一种高速点扫描显微成像系统的制作方法

1.本技术涉及光学显微的领域，尤其是涉及一种高速点扫描显微成像系统。


背景技术：

2.采用点扫描方式的共聚焦显微镜是生物学、生命科学等领域中观察细胞尺度结构的重要仪器。对于共聚焦显微镜而言，成像速度是领域中比较重要的参数，尤其对于大体积样本的成像，在短时间获取图像信息尤为重要。
3.为提高共聚焦点扫描速度，往往增加激光器的数量来实现多路的点扫描，这种方法大大的增加了系统的复杂程度，增大了对光路的设计难度、调试难度，如果没有专业的光学工程师的帮助，不方便操作人员后期对系统的维护。


技术实现要素：

4.为了减少系统复杂度，方便后续的维护，本技术提供的一种高速点扫描显微成像系统，采用如下的技术方案：一种高速点扫描显微成像系统，其特征在于：包括激光发射装置，用于发射激光形成7个成正六边形分布的点斑，包括用于发射激光形成点斑的激光发射器、用于扩束点斑的扩束镜组、用于将点斑整理成7个成正六边形分布的点斑的激光调制系统；或包括单模光纤组和成像透镜，所述单模光纤组包括7根单模光纤，7根单模光纤均匀分布成正六边形，所述单模光纤组经过成像透镜的傅里叶变换成像形成点斑；转镜扫描系统，用于将点斑换向、边缘矫正后成像到样品面；平移台，用于放置样品并带动样品在所处平面进行移动提供另一个维度的扫描；荧光收集系统，用于收集样品被激光激发的荧光信号成像出样品图案。
5.通过采用上述技术方案，使7道光斑在样品面进行扫描，使其达到高速点扫描的效果，并且7路中的每一路光斑都能通过激光调制系统或直接定制的单模光纤组来进行控制开关、强弱，减少系统复杂度，方便后续的维护，同时也大大的提高扫描的效率。扩束镜组用于扩束激光器出来的光斑大小，这样可以有效的降低激光单位面积的能量，使其满足激光调制系统的损伤阈值，并使激光发射器出来的光斑能覆盖激光调制系统，使激光能进行更好的调制。当激光调制系统的价格超过n路激光发射器的价格时可以考虑用定制光纤的方案来实现，从而减少成本。
6.可选的，转镜扫描系统包括转镜、第一透镜组、物镜，所述转镜用于旋转提供一个维度的扫描，所述第一透镜组用于对扫描光束进行边缘矫正，所述物镜用于将7个成正六边形分布的点成像到样品面。
7.通过采用上述技术方案，光斑成像在转镜上，转镜在一个维度上进行高速旋转，提供x轴的高速扫描，经过第一透镜组对扫描光束进行边缘矫正，最后经过物镜，将成正六边形均匀分布的7个点成像到样品面。转镜提供光束在样品上的一维扫描，另一维度的扫描靠
高速位移台来实现，并且可以用位移台来做大视场扫描的拼接。
8.可选的，荧光收集系统包括二向色镜、第二透镜组、定制光纤组、pmt组，所述二向色镜用于将与激光波段有差距的荧光波段反射至透镜，所述定制光纤组用于将透镜收集的荧光幸好传递入pmt组内。
9.通过采用上述技术方案，激光在荧光样品上扫描引发荧光样品激发荧光信号，荧光信号经过物镜返回，分别经过第一透镜组、转镜，因为荧光波段和激发光波段存在一定差距，被二向色镜反射进探测路，经过第二透镜组的收集，荧光信号进入定制光纤组，然后再进入pmt组，最后经过采集卡的处理，成像出样品的图案。
10.可选的，所述激光调制系统包括空间光调制器、成像透镜组、光掩模版，所述空间光调制器用于衍射以一定角度入射的激光，并使衍射后的光斑在成像透镜组的傅里叶面上成像出7个正六边形分布的光斑，所述光掩模版用于对激光进行滤波。
11.通过采用上述技术方案，扩束后的激光以一定的角度入射进空间光调制器芯片，利用控制空间光调制器加载的相位图，从而实现每个像素的相位与强度的调节，经过空间光调制器衍射的光斑在成像透镜傅里叶面上成像出7个正六边形分布的光斑。光掩模版位置与7个正六边形分布的光斑匹配，利用光掩模版对激光进行滤波，提高光斑质量，通过光掩模版的光斑经过转镜扫描系统共轭至样品面，进行点扫描。
12.可选的，所述激光发射器为半导体激光器。
13.通过采用上述技术方案，激光器为连续稳定的半导体激光器，波段根据样品荧光激发波段进行选择。激光器波长越短，系统分辨率越高。
14.可选的，所述空间光调制器加载预算计算好的全息相位图，所述空间光调制器用于实现每个像素的相位与强度的调节，入射空间光调制器的光为扩束后的高斯光束。
15.通过采用上述技术方案，每一路光斑都能通过空间光调制器来进行控制开关、强弱，同时也大大的提高扫描的效率。
16.可选的，所述激光调制系统还包括调节平台，所述调节平台包括底台、滑动连接于底台上的移动台、固定安装于移动台上的安装架，所述光掩模版转动连接于安装架上。
