本發(fā)明涉及一種共聚焦顯微成像系統(tǒng)，尤其是涉及一種高精度光譜型共聚焦顯微成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、近年來，共聚焦顯微鏡以信噪比高、層切性能好成為應(yīng)用最為廣泛的熒光顯微鏡之一，尤其在生物、醫(yī)療等基礎(chǔ)研究中發(fā)揮越來越重要的作用。目前，研究細(xì)胞、細(xì)胞器之間的互作機(jī)制的需求急劇增長，需要借助多種熒光蛋白標(biāo)記不同的細(xì)胞器，在共聚焦顯微鏡下實(shí)時(shí)觀察其形態(tài)變化、傳輸機(jī)制和相互作用等。然而，當(dāng)使用多個(gè)熒光探針標(biāo)記成像時(shí)，不同熒光團(tuán)的熒光光譜極易重疊，導(dǎo)致熒光信號(hào)串?dāng)_，進(jìn)而使圖像失真。傳統(tǒng)的共聚焦顯微鏡無法克服光譜串?dāng)_這一難題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種能夠解決光譜串?dāng)_問題，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)別的光譜分辨率的高精度光譜型共聚焦顯微成像系統(tǒng)。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種高精度光譜型共聚焦顯微成像系統(tǒng)，包括光線調(diào)制模塊、光譜拆分模塊、掃描成像模塊、圖像探測裝置和計(jì)算機(jī)，所述的光線調(diào)制模塊發(fā)出的光束經(jīng)過所述的掃描成像模塊后入射在樣品上激發(fā)出熒光信號(hào)，熒光信號(hào)通過所述的光譜拆分模塊后由所述的圖像探測裝置接收，所述的圖像探測裝置將電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)后傳輸給所述的計(jì)算機(jī)完成成像，所述的光譜拆分模塊由依次設(shè)置的第一會(huì)聚透鏡、第一針孔、第一線性長波通濾波器、第二會(huì)聚透鏡、第一線性短波通濾波器和第三會(huì)聚透鏡組成，所述的第一會(huì)聚透鏡將熒光信號(hào)會(huì)聚在所述的第一針孔的中心入射到所述的第一線性長波通濾波器，從所述的第一線性長波通濾波器出射的熒光信號(hào)經(jīng)過所述的第二會(huì)聚透鏡會(huì)聚在所述的第一線性短波通濾波器，從所述的第一線性短波通濾波器出射的熒光信號(hào)經(jīng)過所述的第三會(huì)聚透鏡會(huì)聚于所述的圖像探測裝置。
3、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于在傳統(tǒng)共聚焦顯微成像原理的基礎(chǔ)上，采用透鏡和線性濾波器組合的方式實(shí)現(xiàn)高精度光譜共聚焦成像，解決了共聚焦成像中光譜串?dāng)_的難題，光譜分辨率小于3.0?nm。
4、優(yōu)選地，所述的掃描成像模塊由依次設(shè)置的第一二向色鏡、二維掃描裝置、第二反射鏡、掃描透鏡、管鏡、物鏡和放置樣品的樣品臺(tái)組成，所述的光線調(diào)制模塊發(fā)出的光束透射經(jīng)過所述的第一二向色鏡，由所述的二維掃描裝置實(shí)現(xiàn)光束二維掃描，經(jīng)過所述的第二反射鏡垂直入射到所述的掃描透鏡，由所述的管鏡準(zhǔn)直為平行光束，經(jīng)過所述的物鏡會(huì)聚于所述的樣品臺(tái)，所述的第一二向色鏡用于透射所述的光線調(diào)制模塊發(fā)出的光束而反射熒光信號(hào)，所述的光線調(diào)制模塊發(fā)出的光束透射經(jīng)過所述的第一二向色鏡，由所述的二維掃描裝置實(shí)現(xiàn)光束二維掃描，光束激發(fā)所述的樣品臺(tái)上的樣品產(chǎn)生熒光信號(hào)，熒光信號(hào)依次原路經(jīng)過所述的物鏡、所述的管鏡、所述的掃描透鏡、所述的第二反射鏡和所述的二維掃描裝置準(zhǔn)直為平行光，由所述的第一二向色鏡反射進(jìn)入所述的第一會(huì)聚透鏡。
