一种三维头戴式显微镜制造技术

本实用新型专利技术涉及光学显微成像技术领域，尤其涉及一种三维头戴式显微镜，包括透镜组件、物镜、扫描器组件，物镜上设有光电检测器，光电检测器包括保护元件、滤光片、光电敏感单元、驱动电路。本方案实现了对荧光收集的相关元件进行简化，使荧光收集的相关元件的体积更小的同时，并能够进行相关的实验操作和检测。

A three-dimensional head mounted microscope

【技术实现步骤摘要】
一种三维头戴式显微镜
本技术涉及光学显微成像
，尤其涉及一种三维头戴式显微镜。
技术介绍
在非线性光学成像显微镜，特别是多光子荧光显微镜中，近红外激光脉冲被显微物镜聚焦后在样品中激发出各向同性发射的荧光信号。生物组织通常表现出较强吸收和高散射的光学特性。对于落射式(Epifluorescence)荧光检测，同一个显微物镜既被用于聚焦激发光，又被用于收集荧光信号。被显微物镜收集的荧光信号的强度取决于显微物镜的数值孔径和物镜前孔径(ObjectiveFrontAperture，OFA)(E.Beaurepaire,et.al,AppliedOptics,vol.41,no.25,pp.5376-5382,2002)。显微物镜的数值孔径和物镜前孔径越大，显微物镜能收集的荧光信号的强度越大。对于双光子荧光显微镜中常见的数值孔径为0.8，放大倍率为40X的显微物镜来说，高散射样品中只有不到10％的立体角内的荧光被显微物镜收集到。近年来出现了很多技术收集显微物镜无法收集到的荧光光子，2006年折返射显微物镜被提出(D.et.al,OpticsLetters,vol.31,no.16,pp.2447-2449,2006)。2007年采用抛物面镜和2011年采用圆柱面镜的发射检测技术被提出，仿真获得了10倍荧光收集效率增强，实验获得了8.9倍荧光收集效率增强(C.A.Combs,et.al,JournalfMicroscopy,vol.228,no.3,pp.330-337,2007和V.Crosignani,et.al,JournalofBiophotonics,vol.4,no.9,pp.592-599,2011)。之后，上述技术分别经过改进后被用于落射式荧光检测(C.A.Combs,et.al，JournalofMicroscopy,vol.241,no.2,pp.153-161,2011和V.Crosignani,et.al,JournalofBiomedicalOptics,vol.17,no.11,pp.116023,2012)。最近报道了一种可用于直立双光子显微镜的紧凑的全发射检测器件(C.A.Combs,et.al，JournalofMicroscopy,vol.253,no.2,pp.83-92,2014)。此外通过在显微物镜周围安排5-8根高数值孔径的光纤来收集显微物镜收集不到的荧光，可以在高数值孔径显微物镜获得2倍荧光收集效率增强，在低数值孔径显微物镜获得20倍荧光收集效率增强(C.J.Engelbrecht,et.al,OpticsExpress,vol.17,no.8,pp.6421-6435,2009和J.D.McMullen,et.al,JournalofMicroscopy,vol.241,no.2,pp.119–124,2011)。2016年一种兼容商用双光子荧光显微镜的采用四分之一椭球反射镜的全发射检测技术被提出，在高数值孔径显微物镜获得了2.75倍荧光收集效率增强(Y.Xu,et.al,IEEEPhotonicsJournal,Vol.8,Issue5,6901109,2016)。以上用于增强荧光收集效率的技术均采用额外光学元件收集显微物镜无法收集到的荧光光子。由于荧光光子的散射角度离散性很大，进入额外收集光路后荧光光子多次反射路径复杂，损耗大，导致额外光学元件的实际收集效率受限。此外额外光学元件的形状复杂，加工难度很高，成本也较高。上述用于增强荧光收集效率的技术很多体积过大，都会遮挡成像区域，对同时进行的电生理实验操作造成阻碍。另外，在小鼠实验中，常会使用显微镜对实验小鼠的活动、小鼠的生物组织的某些指标进行检测，但是根据上述所述可知，由于现目前的荧光收集的相关设备、元件的体积均比较大，故无法佩戴在小鼠的头部，无法对小鼠的活动和生物组织等某些指标进行实时检测，操作很是不便。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种三维头戴式显微镜,以对荧光收集的相关元件进行简化，使荧光收集的相关元件的体积更小的同时，并能够进行相关的实验操作和检测。