一种高功率大视场多波段照明荧光成像系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高功率大视场多波段照明荧光成像系统，包括光源模块，用于产生照明光；混光匀光模块，用于将照明光变为均匀的平行光；探测成像模块，用于基于平行光对生物样品进行照明并提取信号光。系统采用宽场照明的方式进行荧光激发，用高通量介观显微物镜进行同轴探测成像，获得信息通量极大的大视场高分辨率荧光信号，探测端采用大靶面工业相机直接成像。本发明专利技术照明光路搭建简单，成本低廉，光能利用率高，能够实现可见光至近红外光的混合照明或单独照明，照明均匀性好。该系统成像速度快，远超点扫描成像速度。远超点扫描成像速度。远超点扫描成像速度。

A high power and large field of view multi band illumination fluorescence imaging system

【技术实现步骤摘要】
一种高功率大视场多波段照明荧光成像系统


[0001]本专利技术属于光学显微成像
，特别是大视场多波段照明荧光显微镜领域，尤其涉及一种高功率大视场多波段照明荧光成像系统。

技术介绍

[0002]现代用于生物样本成像的需求逐渐向高通量方向发展，力图能在一张图中展示更多的生物细节，过去对于大视场照明成像，一般用两种方法：要么是采用点探测的方式，通过振镜扫描逐个点亮荧光团然后探测，但这样成像速度慢，并且会带来像差；要么是直接用卤素灯或者汞灯这类大功率照明器件来照明，而这种方法能耗高，光能利用率低。
[0003]最近一些相关研究采用特殊设计的物镜，可以在保持高分辨率的同时具有较大成像视场。在文章(McConnell G,J,Amor R,et al.A novel optical microscope for imaging large embryos and tissue volumes with sub
‑
cellular resolution throughout[J].Elife,2016,5:e18659.)中，研究人员设计了一款特殊的物镜进行大视场高分辨率成像，该物镜采用共聚焦照明和落射式照明两种照明方式。共聚焦照明探测端为点探测器，最终成像图像为20000*20000像素，视场直径可达6mm，分辨率为0.6μm。然而采用点探测的方式，最终成像速度较慢，一帧图像需要200s；而落射式探测时使用短弧汞灯，光能损耗大。两种方式都存在一定短板。
[0004]文章(Thakur M M,Melnik D G,Barnett H,et al.Wide
‑
field four
‑
channel fluorescence imager for biological applications[J].Journal of Biomedical Optics,2010,15(2):026016.)提出将四种波长激光的并成一束用于照明6mm
×
9mm的区域。其所用激光器波长分别为408nm、532nm、658nm和784nm，光功率分别为60mW、150mW、90mW和120mW。由于研究人员使用的是单模光纤，最大光照强度不超过1W，不适合用于高功率照明。并且他的照明方案为样品上方倾斜入射，而介观物镜的光学表面距离样品面通常只有3mm左右，倾斜入射方式不适用于介观物镜。
[0005]因此，现有的大视场荧光显微镜主要缺陷是：或使用大功率汞灯或卤素灯进行照明成像，光能利用率低，需要特定的滤光片镜组才能得到需要波长；或采用点扫描的方式对大视场进行逐点扫描，这样需要光功率低，但是一幅图成像需要数秒的时间；或使用激光照明，但其光功率低，无法有效激活荧光。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种高功率、大视场、多波段、均匀性好的激光照明成像系统。
[0007]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种高功率大视场多波段照明荧光成像系统，所述系统包括光源模块、混光匀光模块和探测成像模块；
[0008]所述光源模块，用于产生照明光；
[0009]所述混光匀光模块，用于将照明光变为均匀的平行光；
[0010]所述探测成像模块，用于基于平行光对生物样品进行照明并提取信号光。
[0011]进一步地，所述光源模块包括激光器和光纤耦合器，所述激光器为非光纤类激光器或光纤激光器，激光器发出的光耦合进入光纤耦合器。
[0012]进一步地，所述混光匀光模块包括沿光轴依次设置的多模光纤合束器、匀光机、准直透镜、第二透镜、第三光阑和第三透镜，所述多模光纤合束器与光纤耦合器连接，其将多束激光混合成一束光，之后经过匀光机后输出均匀的混合光，所述准直透镜将发散光束准直为平行光出射，所述第二透镜、第三光阑和第三透镜构成4f光学系统，用于将平行光束调整到所需大小的光斑，滤除杂散光。
[0013]进一步地，所述探测成像模块对生物样品进行照明的方式包括但不限于使照明光直接穿过样品射入物镜中的透射式照明，或者利用物镜本身的聚光性质从物镜后方入射投射到样品上的落射式照明。