17.通过采用上述技术方案，通过调节光掩模版相对光轴的角度，使得光掩模版上的图案与光斑一一对应。
18.可选的，所述成像透镜组包括至少两个成像透镜，两个所述成像透镜分别位于光掩模版两侧。
19.通过采用上述技术方案，使得经过成像透镜组的光斑具有更好的质量。
20.可选的，所述二向色镜与光轴成45
°
角放置。
21.通过采用上述技术方案，起到将激发激光和返回的荧光信号区分的作用。
22.可选的，所述pmt组包括7个pmt和7个柱面镜，每个pmt对应一个柱面镜，所述柱面镜安装于其对应的pmt前方，所述柱面镜用于将光斑由圆形变成线型再进入pmt。
23.通过采用上述技术方案，将光斑由圆形变成线型再进入pmt，从而提高荧光能量效率。
24.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.扩展了空间光调制器的使用，通过分析其功能，配合光掩模版选择不同衍射光
斑，进而设计出一套高速点扫描显微成像系统，达到同时实现对荧光样品进行7路甚至n路的同时扫描效果，理论速度能达到单路点扫描成像的7倍甚至n倍；2.系统结构简单的特点，方便后期研究人员对光路进行调节；3.可实现每路激光的单独开关和强度调节。
附图说明
25.图1是相关技术的系统设计示意图。
26.图2是实施例1的系统设计示意图。
27.图3是实施例1中预先设计计算好的全息相位图。
28.图4是实施例1中空间光调制器加载的全息相位图经过傅里叶变换后的光斑分布图。
29.图5是实施例2的系统设计示意图。
30.图6是实施例2中单模光纤组的正六边形均匀排列方式示意图。
31.图7是实施例3中调节平台的结构示意图。
32.图8是实施例3中安装架和光掩模版的剖视图。
33.附图标记说明：1、激光器；2、反射镜组；3、转镜扫描系统；4、半透半反镜；5、检测ccd；6、反射镜；7、平移台；8、激光发射器；9、扩束镜组；10、空间光调制器；11、成像透镜组；12、光掩模版；13、成像透镜；14、转镜；15、第一透镜组；16、物镜；17、二向色镜；18、第二透镜组；19、定制光纤组；20、pmt组；21、单模光纤组；22、调节平台；23、底台；24、移动台；25、安装架；26、第一滑槽；27、第一滑块；28、第一丝杆；29、第一施力把；30、第二滑槽；31、第二滑块；32、第二丝杆；33、第二施力把；34、电缸；35、球头。
具体实施方式
34.以下结合附图1-8对本技术作进一步详细说明。
35.参照图1，在相关技术中，一种高速点扫描显微成像系统，包括若干个激光器1、若干个反射镜组2、转镜扫描系统3、半透半反镜4和检测ccd5。此处以七个激光器1举例。一个激光器1对应一个反射镜组2，反射镜组2包括若2个反射镜6。通过对每一个激光器1对应的反射镜组2中反射镜6的角度调节，来保证每一路激光入射夹角θ一致。检测ccd5安装于光路重合处，用于观测光路是否发生时飘。这样无疑大大增加了系统的复杂程度和硬件的成本，同时也给后期的光路维护带来的不便。
36.实施例1本技术实施例公开一种高速点扫描显微成像系统。参照图2，一种高速点扫描显微成像系统包括激光发射装置、转镜扫描系统3、平移台7、荧光收集系统。激光发射装置包括激光发射器8、扩束镜组9和激光调制系统。激光调制系统包括空间光调制器10、成像透镜组11、光掩模版12。成像透镜组11包括一对成像透镜13，光掩模版12放置于两个成像透镜13之间。
37.激光发射器8发出光束，光束被扩束镜组9扩束至满足空间光调制器10的要求，这样可以有效的降低激光单位面积的能量，使其满足空间光调制器10的损伤阈值，并使激光发射器8出来的光斑能覆盖空间光调制器10，使激光能进行更好的调制。扩束后的激光以一
定的角度入射进空间光调制器10芯片，利用控制空间光调制器10加载的相位图（参照图3），从而实现每个像素的相位与强度的调节，经过空间光调制器10衍射的光斑在成像透镜13傅里叶面上成像出7个正六边形分布的光斑（参照图4）。利用光掩模版12对激光进行滤波，提高光斑质量。通过光掩模版12的光斑经过转镜扫描系统3共轭至样品面，激光激发样品面上的荧光染料发出荧光信号，返回经过物镜16后进入荧光收集系统，经过处理后，成像出样品的图案。
38.具体的，参照图2，激光发射器8为连续稳定的半导体激光器1，波段根据样品荧光激发波段进行选择。激光器1波长越短，系统分辨率越高。空间光调制器10加载预算计算好的全息相位图，空间光调制器10用于实现每个像素的相位与强度的调节，入射空间光调制器10的光为扩束后的高斯光束。空间光调制器10可以选择纯相位型空间光调制器10。