为达到上述目的，本技术的技术方案是：一种三维头戴式显微镜，包括透镜组件、物镜、扫描器组件，物镜上设有光电检测器，光电检测器包括保护元件、滤光片、光电敏感单元、驱动电路。本方案的工作原理和效果为：本方案中的扫描器组件用于将激光和非线性光学信号分开以及输出所述非线性光学信号，还用于改变激光的入射角角度让激光对活体样本内部组织的平面进行二维线扫描，同时还可进行远端Z轴扫描，实现三维成像，凡是能够实现三维扫描功能的扫描器，均可称之为扫描器组件，扫描器组件可根据不同的需求具体设置不同数量和类型的扫描器。物镜用于将来自扫描器组件的激光会聚到活体样本内部，以激发活体样本产生非线性光学信号以及用于输出非线性光学信号。透镜组件具有对光纤输出的激光进行准直、对不同频率的激光的色差减少、对激光进行聚焦等功能，根据每个显微镜的功能的不同和不同显微镜的具体差异，透镜组件可包括不同数量和类型的透镜。光电检测器用于收集物镜无法收集到的荧光光子。保护元件用于隔离外部实验样品，用于液浸的液体和光电检测器的滤光片，还用于电气隔离，防止光电检测器的光电敏感单元的高电压对样品和操作人员造成危险。光电检测器的滤光片用于滤出背向反射和背向散射的激发光。光电检测器的光电敏感单元用于将穿过滤光片的荧光光子转化为电信号，光电检测器的驱动电路用于对光电检测器的光电敏感单元提供高电压和驱动信号，并与外部放大电路和计算机相连。本方案与现有技术相比，以常用的数值孔径为0.8，放大倍率为40X的液浸物镜为例说明，该液浸物镜的荧光发射半角为arcsin(0.8/1.33)＝30度，可以计算出，本技术在同款显微物镜的前孔径周围布置宽度为1mm的环形光电检测器可以收集到荧光发射半角为30度至60度之间的荧光光子，相当于具有激发数值孔径为0.8，而收集数值孔径为1.0，因此大大提高了荧光收集效率，提高了成像的信噪比，提高了在高散射介质中的成像深度。并且，本方案中将光电检测器安装在物镜的周围即可实现了荧光的收集，相比现有的荧光收集设备、元件，体积大大减小，便于放置在动物的头部，对动物的活动和生物组织等某些指标进行实时检测，操作简单方便，且相比体积较大的荧光收集的设备和元件，成本大大降低。进一步，透镜组件包括准直透镜、柱状透镜、聚焦透镜、收集透镜的一种或者以上多种透镜的组合；准直透镜，用于准直来自激光输入光纤输出的激光以及减少不同频率激光之间的色差并输出激光信号；柱状透镜，用于形成线状焦点；聚焦透镜，用于激光聚焦；收集透镜，用于收集非线性光学信号并输入激光输出光纤。在实际生产、制作过程中，可根据使用的需求，根据每个显微镜的功能的不同和不同显微镜的具体差异，透镜组件可包括上述不同数量和类型的透镜。进一步，还包括波片，波片用于改变激光的偏振方向。进一步，光电敏感单元为雪崩二极管、光电耦合器件、金属半导体氧化物器件、焦平面阵器件、光电倍增管器件、单光子计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维头戴式显微镜，包括透镜组件、物镜、扫描器组件，其特征在于：所述物镜上设有光电检测器，所述光电检测器包括保护元件、滤光片、光电敏感单元、驱动电路。/n

【技术特征摘要】
20190320 CN 20191021073071.一种三维头戴式显微镜，包括透镜组件、物镜、扫描器组件，其特征在于：所述物镜上设有光电检测器，所述光电检测器包括保护元件、滤光片、光电敏感单元、驱动电路。


2.根据权利要求1所述的一种三维头戴式显微镜，其特征在于：所述透镜组件包括准直透镜、柱状透镜、聚焦透镜、收集透镜的一种或者以上多种透镜的组合；所述准直透镜，用于准直来自激光输入光纤输出的激光以及减少不同频率激光之间的色差并输出激光信号；所述柱状透镜，用于形成线状焦点；所述聚焦透镜，用于激光聚焦；所述收集透镜，用于收集非线性光学信号并输入激光输出光纤。


3.根据权利要求1所述的一种三维头戴式显微镜，其特征在于：还包括波片，所述波片用于改变激光的偏振方向。


4.根据权利要求1-3任一所述的一种三维头戴式显微镜，其特征在于：所述光电敏感单元为雪崩二极管、光电耦合器件、金属半导体氧化物器件、焦平面阵器件、光电倍增管器件、单光子计数器件中的一种或包含以上多种器件的混合器件。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：苏州溢博伦光电仪器有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32