扫描共焦显微术中的改进以及与之相关的改进制造技术

本发明专利技术提供了用于将光束输入到从扫描共焦显微系统的共焦扫描头（１０２）延伸到显微镜（１０４）的光路中以照射安装在显微镜中的样本的选定区域的组件（１００）和方法。所述组件包括光输入端，用于接收来自光源的光束；射束引导装置（８、１２），用于根据样本的选定区域的形状来控制光束的路径；以及射束耦合器（１６），用于将光束选择性地耦合到从共焦扫描头（１０２）到显微镜（１０４）的光路中，其中由射束引导装置来控制射束方向以便照射选定区域。本发明专利技术还描述了一种包括这种组件的扫描共焦显微系统，以及校准该系统的方法。此外，公开了一种用于在两个路径之间选择性地切换光束的光开关。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】扫描共焦显微术中的改进以及与之相关的改进 专利
本专利技术涉及扫描共焦显微术，更特别地涉及对安装在扫描共焦显微系统中的样本的一个或多个区域的选择性照明(illustration)。专利技术背景共焦显微镜通常用于观察半透明显微物体的内部细节，特别是在生 物应用中，其通常采用荧光照明。这种显微镜的基本特征是利用通过小 孔(pinhole)聚焦的光照射样本并且结合对通过相同小孔返回的光的观 察，结果是检测到的光基本上与该小孔在样本内的特定像平面相关，而 不是与样本上方或下方的平面相关。这样能够在该样本内获得准确的深 度分辨率。通常，将激光器用于在小孔处提供非常紧聚焦的强光束。如上所述，这种系统给出了有关该样本中仅一个点的信息。然而，利用两个可选的和全然不同的方法能够扩展这种原理，从而提供该样本的扩展像(image)。在第一种方法中，称作'扫描光斑(scanning spot)，，在感兴趣的区域上对小孔进行光学扫描，记录返回的强度，以便重建样本的像。在第二种方法中，平行照射许多小孔，以同时给出整个感兴趣区域的信息。 一种这样的配置是'Nipkow盘(disk)，，其中将小孔设置在盘中，然后使该盘旋转以给出该区域的多次扫描的覆盖。这种方法特别适合应用于对活细胞的高速成像，这是目前生物学中相当受关注的课题。然而，本专利技术与各种形式的共焦扫描有关，但尤其涉及采用多个 小孔的共焦扫描。一些已知的分析技术涉及向样本的选定区域投送强光束，以便改变 该选定区域中的样本材料属性。例如，在荧光显微术中所使用的许多染 料在暴露于非常强的光源时会'漂白(bleach)，。漂白特定的区域使该区域被'标记，-使其与其他本来不可区分开 的相邻区域区分开，从而允许该区域在移动和显影时^皮追踪。这种'光 致漂白后的荧光恢复(Fluorescence Recovery After Photobleaching)，(或 者FRAP)允许细胞内的传送机能被监视。通常，扩散过程将使漂白斑 在一时间段之后恢复，该时间段是由扩散的速率决定的。对于粘性低的媒质，这一过程会非常快，在微秒数量级。目标照射(targeted illumination )的第二个实例是光催化 (photoactivation)。一些染料在被非常强的光源催化时会改变其荧光色。 同样，这使某一区域被'标记，并且允许传送机能一皮研究。扫描光斑共焦系统非常适于目标照射应用。单个扫描光斑覆盖了样 本的所有部分，所以在光斑位于感兴趣区域上方的同时提高激光功率产生了目标照射。尽管这种方法较慢且低效，但是一些年来目标照射已经 可用在扫描光斑系统中。然而，对于旋转盘系统并非如此，其中光学装置的平行照射无法显 著提高指定区域上的光强度。
技术实现思路
本专利技术提供了 一种用于将光束输入到从扫描共焦显微系统的共焦 扫描头延伸到显微镜的光路中以照射安装在显微镜中的样本的选定区 域的组件，其中所述组件包括-光输入端，用于接收来自光源的光束；-射束(beam)引导装置，用于根据样本的选定区域的形状来控 制光束的路径；以及-射束耦合器，用于将光束选择性地耦合到从共焦扫描头到显微 镜的光路中，其中由射束引导装置来控制射束方向以便照射选定区域。特别地，光束的强度可足以漂白样本选定区域的荧光部分或者以其 它方式改变其光学属性，使得例如FRAP或者光催化实^^能够进行。该显微系统的安排(其中来自该组件的光束被选择性地输入到共焦 头所使用的相同端口中)是有益的，因为这允许耦合(切换)装置被设 置在显微镜外。因此，能够在无需进入显微镜内部或者无需在显微镜内 容纳附加部件的情况下实现本专利技术。