一种基于体全息记录的多焦点共聚焦扫描显微系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于体全息记录的多焦点共聚焦扫描显微系统及方法，其中，包括扫描光束记录装置，发射激发光束并记录多组点光源阵列；扫描光束还原装置，还原被记录的多组点光源阵列，在样品上形成多焦点照明；第二透镜，聚焦被还原的多组点光源阵列，在样品焦面上形成聚焦光斑；摄像部，对样品图像进行实时成像；第三透镜，将样品表面发出的荧光信号聚焦于摄像部的感光元件上，采用本发明可解决现有技术的共聚焦显微镜成像速度慢，相当一部分的激发光被转盘中针孔以外的其他部分遮挡导致激发光利用率低，光能浪费严重的技术问题。
【专利说明】
一种基于体全息记录的多焦点共聚焦扫描显微系统及方法
技术领域
[0001]本发明涉及医疗器械，尤其涉及的是一种基于体全息记录的多焦点共聚焦扫描显微系统及方法。
【背景技术】
[0002]共聚焦显微技术利用共轭针孔滤波，能够过滤焦点以外的杂散光，有效地提高了光学显微镜的分辨率和图像对比度，并能够实现切片扫描以及三维图像重构，因此，被广泛应用于生物医学等领域。由于共聚焦显微技术是一种点对点探测的技术，因此，需要配合扫描技术才能实现二维成像。常用的共聚焦扫描方式有二维振镜扫描和平台移动扫描，单点采集的扫描方式使成像速度慢，难以满足动态观察需要。如采用转盘扫描式的共聚焦显微镜虽然能够实现多焦点同时采集并快速成像，但受限于针孔阵列的尺寸和排列，相当一部分的激发光被转盘中针孔以外的其他部分遮挡，激发光利用率低，光能浪费严重。
[0003]因此，现有技术还有待于改进和发展。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种基于体全息记录的多焦点共聚焦扫描显微系统及方法，以解决现有技术的共聚焦显微镜成像速度慢，相当一部分的激发光被转盘中针孔以外的其他部分遮挡导致激发光利用率低，光能浪费严重的技术问题。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]—种基于体全息记录的多焦点共聚焦扫描显微系统，其中，包括
[0007]扫描光束记录装置，发射激发光束并记录多组点光源阵列；
[0008]扫描光束还原装置，还原被记录的多组点光源阵列，在样品上形成多焦点照明；
[0009]第二透镜，聚焦被还原的多组点光源阵列，在样品焦面上形成聚焦光斑；
[0010]摄像部，对样品图像进行实时成像；
[0011]第三透镜，将样品表面发出的荧光信号聚焦于摄像部的感光元件上。
[0012]所述的基于体全息记录的多焦点共聚焦扫描显微系统，其中，所述扫描光束记录装置包括光束发射部、分束组件、反射镜、针孔阵列转盘、光束输出组件、第一透镜和体全息记录转盘，所述光束发射部发射的激发光束经过分束组件被部分透射部分反射，反射部分光束经过所述反射镜再次反射后作为参考光入射至所述体全息记录转盘上，透射部分光束经过所述针孔阵列转盘上的针孔阵列形成点光源阵列，点光源阵列光束透过光束输出组件后经过第一透镜准直，入射至所述体全息记录转盘并与所述反射部分光束在所述体全息记录转盘上干涉并被记录，还包括控制单元和驱动所述针孔阵列转盘和所述体全息记录转盘同步转动的电机，所述电机的输出轴连接所述针孔阵列转盘和所述体全息记录转盘，所述控制单元控制所述电机转动的频率。
[0013]所述的基于体全息记录的多焦点共聚焦扫描显微系统，其中，所述扫描光束记录装置还包括一用于限定记录区域面积的光阑，所述光阑设置于所述体全息记录转盘的光束入射端。
