实现超分辨率。传统的结构光显微系统根据光源的不同主要分为两大类型：以LED为光源的结构光显微系统；以激光为光源的结构光显微系统。目前以LED为光源的结构光显微系统，系统结构相对简单(见图1)，但是目前要想取得比较好的图像，需要性能较好的光源，以及较长光路的体积，从而限制了其应用范围。而以激光为光源的结构光显微系统，虽可以取得较好的图像，但通常具有复杂的系统结构(见图2)，成本昂贵。目前传统使用的结构光显微照明系统采用光栅结构，主要光路由照明光源、透镜系统、光栅、探测器以及同步控制系统组成。光源发出的光经过透镜的准直，经光栅产生所需的结构光，照明到待测物体表面，通过透镜系统将物体表面发出的荧光信号成像于探测器的靶面上。利用压电装置使光栅移动与探测器记录的速度进行同步，采集完一幅图像信息后，光栅移动一段距离，记录新图像的位置。之后利用算法将图信息进行处理，重构出超高分辨率的二维图像。这类系统的特点是，光路结构简单、成像速度较快。但是，由于需要移动光栅，这就会导致在移动过程中产生位移的精度、同步过程中时间精度、信噪比低等问题。专利技术专利200810071654.8提出了一种基于二维调制技术的层切图像获取方法，该方法利用二维空间光调制器如DMD(数字微反射镜)、穿透式液晶LCD、反射式硅基液晶LCOS等代替传统结构光显微镜中的光栅，对照明进行二维调制，并产生一组不同相位的调制图案，结合二维相移算法重建切层图像。专利技术专利201110448980.8提出一种基于数字微反射镜器件的高速结构照明光学显微系统及方法，包括光源、设置在照明光源路上的结构光产生器、设置在分光棱镜的投射光路上的透镜、设置在透镜光路上的分光镜、设置在分光镜下方光路上的反光镜和筒镜、设置在筒镜后方的CCD相机。上述两种专利技术专利代表了目前大多数结构光照明显微的技术，其主要的缺点是结构复杂，体积大、成像速度任然受到限制等缺点。专利技术专利201410036645.0公开了一种结构光照明光学系统，包括：计算机、同步控制系统、超高亮度LED激发光源、中继透镜组、复眼透镜阵列、中间像面、二向色镜、投影物镜、载物台、筒镜、窄带滤光片和光电探测器。上述专利存在着复眼透镜的效果不好，会使产生的条纹效果下降，降低图像的分辨率，并且上述的结构目前没有相关实验图像的进行验证。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，提出了一种小型结构光显微照明系统，其结构简单，以激光为光源，在合理的保留系统的分辨率的基础上，通过结构优化，极大的缩小了系统的体积，降低了成本，大大的提高了系统的应用范围。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种小型结构光显微照明系统，包括：激光光源、准直物镜、扩束透镜组、1/4λ片、PBS、LCOS、管透镜、物镜以及载物台，在物镜的入瞳面上设有MASK，MASK用于过滤不同级次的光；激光光源通过准直物镜准直后经过1/4λ片进行光线偏振方向的调整，再经过扩束透镜组扩束后，通过PBS将光打入LCOS上，之后通过管透镜实现与物镜入瞳面孔径的匹配，激光打入到物镜入瞳面的MASK上，通过物镜将结构光照明在载物台的样品面上，实现结构光的照明。本专利技术一种小型结构光显微照明系统将MASK装入物镜的入瞳面上，可以极大的缩短光路，减小体积，通过分离传统的照明系统与成像系统，极大的提升了该系统的拓展，与传统显微镜的结合便可以实现超分辨率显微系统的功能，实现了在保持一定的系统分辨率的基础上极大减小体积。在上述技术方案的基础上，还可做如下改进：作为优选的方案，激光光源由激光器发出。采用上述优选的方案，能发射稳定的激光光束。作为优选的方案，激光器通过光纤将光进行导入至准直物镜。采用上述优选的方案，利用激光器耦合进光纤的方式将光导入。作为优选的方案，在MASK上设有多个用于过滤不同级次光的孔位。采用上述优选的方案，MASK可以让所需的结构光通过。作为优选的方案，多个孔位以物镜入瞳面的中心为圆心沿其圆周方向均匀分布。采用上述优选的方案，光照均匀。作为优选的方案，孔位的个数为偶数个。采用上述优选的方案，偶数个孔位可以有效对称分布。作为优选的方案，扩束透镜组包括平行设置的第一透镜和第二透镜。