一种大视场头戴式显微镜制造技术

本实用新型专利技术申请属于光学成像的技术领域，具体公开了一种大视场头戴式显微镜，包括探头和用于对被检测物体进行成像的成像单元，所述探头包括外壳，所述外壳内沿光路方向依次包括透镜、扫描器和物镜，所述物镜包括若干镜片，根据激发光波长计算的后焦平面位于物镜之外，所述扫描器与外壳转动连接，所述扫描器与成像单元电连接。本实用新型专利技术能够增大显微镜的观看视角，并能够减小体积整个显微镜的体积。

A large field of view headworn microscope

【技术实现步骤摘要】
一种大视场头戴式显微镜
本技术申请属于光学成像的
，具体公开了一种大视场头戴式显微镜。
技术介绍
大视场显微镜是一种视场广阔的新型显微镜，广泛应用于生物解剖、电子工业、矿物研究等领域。在大视场显微镜中，显微镜的放大作用主要取决于显微物镜，显微物镜质量的好坏直接影响显微镜成像质量，它是决定显微镜的分辨率和成像清晰程度的主要部件。传统显微物镜是一种大孔径角和小视场角的光学系统，由于显微物镜被用来提供极高的分辨率(约为200nm，不考虑超分辨技术)，其放大率较高造成视场很小。2001年作者MartinOheim等发表过文章“Two-photonmicroscopyinbraintissue:parametersinfluencingtheimagingdepth”,JournalofNeuroscienceMethods.111:29-37.文中对近似数值孔径的高放大率物镜和低放大率物镜的性能进行对比，指出增大物镜前孔径对于提高荧光的收集效率有很大好处，特别对于深部的多光子荧光激发来说，文中所测试的日本奥林巴斯公司20倍放大率0.95数值孔径物镜相对于63倍放大率0.9数值孔径物镜可提供10倍以上的荧光收集效率。因此，目前日本奥林巴斯公司推出了10倍放大率0.6数值孔径物镜(视场＝1.8mm,焦距＝18mm,视场角5.725度，出曈直径16.24mm)和一系列25倍放大率0.95-1.05数值孔径物镜(视场＝0.72mm，焦距＝7.2mm，视场角5.725度，出瞳直径10.83mm)，日本尼康公司也推出了“CFI75”16倍放大率，0.8数值孔径物镜(视场＝1.5625mm，焦距＝12.5mm，视场角7.15度，出瞳直径15mm)和25倍放大率，1.1数值孔径物镜(视场＝1mm，焦距＝8mm，视场角7.15度，出瞳直径13.233mm)。这些低放大率，高数值孔径的物镜主要依靠提高光束直径从而带来了大视场，其具有大通光量的优点，其视场角与原有小光束直径的物镜保持一致。随着近年来神经科学的发展，传统多光子显微镜的狭小视场无法满足对于海量神经细胞功能性成像的要求，一些研究组陆续实现了超大视场的多光子显微镜。2015年，美国的作者P.S.Tsai等发表文章“Ultra-largefield-of-viewtwo-photonmicroscopy”，OptExpress.2015Jun1；23(11):13833–13847.其依靠优化透镜色差实现了10mm直径超大视场，但其设计基于4倍放大率0.28数值孔径物镜，分辨率过低。2016年英国作者GailMcConell等发表文章“Anovelopticalmicroscopeforimaginglargeembryosandtissuevolumeswithsub-cellularresolutionthroughout”,eLife2016；5：e18659.实现了6mm宽，3mm厚样品的共聚焦和非线性成像，采用直径30mm的入射光束，定制了扫描器和直径63mm的大型物镜Mesolens。同样2016年美国作者K.Svoboda等发表文章“Alargefieldofviewtwo-photonmesoscopewithsubcellularresolutionforinvivoimaging”,eLife2016；5：e14472.其实现了5mm超大视场，采用了直径20mm的入射光束，并结合线扫描提高成像速度，该设计已进行商业化。目前世界上真正具有使用价值，并已经或正在商业化的超大视野显微镜只有英国和美国K.Svoboda的两种设计。这些超大视场，高数值孔径的物镜也是依靠提高入射光束直径从而带来了大视场，具有大通光量的优点，然而上述这些大视场显微镜中会造成物镜非常昂贵而且体积巨大的情况，成本非常高。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种大视场头戴式显微镜，旨在增大显微镜的观看视角，并能够减小整个显微镜的体积。