5、優(yōu)選地，所述的掃描成像模塊由依次設(shè)置的二維掃描裝置、第二二向色鏡、掃描透鏡、管鏡、物鏡和放置樣品的樣品臺(tái)組成，所述的第二二向色鏡用于反射所述的光線調(diào)制模塊發(fā)出的光束而并且透射熒光信號(hào)，所述的光線調(diào)制模塊發(fā)出的光束入射于所述的二維掃描裝置實(shí)現(xiàn)光束二維掃描，再由所述的第二二向色鏡反射垂直入射到所述的掃描透鏡，經(jīng)所述的管鏡準(zhǔn)直為平行光束后由所述的物鏡會(huì)聚于所述的樣品臺(tái)，激發(fā)所述的樣品臺(tái)上的樣品產(chǎn)生熒光信號(hào)，熒光信號(hào)依次原路經(jīng)過所述的物鏡、所述的管鏡和所述的掃描透鏡后，透射經(jīng)過所述的第二二向色鏡進(jìn)入所述的第一會(huì)聚透鏡。由于生物樣本熒光較弱，且光譜共聚焦成像時(shí)納米級(jí)別的光譜分辨能力，導(dǎo)致成像時(shí)的光強(qiáng)度較弱，本方案通過設(shè)計(jì)非退掃光路，使樣品產(chǎn)生的熒光信號(hào)無需再經(jīng)過反射率較低的二維掃描裝置，可以提高系統(tǒng)內(nèi)的熒光探測效率，降低光毒性。
6、優(yōu)選地，所述的二維掃描裝置上設(shè)置有掃描成像監(jiān)測模塊，所述的掃描成像監(jiān)測模塊用于對(duì)所述的二維掃描裝置的性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。
7、優(yōu)選地，所述的掃描成像監(jiān)測模塊由依次設(shè)置的led光源、第三透鏡、第三反射鏡、第二分光棱鏡、第四透鏡和第二相機(jī)組成，所述的led光源發(fā)出的光束經(jīng)過所述的第三透鏡準(zhǔn)直為平行光，經(jīng)過所述的第三反射鏡到達(dá)所述的第二分光棱鏡處透射，透射的光束照射在所述的二維掃描裝置上，所述的二維掃描裝置反射回的光束由所述的第二分光棱鏡反射，經(jīng)過所述的第四透鏡成像于所述的第二相機(jī)，所述的第二相機(jī)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸回所述的計(jì)算機(jī)對(duì)所述的二維掃描裝置的性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。
8、優(yōu)選地，所述的光線調(diào)制模塊由依次設(shè)置的多波長激光器、多模光纖、準(zhǔn)直透鏡、第一反射鏡、光束整形裝置、第一相機(jī)和第一雜散光濾除裝置組成，所述的多波長激光器發(fā)射的光束經(jīng)所述的多模光纖和所述的準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直為高斯型的平行光束，高斯型的平行光束由所述的第一反射鏡調(diào)節(jié)出射角度使出射的光束與光軸平行，所述的光束整形裝置將高斯型的平行光束變?yōu)槠巾斝凸馐?，平頂型光束?jīng)過所述的第一分光棱鏡后，透射的平頂型光束經(jīng)所述的第一雜散光濾除裝置后入射所述的掃描成像模塊，反射的平頂型光束成像于所述的第一相機(jī)，所述的第一相機(jī)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸回所述的計(jì)算機(jī)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測平頂型光束的空間二維強(qiáng)度分布。
9、優(yōu)選地，所述的第一雜散光濾除裝置由第一透鏡、第二針孔和第二透鏡組成，透射光束經(jīng)所述的第一透鏡會(huì)聚于所述的第二針孔中心，經(jīng)過所述的第二透鏡準(zhǔn)直后入射所述的掃描成像模塊。
10、優(yōu)選地，所述的光線調(diào)制模塊由依次設(shè)置的白光led光源、多模光纖、準(zhǔn)直透鏡、第一反射鏡、光束整形裝置、第二雜散光濾除裝置、第一分光棱鏡和第一相機(jī)組成，所述的白光led光源發(fā)出的照明光束經(jīng)所述的多模光纖和所述的準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直為高斯型的平行光束，準(zhǔn)直后的平行光束由所述的第一反射鏡調(diào)節(jié)出射角度使出射的光束與光軸平行，所述的光束整形裝置將高斯型的平行光束變?yōu)槠巾斝凸馐巾斝凸馐?jīng)過所述的第二雜散光濾除裝置后入射到所述的第一分光棱鏡，透射的平頂型光束入射到所述的掃描成像模塊，反射的平頂型光束成像于第一相機(jī)，所述的第一相機(jī)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸回所述的計(jì)算機(jī)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測平頂型光束的空間二維強(qiáng)度分布。采用白光led光源、透鏡和線性濾波器組合的方式，實(shí)現(xiàn)可見光范圍內(nèi)照明光束中心波長和帶寬任意可調(diào)，擴(kuò)大了照明光束的選擇范圍和產(chǎn)品應(yīng)用范圍且降低了成本。