采用上述优选的方案，结构简单，对光束进行扩束，有效实现结构的小型化。作为优选的方案，准直物镜、扩束透镜组、1/4λ片、PBS、LCOS、管透镜以及物镜设置于壳体内。采用上述优选的方案，装置整体简单，且壳体可以对内部的部件进行固定和保护。附图说明图1为现有技术中LED结构光显微照明系统的结构示意图。图2为现有技术中激光结构光显微照明系统的结构示意图。图3为本专利技术实施例提供的小型结构光显微照明系统的光学结构示意图。图4为本专利技术实施例提供的装有MASK的物镜的结构示意图之一。图5为本专利技术实施例提供的装有MASK的物镜的结构示意图之二。图6为本专利技术实施例提供的小型结构光显微照明系统的外部物理结构示意图。图7为本专利技术实施例提供的小型结构光显微照明系统的内部物理结构示意图。其中：11-LED芯片；12-低倍物镜或者消色差好的透镜；13-透镜；14-透镜；15-DMD(数字微反射镜)；16-管透镜；17-物镜；18-载物台；21-光纤；22-低倍物镜或者消色差好的透镜；23-透镜；24-透镜；25-LCOS(液晶空间光调制器)；26-PBS；27-透镜；28-MASK；29-透镜；210-反射镜；211-LCC(液晶延时器)；212-管透镜；213-物镜；14-载物台；31-激光器；32-光纤；33-准直物镜；34-1/4λ片；356-扩束透镜组；35-第一透镜；36-第二透镜；37-LCOS；38-PBS；39-管透镜；310MASK；311-物镜；312-载物台；313-壳体。具体实施方式下面结合附图详细说明本专利技术的优选实施方式。为了达到本专利技术的目的，一种小型结构光显微照明系统的其中一些实施例中，如图3和4所示，一种小型结构光显微照明系统包括：由激光器31通过单模光纤32导入的激光光源、准直物镜33、1/4λ片34、扩束透镜组356、LCOS37、PBS38、管透镜39、物镜311以及载物台312，在物镜311的入瞳面上设有MASK310，MASK310用于过滤不同级次的光。扩束透镜组包括平行设置的第一透镜35和第二透镜36。在本实施例中，准直物镜33选用低倍数物镜消色差效果很好的低倍数物镜。MASK310可以直接胶接在物镜311的入瞳面上，也可以在物镜311的制作过程中加入MASK310。在MASK310上设有六个用于过滤不同级次光的孔位，以便MASK310可以让所需的结构光通过，六个孔位以物镜311入瞳面的中心为圆心沿其圆周方向均匀分布本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小型结构光显微照明系统，包括：激光光源、准直物镜、扩束透镜组、1/4λ片、PBS、LCOS、管透镜、物镜以及载物台，其特征在于，在所述物镜的入瞳面上设有MASK，所述MASK用于过滤不同级次的光；所述激光光源通过所述准直物镜准直后经过所述1/4λ片进行光线偏振方向的调整，再经过所述扩束透镜组扩束后，通过所述PBS将光打入所述LCOS上，之后通过所述管透镜实现与所述物镜入瞳面孔径的匹配，激光打入到所述物镜入瞳面的所述MASK上，通过所述物镜将结构光照明在所述载物台的样品面上，实现结构光的照明。

【技术特征摘要】
1.一种小型结构光显微照明系统，包括：激光光源、准直物镜、扩束透镜组、1/4λ片、PBS、LCOS、管透镜、物镜以及载物台，其特征在于，在所述物镜的入瞳面上设有MASK，所述MASK用于过滤不同级次的光；所述激光光源通过所述准直物镜准直后经过所述1/4λ片进行光线偏振方向的调整，再经过所述扩束透镜组扩束后，通过所述PBS将光打入所述LCOS上，之后通过所述管透镜实现与所述物镜入瞳面孔径的匹配，激光打入到所述物镜入瞳面的所述MASK上，通过所述物镜将结构光照明在所述载物台的样品面上，实现结构光的照明。2.根据权利要求1所述的小型结构光显微照明系统，其特征在于，所述激光光源由激光器发出。3.根据权利要求2述的小型结构光显微照明系统，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：金鑫，陈晓虎，梁永，孙正龙，李思黾，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32