为了达到上述目的，本技术的基础方案为：一种大视场头戴式显微镜，包括探头和用于对被检测物体进行成像的成像单元，所述探头包括外壳，所述外壳内沿光路方向依次包括透镜、扫描器和物镜，所述物镜包括若干镜片，根据激发光波长计算的后焦平面位于物镜之外，所述扫描器与外壳转动连接，所述扫描器与成像单元电连接。本基础方案的工作原理和有益效果在于：本技术采用保持入射光束直径不变，后焦平面外置于物镜外的设计理念，而增大视场角。由于本技术方案中的后焦平面远离物镜(通常为数毫米远)，因此有足够的空间安装扫描器，而无需像传统激光扫描显微镜中那样必须要在扫描器和物镜之间设置扫描透镜和套筒透镜(tubelens)，因此本技术方案能够使得显微镜扫描和成像光路的长度被大大缩短，从而使得本技术方案中的显微镜具有超短焦距和高数值孔径的大视场角，并且由于本技术方案中不需要在扫描器和物镜之间设置扫描透镜和套筒透镜，其体积上得到大大减小，成本也有所降低。另外，本技术方案中，在使用时，扫描器用于将激光反射至预定位置(物镜)，被观测物体激发的非线性光学信号经过物镜后达到扫描器处，扫描器让非线性光学信号透射、穿过，然后扫描器光学信号转换为电信号输出，从而让微型探头完成对被观测物体的观测，基于此种将后焦平面位于物镜之外，而使扫描器位于该后焦平面上的设计，使得微型探头的体积大大缩小。与普通显微镜物镜相比本技术方案中的显微镜具有较大视场角和外置的后焦平面，且与普通扫描透镜和普通显微镜物镜都有很大区别，是独一无二的。进一步，所述扫描器数量为一个，扫描器位于所述的后焦平面上。如此设置，能够使得微型探头的体积缩小，从而使整个显微镜体积较小。进一步，所述扫描器数量为两个，所述后焦平面位于两个扫描器的中间位置。如此设置，能够提高荧光收集效率，提高成像的信噪比以及提高在高散射介质中的成像深度，并且显微镜整体的体积较小；另外，两个扫描器的设置能够大大提高扫描速度。进一步，所述扫描器包括驱动器和镜面，所述驱动器用于改变镜面的角度，所述镜面包括光电检测器、超薄片；所述光电检测器固定在驱动器表面，所述超薄片固定在光电检测器表面，所述超薄片表面镀有光学薄膜，所述驱动器外侧设有转轴。如此设置，本技术方案中的驱动器可以改变镜面的倾角达到改变激光反射角角度的目的，以实现激发激光对被检测物体的扫描。通过在驱动器的表面上设置光电检测器，以及在超薄片表面上镀有光学薄膜，如此设置，使得本技术方案中只需要通过一个器件(即光电检测器、超薄片和光学薄膜形成的整体)实现了现有技术中需要四个器件才能够完成的功能(即将激发光和发射光分开、改变激发光的反射角角度以实现扫描，将激发光滤除和进行光电转换)，本技术方案中的扫描器具备四个功能，达到了减小微型成像探头内器件的数量，让微型成像探头能够进一步减小体积和重量。进一步，所述光学薄膜包括二向色镜薄膜和滤光薄膜。当本技术方案中用于微型扫描显微镜等被检测物体的激发光和发射光具有不同波长时，二向色镜薄膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大视场头戴式显微镜，包括探头和用于对被检测物体进行成像的成像单元，其特征在于，所述探头包括外壳，所述外壳内沿光路方向依次包括透镜、扫描器和物镜，所述物镜包括若干镜片，根据激发光波长计算的后焦平面位于物镜之外，所述扫描器与外壳转动连接，所述扫描器与成像单元电连接。/n

【技术特征摘要】
20190123 CN 20191006333271.一种大视场头戴式显微镜，包括探头和用于对被检测物体进行成像的成像单元，其特征在于，所述探头包括外壳，所述外壳内沿光路方向依次包括透镜、扫描器和物镜，所述物镜包括若干镜片，根据激发光波长计算的后焦平面位于物镜之外，所述扫描器与外壳转动连接，所述扫描器与成像单元电连接。


2.根据权利要求1所述的一种大视场头戴式显微镜，其特征在于，所述扫描器数量为一个，扫描器位于所述的后焦平面上。


3.根据权利要求1所述的一种大视场头戴式显微镜，其特征在于，所述扫描器数量为两个，所述后焦平面位于两个扫描器的中间位置。


4.根据权利要求1-3任一项所述的一种大视场头戴式显微镜，其特征在于，所述扫描器包括驱动器和镜面，所述驱动器用于改变镜面的角度，所述镜面包括光电检测器、超薄片；所述光电检测器固定在驱动器表面，所述超薄片固定在光电检测器表面，所述超薄片表面镀有光学薄膜，所述驱动器外侧设...

【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