[0014]所述的基于体全息记录的多焦点共聚焦扫描显微系统，其中，所述扫描光束还原装置包括光束发射部、体全息记录转盘、第一透镜、光束输出组件和针孔阵列转盘，所述光束发射部发射的光束照射于所述体全息记录转盘，所述体全息记录转盘被光束照射后还原所述点光源阵列，点光源阵列光束经过所述第一透镜、光束输出组件后聚焦并通过所述针孔阵列转盘上的针孔，点光源阵列光束被所述第二透镜聚焦后在样品上形成聚焦光斑，所述扫描光束还原装置还包括控制单元和驱动所述针孔阵列转盘和所述体全息记录转盘同步转动的电机，所述电机的输出轴连接所述针孔阵列转盘和所述体全息记录转盘，所述控制单元控制所述电机转动的频率。
[0015]所述的基于体全息记录的多焦点共聚焦扫描显微系统，其中，所述光束输出组件为二向色镜，透射所述光束发射部发出的激发光，反射样品表面被激发的荧光。
[0016]所述的基于体全息记录的多焦点共聚焦扫描显微系统，其中，所述光束输出组件为分束器。
[0017]所述的基于体全息记录的多焦点共聚焦扫描显微系统，其中，所述针孔阵列转盘包括若干组沿针孔阵列转盘圆周均布的针孔阵列，所述针孔阵列包括若干均匀排列的针孔，顺序相邻的两组针孔阵列的对应针孔距离为二分之一个针孔尺寸。
[0018]所述的基于体全息记录的多焦点共聚焦扫描显微系统，其中，所述摄像部为CCD摄像头。
[0019]所述的基于体全息记录的多焦点共聚焦扫描显微系统的显微方法，其中，包括以下步骤:
[0020]步骤AOO:记录扫描光束，启动光束发射部，光束发射部发射的激发光束经过分束组件被部分透射部分反射，反射部分光束经过所述反射镜再次反射后作为参考光入射至转动的体全息记录转盘上，透射部分光束经过所述转动的针孔阵列转盘上的针孔阵列形成点光源阵列，点光源阵列光束透过光束输出组件后经过第一透镜准直，入射至转动的体全息记录转盘并与反射部分光束在体全息记录转盘上干涉并被记录；
[0021]步骤B00:扫描光还原，光束发射部发射的光束照射于转动的体全息记录转盘，体全息记录转盘被光束照射后还原所述点光源阵列，点光源阵列光束经过第一透镜、光束输出组件后聚焦并通过所述针孔阵列转盘上的针孔，点光源阵列光束被所述第二透镜聚焦后在样品上形成聚焦光斑；
[0022]步骤C00:样品光收集及成像，点光源阵列激发光束激发样品表面发出荧光，被激发的荧光被第二透镜收集，聚焦于针孔阵列转盘后被光束输出组件反射，被反射的荧光光束经第三透镜聚焦于所述摄像部。
[0023]所述的基于体全息记录的多焦点共聚焦扫描显微系统的显微方法，其中，在步骤AOO中，启动光束发射部后启动电机，电机带动体全息记录转盘和针孔阵列转盘同步转动。
[0024]本发明的有益效果:本发明通过提供一种基于体全息记录的多焦点共聚焦扫描显微系统及显微方法，通过转盘方式可以于体全息记录转盘的不同的位置记录多组点光源阵列，利用参考光反向入射到体全息记录转盘时，即可还原对应的点光源阵列，在样品上形成多焦点照明，并通过转动的方式实现共聚焦多点扫描，本发明能够实现快速共聚焦成像的同时，大幅度提尚激发光的利用率。
【附图说明】
[0025]图1是本发明中扫描光束记录装置的结构示意图。
[0026]图2本发明扫描光束还原不意图。
[0027]图3是本发明中针孔分布示意图。
[0028]图4是本发明中针孔阵列转盘16的结构示意图。
[0029]图5是本发明中针孔阵列的结构示意图。
【具体实施方式】
[0030]为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。
[0031]参阅图1和图2，本发明提供一种基于体全息记录的多焦点共聚焦扫描显微系统，其中，包括
[0032]扫描光束记录装置I，发射激发光束并记录多组点光源阵列；
