超分辨三维扫描成像系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种超分辨三维扫描成像系统，包括：三维平移台，其用以放置样品；无限远校正光学系统，其按照对样品扫描成像的传输方向依次包括物镜、角度放大器和第一聚焦透镜，角度放大器靠近物镜设置；圆形针孔，其位于第一聚焦透镜的焦点处，经第一聚焦透镜汇聚后的光穿过圆形针孔，被探测器接收，以便获得样品的超分辨图像；其中，物镜和第一聚焦透镜之间的距离以可调节的方式设置，以便于增大物镜和第一聚焦透镜的距离时减少位于物镜非焦点、并经过物镜的光穿过圆形针孔。该成像系统既能够减少位于物镜的非焦点、并经过物镜的光穿过圆形针孔，也能够突破光轴方向的光学衍射极限，增加光轴上的轴向分辨率。增加光轴上的轴向分辨率。增加光轴上的轴向分辨率。

【技术实现步骤摘要】
超分辨三维扫描成像系统


[0001]本技术涉及显微镜成像
更具体地说，本技术涉及一种超分辨三维扫描成像系统。

技术介绍

[0002]现在，三维扫描成像的应用越来越普遍。但是，目前的共聚焦成像系统只能在垂直方向上改变显微物镜的位置，或者改变样品的位置，以实现对样品的三维扫描成像。对于单点扫描共聚焦或现有超分辨的光路来说，物镜和筒镜的距离是固定的(大概200mm)，以及扫描透镜和聚焦透镜的距离也是200mm左右，因此，所有的人都认为系统的Z像分辨率仅由物镜的数值孔径NA和针孔的大小决定。发光点位于物镜焦点时，其发射的光从物镜和扫描透镜出来的都是平行光，即增加扫描透镜和聚焦透镜的距离不会影响穿过针孔的比例，即探测器得到信号强度始终保持一致。物镜和筒镜的距离不能随意增加，两者的距离一般为两者的焦距的和。但是，当发光点在物镜焦点的前后时，其发射的光从物镜和扫描透镜出来的都不再是平行光。扫描透镜和聚焦透镜的距离越大，与物镜焦点的距离小于物镜的轴向分辨率的发光点发射的光穿过针孔的比例越小，即探测器得到信号强度越来越弱。当距离足够大时，可认为任何不在焦点上的发光点发射的光都不能穿过针孔，即探测器得到信号强度约等于0。