[0014]本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：
[0015]1)照明光路搭建简单，成本低廉，光能利用率高，能够实现可见光至近红外光的混合照明或单独照明，照明均匀性好。
[0016]2)该系统成像速度快，远超点扫描成像速度。
[0017]下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。
附图说明
[0018]图1为本专利技术高功率大视场多波段照明荧光成像系统的方案一示意图。
[0019]图2为本专利技术高功率大视场多波段照明荧光成像系统的方案二示意图。
[0020]图3为匀光机结构示意图。
[0021]图4为二向色镜及色差补偿镜示意图。
具体实施方式
[0022]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0023]需要说明，若本专利技术实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0024]另外，若本专利技术实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。
[0025]本专利技术提出了一种高功率大视场多波段照明荧光成像系统，该系统采用宽场照明的方式进行荧光激发，用高通量介观显微物镜进行同轴探测成像，获得信息通量极大的大视场高分辨率荧光信号，探测端采用大靶面工业相机直接成像。
[0026]在一个实施例中，提供了一种高功率大视场多波段照明荧光成像系统，所述系统包括光源模块1、混光匀光模块2和探测成像模块3；
[0027]所述光源模块1，用于产生照明光；
[0028]所述混光匀光模块2，用于将照明光变为均匀的平行光；
[0029]所述探测成像模块3，用于基于平行光对生物样品进行照明并提取信号光。
[0030]进一步地，在其中一个实施例中，结合图1和图2，所述光源模块1包括激光器和光纤耦合器15，所述激光器为固体激光器或其他非光纤类激光器11或光纤激光器12，激光器发出的光耦合进入光纤耦合器15。激光器可选波段为300nm至1200nm，单个功率限制在20W以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高功率大视场多波段照明荧光成像系统，其特征在于，所述系统包括光源模块(1)、混光匀光模块(2)和探测成像模块(3)；所述光源模块(1)，用于产生照明光；所述混光匀光模块(2)，用于将照明光变为均匀的平行光；所述探测成像模块(3)，用于基于平行光对生物样品进行照明并提取信号光。2.根据权利要求1所述的高功率大视场多波段照明荧光成像系统，其特征在于，所述光源模块(1)包括激光器和光纤耦合器(15)，所述激光器为非光纤类激光器(11)或光纤激光器(12)，激光器发出的光耦合进入光纤耦合器(15)。3.根据权利要求2所述的高功率大视场多波段照明荧光成像系统，其特征在于，所述激光器为非光纤类激光器(11)时，所述光源模块还包括与非光纤类激光器同光轴依次设置的第一光阑(131)、第二光阑(132)、第一透镜(14)，激光器发出的光经第一光阑(131)和第二光阑(132)准直为水平出射激光，之后经第一透镜(14)耦合进入光纤耦合器(15)。4.根据权利要求1或3所述的高功率大视场多波段照明荧光成像系统，其特征在于，所述混光匀光模块(2)包括沿光轴依次设置的多模光纤合束器(21)、匀光机(22)、准直透镜(231)、第二透镜(232)、第三光阑(24)和第三透镜(233)，所述多模光纤合束器(21)与光纤耦合器(15)连接，其将多束激光混合成一束光，之后经过匀光机(22)后输出均匀的混合光，所述准直透镜(231)将发散光束准直为平行光出射，所述第二透镜(232)、第三光阑(24)和第三透镜(233)构成4f光学系统，用于将平行光束调整到所需大小的光斑，滤除杂散光。5.根据权利要求4所述的高功率大视场多波段照明荧光成像系统，其特征在于，所述匀光机(22)包括壳体(2213)以及位于壳体(2213)内的电机(221)、载重块(222)、第一螺栓型滚轮(223)、摇杆(224)、第二螺栓型滚轮(225)、滑块连接器(226)、滑块(227)、振动L型块(228)、导轨(2210)、第一光纤卡扣(2211)和第二光纤卡扣(2212)，所述导轨(2210)固定在壳体(2213)内且与壳体(2213)底部平行设置，所述滑块(227)安装在导轨(2210)上，载重块(222)的底部与电机(221)的电机轴相连，上部通过第一螺栓型滚轮(223)与摇杆(224)的一端相连，摇杆(224)的另一端通过第二螺栓型滚轮(225)与固定在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张子建，徐欣，王吉祥，张欣，叶虹，史国华，
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：