[0033]扫描光束还原装置2，还原被记录的多组点光源阵列，在样品上形成多焦点照明；
[0034]第二透镜3，聚焦被还原的多组点光源阵列，在样品焦面上形成聚焦光斑；
[0035]摄像部5，对样品图像进行实时成像；
[0036]第三透镜4，将样品表面发出的荧光信号聚焦于摄像部的感光元件上。
[0037]进一步地，扫描光束记录装置I包括光束发射部11、分束组件12、反射镜13、针孔阵列转盘16、光束输出组件17、第一透镜18和体全息记录转盘14，所述光束发射部11发射的激发光束经过分束组件12被部分透射部分反射，反射部分光束经过所述反射镜13再次反射后作为参考光入射至所述体全息记录转盘14上，透射部分光束经过所述针孔阵列转盘16上的针孔阵列形成点光源阵列，点光源阵列光束透过光束输出组件17后经过第一透镜18准直，入射至所述体全息记录转盘14并与所述反射部分光束在所述体全息记录转盘14上干涉并被记录，设置转动的针孔阵列转盘16，通过针孔阵列转盘16和体全息记录转盘14的转动，改变扫描光束的扫描位置，可以在体全息记录转盘不同位置记录不同的点光源阵列，实现共聚焦显微系统的多焦点扫描，减少成像所需时间。
[0038]扫描光束记录装置I还包括控制单元10和驱动所述针孔阵列转盘16和所述体全息记录转盘14同步转动的电机19，所述电机19的输出轴连接所述针孔阵列转盘16和所述体全息记录转盘14，所述控制单元10控制所述电机19转动的频率以适应摄像需求，扫描光束记录装置I还包括一用于限定记录区域面积的光阑15，所述光阑15设置于所述体全息记录转盘14的光束入射端，透过光阑15的参考光和物光在体全息记录转盘14上干涉并被记录。
[0039]进一步地，扫描光束还原装置2包括光束发射部11、体全息记录转盘14、第一透镜18、光束输出组件17和针孔阵列转盘16，所述光束发射部11发射的光束照射于所述体全息记录转盘16，光束照射方向和扫描光束记录装置I中的光束照射方向相反，体全息记录转盘16被光束照射后还原所述点光源阵列，点光源阵列光束经过所述第一透镜18、光束输出组件17后聚焦并通过所述针孔阵列转盘16上的针孔，被还原的点光源阵列光束以被聚焦后点光源光束的状态通过针孔阵列转盘16上的针孔，激发光不再被转盘中针孔以外的其他部分遮挡，减少光能的浪费。
[0040]点光源阵列光束被所述第二透镜3聚焦后在样品上形成聚焦光斑，扫描光束还原装置2还包括控制单元10和驱动所述针孔阵列转盘16和所述体全息记录转盘14同步转动的电机19，所述电机19的输出轴连接所述针孔阵列转盘16和所述体全息记录转盘14，所述控制单元10控制所述电机19转动的频率，在本实施例中，控制单元10为一计算机。
[0041]优选地，所述光束输出组件17为二向色镜，二向色镜作用是透射所述光束发射部11发出的激发光，反射样品表面被激发的荧光。
[0042]作为本发明的另一实施方式，所述光束输出组件17可以设置为分束器，光束通过分束器后一半反射一半透射，可以实现反射式共聚焦成像的效果。
[0043]参阅图4和图5，针孔阵列转盘16包括若干组沿针孔阵列转盘16圆周均布的针孔阵列160，每组针孔阵列160包括若干均匀排列的针孔161，参阅图3，顺序相邻的两组针孔阵列160的对应针孔161距离为二分之一个针孔尺寸Da，可以理解为针孔161从第一个针孔阵列开始，往后的针孔阵列中针孔每个阵列均偏移0.5Da，当然，本发明并不对这一偏移距离做具体的限定，偏移距离根据扫描区域大小和精度确定。顺序相邻的两组针孔阵列160的对应针孔161设置为偏移一定的距离，结合针孔阵列转盘16的转动，光束依次照射针孔阵列转盘16上各个针孔阵列160，光束经过第二个针孔阵列160时穿过针孔的光束相对于经过第一个针孔阵列160时穿过针孔的光束偏移了 0.5Da，如此类推，光束经过第三个针孔阵列160时穿过针孔的光束相对于经过第二个针孔阵列160时穿过针孔的光束偏移了 0.5Da，针孔阵列转盘16不断旋转，光束依次经过各个针孔阵列160，即可扫描物体整个表面。每组针孔阵列160包括若干均勾排列的针孔161，扫描光束同时通过多个针孔161，实现多焦点同时米集，加快扫描速度以实现快速成像。