11、優(yōu)選地，所述的第二雜散光濾除裝置由依次設(shè)置的第一透鏡、第二線性長波通濾波器、第四會(huì)聚透鏡、第二針孔、第二線性短波通濾波器和第二透鏡組成，所述的第一透鏡將光束會(huì)聚在所述的第二線性長波通濾波器，從所述的第二線性長波通濾波器出射的光束經(jīng)過所述的第四會(huì)聚透鏡會(huì)聚在所述的第二針孔的中心入射到所述的第二線性短波通濾波器，從所述的第二線性短波通濾波器出射的光束經(jīng)過所述的第二透鏡入射到所述的第一分光棱鏡。
1.一種高精度光譜型共聚焦顯微成像系統(tǒng)，包括光線調(diào)制模塊、光譜拆分模塊、掃描成像模塊、圖像探測裝置和計(jì)算機(jī)，所述的光線調(diào)制模塊發(fā)出的光束經(jīng)過所述的掃描成像模塊后入射在樣品上激發(fā)出熒光信號(hào)，熒光信號(hào)通過所述的光譜拆分模塊后由所述的圖像探測裝置接收，所述的圖像探測裝置將電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)后傳輸給所述的計(jì)算機(jī)完成成像，其特征在于，所述的光譜拆分模塊由依次設(shè)置的第一會(huì)聚透鏡、第一針孔、第一線性長波通濾波器、第二會(huì)聚透鏡、第一線性短波通濾波器和第三會(huì)聚透鏡組成，所述的第一會(huì)聚透鏡將熒光信號(hào)會(huì)聚在所述的第一針孔的中心入射到所述的第一線性長波通濾波器，從所述的第一線性長波通濾波器出射的熒光信號(hào)經(jīng)過所述的第二會(huì)聚透鏡會(huì)聚在所述的第一線性短波通濾波器，從所述的第一線性短波通濾波器出射的熒光信號(hào)經(jīng)過所述的第三會(huì)聚透鏡會(huì)聚于所述的圖像探測裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高精度光譜型共聚焦顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述的掃描成像模塊由依次設(shè)置的第一二向色鏡、二維掃描裝置、第二反射鏡、掃描透鏡、管鏡、物鏡和放置樣品的樣品臺(tái)組成，所述的第一二向色鏡用于透射所述的光線調(diào)制模塊發(fā)出的光束而反射熒光信號(hào)，所述的光線調(diào)制模塊發(fā)出的光束透射經(jīng)過所述的第一二向色鏡，由所述的二維掃描裝置實(shí)現(xiàn)光束二維掃描，光束經(jīng)過所述的第二反射鏡垂直入射到所述的掃描透鏡，由所述的管鏡準(zhǔn)直為平行光束，經(jīng)過所述的物鏡會(huì)聚于所述的樣品臺(tái)，激發(fā)所述的樣品臺(tái)上的樣品產(chǎn)生熒光信號(hào)，熒光信號(hào)依次原路經(jīng)過所述的物鏡、所述的管鏡、所述的掃描透鏡、所述的第二反射鏡和所述的二維掃描裝置準(zhǔn)直為平行光，由所述的第一二向色鏡反射進(jìn)入所述的第一會(huì)聚透鏡。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高精度光譜型共聚焦顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述的掃描成像模塊由依次設(shè)置的二維掃描裝置、第二二向色鏡、掃描透鏡、管鏡、物鏡和放置樣品的樣品臺(tái)組成，所述的第二二向色鏡用于反射所述的光線調(diào)制模塊發(fā)出的光束而透射熒光信號(hào)，所述的光線調(diào)制模塊發(fā)出的光束入射于所述的二維掃描裝置實(shí)現(xiàn)光束二維掃描，再由所述的第二二向色鏡反射垂直入射到所述的掃描透鏡，經(jīng)所述的管鏡準(zhǔn)直為平行光束后由所述的物鏡會(huì)聚于所述的樣品臺(tái)，激發(fā)所述的樣品臺(tái)上的樣品產(chǎn)生熒光信號(hào)，熒光信號(hào)依次原路經(jīng)過所述的物鏡、所述的管鏡和所述的掃描透鏡后，透射經(jīng)過所述的第二二向色鏡進(jìn)入所述的第一會(huì)聚透鏡。
4.如權(quán)利要求2或3所述的一種高精度光譜型共聚焦顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述的二維掃描裝置上設(shè)置有掃描成像監(jiān)測模塊，所述的掃描成像監(jiān)測模塊用于對(duì)所述的二維掃描裝置的性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。