39.参照图2，转镜扫描系统3包括转镜14、第一透镜组15、物镜16，第一透镜组15包括若干个透镜。经过光掩模版12滤波后的光斑经过成像透镜13成像在转镜14上，转镜14在一个维度上进行高速旋转，提供x轴的高速扫描，经过第一透镜组15对扫描光束进行边缘矫正，最后经过物镜16，将成正六边形均匀分布的7个点成像到样品面。转镜14提供光束在样品上的一维扫描，另一维度的扫描靠带动样品高速位移的平移台7来实现，并且可以用位移台来做大视场扫描的拼接。
40.平移台7包括基台、第一承载台和第二承载台，第一承载台滑动连接于基台，第二承载台滑动连接于第一承载台，第二承载台可相对第一承载台移动的方向垂直于第一承载台可相对基台移动的方向。样品放置于第二承载台上。基台和第一承载台之间、第一承载台和第二承载台之间均通过丝杠组件连接，使得第一承载台可相对基台、第二承载台可相对第一承载台高速移动，实现使得样品高速位移。
41.参照图2，荧光收集系统包括二向色镜17、第二透镜组18、定制光纤组19、pmt组20。二向色镜17与光轴成45
°
角放置。定制光纤组19包括若干根定制光纤，每根光纤直径为50um-100um。pmt组20包括7个pmt和7个柱面镜，每个pmt对应一个柱面镜，柱面镜安装于其对应的pmt前方，柱面镜用于将光斑由圆形变成线型再进入pmt。
42.光在荧光样品上扫描引发荧光样品激发荧光信号，荧光信号经过物镜16返回，分别经过第一透镜组15，因为荧光波段和激发光波段存在一定差距，被二向色镜17反射进探测路，经过第二透镜组18的收集，荧光信号进入定制光纤，然后进入pmt组20，最后经过采集卡的处理，成像出样品的图案。
43.实施例2实施例2和实施例1的区别在于，激光发射装置不同。参照图5和图6，激光发射装置包括单模光纤组21和成像透镜13。单模光纤组21包括7根单模光纤，7根单模光纤均匀分布成正六边形。单模光纤组21经过成像透镜13的傅里叶变换成像在转镜14上。
44.当空间光调制器10的价格超过n路激光器1时可以考虑用定制光纤的方案来实现，随着激光器1数量增加，当n路激光器1的价格大于空间光调制器10时，可以考虑用空间光调制器10激光调制的方案来实现。从而进一步的控制成本。
45.实施例3实施例3和实施例1的区别在于，参照图7和图8，为了保证光掩模版12上的图案和经过傅里叶变换后的光斑重合，激光调制系统还包括调节平台22。调节平台22包括底台23、
滑动连接于底台23上的移动台24、固定安装于移动台24上的安装架25，光掩模版12转动连接于安装架25上。
46.具体的，参照图7和图8，底台23上开设有第一滑槽26，第一滑槽26内滑动连接有第一滑块27，移动台24固定连接于第一滑块27上。底台23上转动连接有第一丝杆28，第一丝杆28通过轴承转动连接于底台23。第一丝杆28一端穿出底台23且穿出底台23一端固定连接有第一施力把29。第一丝杆28螺纹连接于第一滑块27。通过旋拧第一丝杆28可以驱使移动台24相对底台23滑动。
47.参照图7和图8，移动台24上开设有第二滑槽30，第二滑槽30内滑动连接有第二滑块31，安装架25固定连接于第二滑块31上。移动台24上转动连接有第二丝杆32，第二丝杆32通过轴承转动连接于移动台24。第二丝杆32一端穿出移动台24且穿出移动台24一端固定连接有第二施力把33。第二丝杆32螺纹连接于第二滑块31。通过旋拧第二丝杆32可以驱使安装架25相对移动台24滑动。
48.参照图7和图8，安装架25上安装有电缸34，电缸34的活塞杆一端设有球头35。电缸34活塞杆通过球头35球接于光掩模版12。电缸34设有三个且分别对应光掩模版12三角。通过电缸34活塞杆的伸缩来使得光掩模版12可自动相对安装架25转动。通过调节移动台24、安装架25、光掩模版12的位置，从而使得光掩模版12可垂直于光轴，更好的进行滤波。
49.为了更方便调节光掩模版12的位置，光掩模版12朝向光源的一侧侧壁安装有光强度传感器。底台23上安装有控制模块。光强度传感器电连接于控制模块。电缸34电连接于控制模块。在调节光掩模版12的位置时，通过电缸34带动光掩模版12进行各个角度最大角度的转动，然后再带动光掩模版12转动回光强度传感器检测到光强度最大时对应的光掩模版12所处位置，此时光掩模版12处于垂直光轴的位置。
50.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。