技术实现思路

[0003]本技术的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
[0004]本技术还有一个目的是提供一种超分辨三维扫描成像系统，该成像系统既能够减少位于物镜的非焦点、并经过所述物镜的光穿过圆形针孔，也能够突破光轴方向的光学衍射极限，增加光轴上的轴向分辨率。
>[0005]为了实现本技术的这些目的和其它优点，提供了一种超分辨三维扫描成像系统，包括：
[0006]三维平移台，其用以放置样品；
[0007]无限远校正光学系统，其按照对样品扫描成像的传输方向依次包括物镜、角度放大器和第一聚焦透镜，所述角度放大器靠近所述物镜设置；
[0008]圆形针孔，其位于所述第一聚焦透镜的焦点处，经所述第一聚焦透镜汇聚后的光穿过所述圆形针孔，被探测器接收，以便获得样品的超分辨图像；
[0009]其中，所述物镜和所述第一聚焦透镜之间的距离以可调节的方式设置，以便于增大所述物镜和所述第一聚焦透镜的距离时减少位于所述物镜非焦点、并经过所述物镜的光穿过所述圆形针孔。
[0010]优选的是，所述的超分辨三维扫描成像系统，在所述物镜和所述角度放大器之间，按照对所述样品扫描成像传输方向还依次设置有筒镜、扫描透镜和XY扫描振镜，以便于逐点扫描位于所述三维平移台上的样品。
[0011]优选的是，所述的超分辨三维扫描成像系统，所述三维平移台上的样品被激光激发后发射荧光，样品发射的荧光经过所述物镜成像。
[0012]优选的是，所述的超分辨三维扫描成像系统，还包括：
[0013]光纤，其用以传输激光；
[0014]准直镜，其对从光纤输出的激光进行准直，变成准直的激光；
[0015]二色分光镜和第二聚焦透镜，准直的激光依次经过所述二色分光镜和所述第二聚焦透镜后，再依次经过所述圆形针孔、所述第一聚焦透镜、所述角度放大器、所述XY扫描振镜、所述扫描透镜、所述筒镜和所述物镜，然后对位于所述三维平移台上的样品进行激光激发；
[0016]其中，汇聚后的光穿过所述圆形针孔被探测器接收具体包括：穿过所述圆形针孔后，先透过所述第二聚焦透镜，然后所述二色分光镜将样品发射的荧光从准直的激光中分离出来，转向所述探测器。
[0017]优选的是，所述的超分辨三维扫描成像系统，还包括：
[0018]光源，其用以发射激光；
[0019]扩束镜，其用以对光源发射的激光进行扩束；
[0020]第二聚焦透镜和二色分光镜，激光被扩束后依次经过所述第二聚焦透镜和所述二色分光镜后，再依次经过所述圆形针孔、所述第一聚焦透镜、所述角度放大器、所述XY扫描振镜、所述扫描透镜、所述筒镜和所述物镜，然后对位于所述三维平移台上的样品进行激光激发；
[0021]其中，汇聚后的光穿过所述圆形针孔被探测器接收具体包括：穿过所述圆形针孔后，所述二色分光镜将样品发射的荧光从扩束后的激光中分离出来，转向第三聚焦透镜，经过所述第三聚焦透镜后进入所述探测器。
[0022]优选的是，所述的超分辨三维扫描成像系统，还包括一发射滤光镜，其设置在所述探测器的前面，用以将其它波段的杂光过滤掉，使所述探测器只接收样品发射的荧光。
[0023]优选的是，所述的超分辨三维扫描成像系统，所述三维平移台以可旋转的方式设置，且所述物镜的光轴与所述三维平移台平面呈倾斜设置，旋转所述三维平移台至0度、120 度和240度三个位置，在这三个位置均对样品进行XYZ方向扫描，得到三组在物镜光轴方向上的XYZ图像，计算机对获得的三组XYZ图像进行计算，重构得到超分辨三维扫描图像。
[0024]优选的是，所述的超分辨三维扫描成像系统，所述物镜的光轴与所述三维平移台平面之间的夹角为35.264度，以便于从三个互相垂直的方向分别对样品进行XYZ的三维扫描成像。
[0025]优选的是，所述的超分辨三维扫描成像系统，所述探测器为光电探测器，所述光电探测器接收被激发的样品发射的荧光并将其转为电信号。
[0026]优选的是，所述的超分辨三维扫描成像系统，所述圆形针孔的直径为其中， NA为所述第一聚焦透镜的数值孔径，λ为样品发射的荧光的波长；在所述物镜和所述筒镜之间还设置有反射镜。
[0027]本技术至少包括以下有益效果：本技术在所述物镜和所述第一聚焦透镜之间设置了角度放大器，能够放大来自于位于物镜非焦点、并经过物镜的光的偏转角和发
散角，以减少位于物镜非焦点、并经过物镜的光穿过圆形针孔；且所述物镜和所述第一聚焦透镜之间的距离以可调节的方式设置，能够方便地调节物镜和第一聚焦透镜之间的距离，以便于增大所述物镜和所述第一聚焦透镜的距离时进一步减少位于所述物镜非焦点、并经过所述物镜的光穿过所述圆形针孔，同时提高了Z轴的分辨率。当所述物镜和所述第一聚焦透镜的距离增加得足够大时，总能使物镜视场里两个点之间任意小的轴向距离通过第一聚焦透镜的作用得到成像放大，也就是说本技术的设置能够使轴向分辨率达到任意需要的尺寸。
[0028]本技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
[0029]图1为本技术其中一实施例中超分辨三维扫描成像系统结构示意图；
[0030]图2为本技术另一实施例中超分辨三维扫描成像系统结构示意图；
[0031]图3(a)为本技术其中一实施例中旋转三维平移台至0度的位置示意图；
[0032]图3(b)为本技术其中一实施例中旋转三维平移台至120度的位置示意图；
[0033]图3(c)为本技术其中一实施例中旋转三维平移台至240度的位置示意图。
具体实施方式
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.超分辨三维扫描成像系统，其特征在于，包括：三维平移台，其用以放置样品；无限远校正光学系统，其按照对样品扫描成像的传输方向依次包括物镜、角度放大器和第一聚焦透镜，所述角度放大器靠近所述物镜设置；圆形针孔，其位于所述第一聚焦透镜的焦点处，经所述第一聚焦透镜汇聚后的光穿过所述圆形针孔，被探测器接收，以便获得样品的超分辨图像；其中，所述物镜和所述第一聚焦透镜之间的距离以可调节的方式设置，以便于增大所述物镜和所述第一聚焦透镜的距离时减少位于所述物镜非焦点、并经过所述物镜的光穿过所述圆形针孔。2.如权利要求1所述的超分辨三维扫描成像系统，其特征在于，在所述物镜和所述角度放大器之间，按照对所述样品扫描成像传输方向还依次设置有筒镜、扫描透镜和XY扫描振镜，以便于逐点扫描位于所述三维平移台上的样品。3.如权利要求2所述的超分辨三维扫描成像系统，其特征在于，所述三维平移台上的样品被激光激发后发射荧光，样品发射的荧光经过所述物镜成像。4.如权利要求3所述的超分辨三维扫描成像系统，其特征在于，还包括：光纤，其用以传输激光；准直镜，其对从光纤输出的激光进行准直，变成准直的激光；二色分光镜和第二聚焦透镜，准直的激光依次经过所述二色分光镜和所述第二聚焦透镜后，再依次经过所述圆形针孔、所述第一聚焦透镜、所述角度放大器、所述XY扫描振镜、所述扫描透镜、所述筒镜和所述物镜，然后对位于所述三维平移台上的样品进行激光激发；其中，汇聚后的光穿过所述圆形针孔被探测器接收具体包括：穿过所述圆形针孔后，先透过所述第二聚焦透镜，然后所述二色分光镜将样品发射的荧光从准直的激光中分离出来，转向所述探测器。5.如权利要求3所述的超分辨三维扫描成像系统，其特征在于，还包括：光源，其用以发射激光；扩束镜，其用以对光源...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖博，王继光，李永红，
申请(专利权)人：北京世纪桑尼科技有限公司，
类型：新型
国别省市：