5.如權(quán)利要求4所述的一種高精度光譜型共聚焦顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述的掃描成像監(jiān)測模塊由依次設(shè)置的led光源、第三透鏡、第三反射鏡、第二分光棱鏡、第四透鏡和第二相機(jī)組成，所述的led光源發(fā)出的光束經(jīng)過所述的第三透鏡準(zhǔn)直為平行光，經(jīng)過所述的第三反射鏡到達(dá)所述的第二分光棱鏡處透射，透射的光束照射在所述的二維掃描裝置上，所述的二維掃描裝置反射回的光束由所述的第二分光棱鏡反射，經(jīng)過所述的第四透鏡成像于所述的第二相機(jī)，所述的第二相機(jī)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸回所述的計(jì)算機(jī)對(duì)所述的二維掃描裝置的性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。
6.如權(quán)利要求1所述的一種高精度光譜型共聚焦顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述的光線調(diào)制模塊由多波長激光器、多模光纖、準(zhǔn)直透鏡、第一反射鏡、光束整形裝置、第一分光棱鏡、第一相機(jī)和第一雜散光濾除裝置組成，所述的多波長激光器發(fā)射的光束經(jīng)所述的多模光纖和所述的準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直為高斯型的平行光束，高斯型的平行光束由所述的第一反射鏡調(diào)節(jié)出射角度使出射的光束與光軸平行，所述的光束整形裝置將高斯型的平行光束變?yōu)槠巾斝凸馐巾斝凸馐?jīng)過所述的第一分光棱鏡后，透射的平頂型光束經(jīng)所述的第一雜散光濾除裝置后入射所述的掃描成像模塊，反射的平頂型光束成像于所述的第一相機(jī)，所述的第一相機(jī)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸回所述的計(jì)算機(jī)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測平頂型光束的空間二維強(qiáng)度分布。
7.如權(quán)利要求6所述的一種高精度光譜型共聚焦顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一雜散光濾除裝置由第一透鏡、第二針孔和第二透鏡組成，透射光束經(jīng)所述的第一透鏡會(huì)聚于所述的第二針孔中心，經(jīng)過所述的第二透鏡準(zhǔn)直后入射所述的掃描成像模塊。
8.如權(quán)利要求1所述的一種高精度光譜型共聚焦顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述的光線調(diào)制模塊由白光led光源、多模光纖、準(zhǔn)直透鏡、第一反射鏡、光束整形裝置、第二雜散光濾除裝置、第一分光棱鏡和第一相機(jī)組成，所述的白光led光源發(fā)出的照明光束經(jīng)所述的多模光纖和所述的準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直為高斯型的平行光束，準(zhǔn)直后的平行光束由所述的第一反射鏡調(diào)節(jié)出射角度使出射的光束與光軸平行，所述的光束整形裝置將高斯型的平行光束變?yōu)槠巾斝凸馐?，平頂型光束?jīng)過所述的第二雜散光濾除裝置后入射到所述的第一分光棱鏡，透射的平頂型光束入射到所述的掃描成像模塊，反射的平頂型光束成像于第一相機(jī)，所述的第一相機(jī)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸回所述的計(jì)算機(jī)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測平頂型光束的空間二維強(qiáng)度分布。
9.如權(quán)利要求8所述的一種高精度光譜型共聚焦顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述的第二雜散光濾除裝置由依次設(shè)置的第一透鏡、第二線性長波通濾波器、第四會(huì)聚透鏡、第二針孔、第二線性短波通濾波器和第二透鏡組成，所述的第一透鏡將光束會(huì)聚在所述的第二線性長波通濾波器，從所述的第二線性長波通濾波器出射的光束經(jīng)過所述的第四會(huì)聚透鏡會(huì)聚在所述的第二針孔的中心入射到所述的第二線性短波通濾波器，從所述的第二線性短波通濾波器出射的光束經(jīng)過所述的第二透鏡入射到所述的第一分光棱鏡。