[0044]优选地，为尽量减少应用于共聚焦扫描显微时探测光束之间的串扰，提高扫描质量，同一组的针孔阵列160中，相邻针孔161之间的距离至少为5个针孔尺寸Da，当然，本发明并不对相邻针孔161之间的距离作具体的限定，这一距离可根据探测光之间的串扰情况具体设置。
[0045]进一步地，所述摄像部5为C⑶摄像头。
[0046]本发明还提供一种基于体全息记录的多焦点共聚焦扫描显微系统的显微方法，其中，包括以下步骤:
[0047]步骤A00:记录扫描光束，启动光束发射部11，启动电机19，电机19带动体全息记录转盘14和针孔阵列转盘16同步转动，光束发射部11发射的激发光束经过分束组件12被部分透射部分反射，反射部分光束经过所述反射镜13再次反射后作为参考光入射至转动的体全息记录转盘14上，透射部分光束经过所述转动的针孔阵列转盘16上的针孔阵列形成点光源阵列，点光源阵列光束透过光束输出组件17后经过第一透镜18准直，入射至转动的体全息记录转盘14并与反射部分光束在体全息记录转盘14上干涉并被记录；
[0048]步骤B00:扫描光还原，光束发射部11发射的光束照射于转动的体全息记录转盘14，体全息记录转盘14被光束照射后还原所述点光源阵列，点光源阵列光束经过第一透镜18、光束输出组件17后聚焦并通过所述针孔阵列转盘16上的针孔，点光源阵列光束被所述第二透镜3聚焦后在样品上形成聚焦光斑；
[0049]步骤C00:样品光收集及成像，点光源阵列激发光束激发样品表面发出荧光，被激发的荧光被第二透镜3收集，聚焦于针孔阵列转盘16后被光束输出组件17反射，被反射的荧光光束经第三透镜4聚焦于所述摄像部5。
[0050]本发明通过提供一种基于体全息记录的多焦点共聚焦扫描显微系统及显微方法，通过转盘方式可以于体全息记录转盘的不同的位置记录多组点光源阵列，利用参考光反向入射到体全息记录转盘时，即可还原对应的点光源阵列，在样品上形成多焦点照明，并通过转动的方式实现共聚焦多点扫描，本发明能够实现快速共聚焦成像的同时，大幅度提高激发光的利用率，解决了现有技术的共聚焦显微镜成像速度慢，相当一部分的激发光被转盘中针孔以外的其他部分遮挡导致激发光利用率低，光能浪费严重的技术问题。
[0051]应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种基于体全息记录的多焦点共聚焦扫描显微系统，其特征在于，包括 扫描光束记录装置，发射激发光束并记录多组点光源阵列； 扫描光束还原装置，还原被记录的多组点光源阵列，在样品上形成多焦点照明； 第二透镜，聚焦被还原的多组点光源阵列，在样品焦面上形成聚焦光斑； 摄像部，对样品图像进行实时成像； 第三透镜，将样品表面发出的荧光信号聚焦于摄像部的感光元件上。2.根据权利要求1所述的基于体全息记录的多焦点共聚焦扫描显微系统，其特征在于，所述扫描光束记录装置包括光束发射部、分束组件、反射镜、针孔阵列转盘、光束输出组件、第一透镜和体全息记录转盘，所述光束发射部发射的激发光束经过分束组件被部分透射部分反射，反射部分光束经过所述反射镜再次反射后作为参考光入射至所述体全息记录转盘上，透射部分光束经过所述针孔阵列转盘上的针孔阵列形成点光源阵列，点光源阵列光束透过光束输出组件后经过第一透镜准直，入射至所述体全息记录转盘并与所述反射部分光束在所述体全息记录转盘上干涉并被记录，还包括控制单元和驱动所述针孔阵列转盘和所述体全息记录转盘同步转动的电机，所述电机的输出轴连接所述针孔阵列转盘和所述体全息记录转盘，所述控制单元控制所述电机转动的频率。