为了留有足够空间供该组件插在共焦扫描头与显微镜端口之间，该 组件可以包括光中继器(optical relay),用以将在共焦扫描头与显微镜 之间的光路上形成的样本像从该组件的显微镜侧中继(relay)到该组件 的扫描共焦头侧。因此共焦扫描头的工作基本上不会因引入该组件而受 到影响。优选的是，该光中继器包括在光路中限定了孔的挡板(baffle),用以减少杂散光的透射(transmission)。可以在射束耦合器与显微镜之间提供场镜(field lens)以会聚光束。射束耦合器可以包括反射元件，该反射元件能被选择性地插入在共 焦扫描头与显微镜之间的光路中，以促进透射的光束注射(inject)到光 路中。反射元件可以采用反射镜(mirror)的形式。有利的是，反射元 件可以是分束器，以允许样本在该组件的照射期间^皮观察。在优选实施例中，该组件包括用于选择性地改变所透射光束的直径 以调整在该样本处生成的照射光斑尺寸的装置。这可以通过在通过该组 件的射束路径中选择性插入具有不同光学属性的望远镜来实现。优选的是，将前、后望远镜透镜安装在各自的可旋转支架上，以允 许将每个支架上安装的透镜选择性地插入光束路径中。该组件还可以包括用于调整输入到该组件中的光束的方向和4黄向 位移的装置。为此，可以安装输入射束准直器(collimator),以便允许 改变其定向(orientation)以实现这些调整。在优选实施例中，该准直 器具有与每一端相邻的圆柱形外表面，并且与这些表面中的每个表面相 接触地提供两个螺紋调整器(adjuster)。所述调整器的轴优选基本上平 行，并且适当操纵所述调整器以允许根据需要对光束路径进行调整。以 平行配置(而不是以垂直调整器对)提供所述调整器使它们能够被安装 成使得都能够由用户从该组件的 一侧接近。在优选实施例中，射束引导装置包括两个枢转地(pivotably)安装 的反射镜，它们的枢转轴(pivotal axes)基本上相互垂直，以允许在两 个正交方向(即在该样本平面中的x和y方向)上改变射束的方向。此 外，可以提供透镜以将射束的这些角偏转转变为平行射束位移。该引导装置可操作来将射束朝着样本上的 一个或多个离散点引导， 或者操纵射束以使得基本上均匀地照射预定区域。优选的是，提供将枢转地安装的反射镜之一成像到另 一个反射镜上 的装置，例如光中继器。在一个实施例中，该中继器包括两个透镜对。可以在该枢转地安装的反射镜之间的光路中提供附加的反射镜，以 减少其占用的空间的长度。特别地，附加的反射镜可以包括相互正交配 置的一对平面反射镜，以便使入射在它们之一上的射束的方向反转。将 它们安装为使得能够沿着平行于入射射束的线调整它们的位置，以提供 聚焦调整。在优选配置中，提供瞄准透镜以将射束引导装置所引起的光束的角 偏转转变为平行射束位移。可以如此安装瞄准透镜，以使得能够利用例 如两个相互正交的螺紋调整器相对于通过它的光路横向调整其位置。这使得该组件所输入的光束与来自共焦头的观察射束对准(alignment)。 可以在该组件的显微镜侧的像平面中的光路中选择性地插入目标 (target),以辅助该组件的校准。还提供了一种显微系统，其包括本文中所描述的显微镜、照相机、共焦扫描头、光输入组件，以及与该组件相耦合的光源，其中该系统包括用于控制射束引导装置和光源这二者的控制器，以便照射样本的选定区域。在优选实施例中，该控制器可操作来输出控制信号到射束引导装 置，其将射束的运动限定为基本上等长的步进(step)序列。选定区i的照射基本l均匀。、而且，这可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将光束输入到从扫描共焦显微系统的共焦扫描头延伸到显微镜的光路中以照射安装在显微镜中的样本的选定区域的组件，其中所述组件包括：　－光输入端，用于接收来自光源的光束；　－射束引导装置，用于根据样本的选定区域的形状来控制光束的 路径；以及　－射束耦合器，用于将光束选择性地耦合到从共焦扫描头到显微镜的光路中，其中由射束引导装置来控制射束方向以便照射选定区域。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：RA霍尔特，SM布什，GR西利，D科伦特奇斯，
申请(专利权)人：珀金埃尔默新加坡私人有限公司，
类型：发明
国别省市：SG[新加坡]