3.根据权利要求2所述的基于体全息记录的多焦点共聚焦扫描显微系统，其特征在于，所述扫描光束记录装置还包括一用于限定记录区域面积的光阑，所述光阑设置于所述体全息记录转盘的光束入射端。4.根据权利要求2所述的基于体全息记录的多焦点共聚焦扫描显微系统，其特征在于，所述扫描光束还原装置包括光束发射部、体全息记录转盘、第一透镜、光束输出组件和针孔阵列转盘，所述光束发射部发射的光束照射于所述体全息记录转盘，所述体全息记录转盘被光束照射后还原所述点光源阵列，点光源阵列光束经过所述第一透镜、光束输出组件后聚焦并通过所述针孔阵列转盘上的针孔，点光源阵列光束被所述第二透镜聚焦后在样品上形成聚焦光斑，所述扫描光束还原装置还包括控制单元和驱动所述针孔阵列转盘和所述体全息记录转盘同步转动的电机，所述电机的输出轴连接所述针孔阵列转盘和所述体全息记录转盘，所述控制单元控制所述电机转动的频率。5.根据权利要求1至4任一项所述的基于体全息记录的多焦点共聚焦扫描显微系统，其特征在于，所述光束输出组件为二向色镜，透射所述光束发射部发出的激发光，反射样品表面被激发的荧光。6.根据权利要求1至4任一项所述的基于体全息记录的多焦点共聚焦扫描显微系统，其特征在于，所述光束输出组件为分束器。7.根据权利要求2或4所述的基于体全息记录的多焦点共聚焦扫描显微系统，其特征在于，所述针孔阵列转盘包括若干组沿针孔阵列转盘圆周均布的针孔阵列，所述针孔阵列包括若干均匀排列的针孔，顺序相邻的两组针孔阵列的对应针孔距离为二分之一个针孔尺寸。8.根据权利要求1所述的基于体全息记录的多焦点共聚焦扫描显微系统，其特征在于，所述摄像部为CCD摄像头。9.一种如权利要求1至8任一项所述的基于体全息记录的多焦点共聚焦扫描显微系统的显微方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤AOO:记录扫描光束，启动光束发射部，光束发射部发射的激发光束经过分束组件被部分透射部分反射，反射部分光束经过所述反射镜再次反射后作为参考光入射至转动的体全息记录转盘上，透射部分光束经过所述转动的针孔阵列转盘上的针孔阵列形成点光源阵列，点光源阵列光束透过光束输出组件后经过第一透镜准直，入射至转动的体全息记录转盘并与反射部分光束在体全息记录转盘上干涉并被记录； 步骤B00:扫描光还原，光束发射部发射的光束照射于转动的体全息记录转盘，体全息记录转盘被光束照射后还原所述点光源阵列，点光源阵列光束经过第一透镜、光束输出组件后聚焦并通过所述针孔阵列转盘上的针孔，点光源阵列光束被所述第二透镜聚焦后在样品上形成聚焦光斑； 步骤C00:样品光收集及成像，点光源阵列激发光束激发样品表面发出荧光，被激发的荧光被第二透镜收集，聚焦于针孔阵列转盘后被光束输出组件反射，被反射的荧光光束经第三透镜聚焦于所述摄像部。10.根据权利要求9所述的基于体全息记录的多焦点共聚焦扫描显微系统的显微方法，其特征在于，在步骤AOO中，启动光束发射部后启动电机，电机带动体全息记录转盘和针孔阵列转盘同步转动。
【文档编号】G01N21/01GK105891116SQ201610494544
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】顾兆泰, 王翰林, 赵晖, 安昕, 张浠
【申请人】佛山市南海区欧谱曼迪科技有限责任公司