一种显微镜锁焦系统的制作方法

1.本发明涉及显微镜技术领域，尤其涉及一种显微镜锁焦系统。


背景技术：

2.在显微成像过程中，由于外界环境的振动干扰，样品位置在光轴方向会产生偏离，导致像面模糊，尤其在基于单分子定位的超分辨成像系统中，单个点的定位偏离会使重构图像的分辨率降低。
3.基于显微成像中对焦面锁定的必要性，因此现有很多公司都研发了自动锁焦系统。现有的锁焦系统采用横向放大的原理，将样品轴向的偏离转化为横向偏离，再经光学系统放大，ccd相机探测反馈信号，再通过控制系统沿光轴方向上下移动物镜，保证物镜与样品之间距离的恒定，实现自动锁焦。
4.但是现有的锁焦系统，利用的是光学系统的横向放大率，信号在探测器上的位移至少要大于一个像元才可被感知，基于此原理的锁焦系统也就无法实现很高的灵敏度。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种显微镜锁焦系统，能直接探测样品的轴向偏离，提高锁焦精度。
6.本发明一实施例提供一种显微镜锁焦系统，包括：探测光源、半透半反镜、二向色镜、显微镜管镜、显微镜物镜、第一透镜、分束镜、第一狭缝元件、第二狭缝元件、第一雪崩二极管以及第二雪崩二极管；
7.所述第一狭缝元件与所述第一雪崩二极管连接，所述第二狭缝元件与所述第二雪崩二极管连接；
8.所述探测光源，用于生成入射光束；其中，所述入射光束依次经过所述半透半反镜、所述二向色镜、所述显微镜管镜以及所述显微镜物镜射入样品的载玻片；所述载玻片所生成的反射光束依次经过所述显微镜物镜、所述显微镜管镜、所述二向色镜、所述半透半反镜以及所述第一透镜射入所述分束镜；
9.所述分束镜，用于将所述反射光束分成第一光束和第二光束；其中，所述第一光束经过所述第一狭缝元件射入所述第一雪崩二极管；所述第二光束经过所述第二狭缝元件射入所述第二雪崩二极管；
10.在调节至预设的理想焦面时，所述分束镜位于光束汇聚焦点以及所述第一透镜之间，所述第一雪崩二极管至所述分束镜的距离与所述第二雪崩二极管至所述光束汇聚焦点的距离之和，等于所述分束镜至所述光束汇聚焦点的距离。
11.进一步的，所述半透半反镜与所述入射光束所形成的入射角为45度。
12.进一步的，所述二向色镜与所述入射光束所形成的入射角小于45
°
。
13.进一步的，所述光束汇聚焦点、所述第一透镜的中心以及所述分束镜的中心在同一直线上。
14.进一步的，所述第一狭缝元件以及所述第二狭缝元件的规格参数相同，且第一狭缝元件以及所述第二狭缝元件所述均为50μm。
15.进一步的，所述第一雪崩二极管与所述第二雪崩二极管的规格参数相同，且所述第一雪崩二极管与所述第二雪崩二极管的靶面尺寸均大于500μm
×
500μm。
16.进一步的，还包括：所述物镜移动机构，用于计算所述第一雪崩二极管以及所述第二雪崩二极管所产生的电流差值，根据所述电流差值调整所述显微镜物镜的位置，直至所述电流差值为零。
17.通过实施本发明实施例具有如下有益效果：
18.本发明一实施例提供了一种显微镜锁焦系统，该系统包括探测光源、半透半反镜、二向色镜、显微镜管镜、显微镜物镜、第一透镜、分束镜、第一狭缝元件、第二狭缝元件、第一雪崩二极管以及第二雪崩二极管；探测光源所生成的入射光束经过依次经过半透半反镜、二向色镜、显微镜管镜以及显微镜物镜射入样品的载玻片；载玻片所生成的反射光束依次经过显微镜物镜、显微镜管镜、二向色镜、半透半反镜以及第一透镜射入分束镜；分束镜，将反射光束分成第一光束和第二光束；然后分别射入第一雪崩二极管和第二雪崩二极管；在上述系统中分束镜位于光束汇聚焦点以及第一透镜之间；第一雪崩二极管以及第二雪崩二极管关于光束汇聚焦点对称。由于反射光束透过第一透镜后会向透镜的光束汇聚焦点汇聚，在汇聚过程中，在光束汇聚焦点前后对称的位置能量分布是相同。基于这一原理，本发明在构建上述显微镜锁焦系统时会提前设定一个预设的理想焦面，在调节值理想焦面的情况下，将分束镜设置在光束汇聚焦点以及第一透镜之间，然后使得第一雪崩二极管至分束镜的距离与第二雪崩二极管至光束汇聚焦点的距离之和，等于分束镜至光束汇聚焦点的距离。这样的设计结构能够使得在调节值上述理想焦面时，第一雪崩二极管和第二雪崩极管的能量相同，产生的电流也相同。后续在使用该显微镜锁焦系统时，一旦发生轴向偏移两个雪崩二极管的能量就会不一致，产生的电流也会不同，通过可以通过比较第一雪崩二极管和第二雪崩二极管的电流差值，来确定轴向偏移量，实现直接对轴向偏移量的探测，提高锁焦精度。
附图说明
19.图1是本发明一实施例提供的一显微镜锁焦系统的结构示意图。
20.附图标记说明：入射光束1、反射光束2、探测光源10、半透半反镜11、二向色镜12、显微镜管镜13、显微镜物镜14、载玻片15、第一透镜16、分束镜17、第一光束21、第二光束22、第一狭缝元件181、第二狭缝元件182、第一雪崩二极管191、第二雪崩二极管192、光束汇聚焦点161。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.如图1所示，本发明一实施例提供了一种显微镜锁焦系统，包括：探测光源10、半透
半反镜11、二向色镜12、显微镜管镜13、显微镜物镜14、第一透镜16、分束镜17、第一狭缝元件181、第二狭缝元件182、第一雪崩二极管191以及第二雪崩二极管192；
23.第一狭缝元件181与第一雪崩二极管191连接，第二狭缝元件182与第二雪崩二极管192连接；
24.探测光源10，用于生成入射光束1；其中，入射光束1依次经过半透半反镜11、二向色镜12、显微镜管镜13以及显微镜物镜14射入样品的载玻片15；
25.载玻片15所生成的反射光束2依次经过显微镜物镜14、显微镜管镜13、二向色镜12、半透半反镜11以及第一透镜16射入分束镜17；
26.分束镜17，用于将反射光束2分成第一光束21和第二光束22；其中，第一光束21经过第一狭缝元件181射入第一雪崩二极管191；第二光束22经过第二狭缝元件182射入第二雪崩二极管192；
27.在调节至预设的理想焦面时，分束镜17位于光束汇聚焦点161以及第一透镜16之间，第一雪崩二极管191至所述分束镜17的距离与第二雪崩二极管192至所述光束汇聚焦点161的距离之和，等于所述分束镜17至所述光束汇聚焦点161的距离。需要说明的是上述光光束汇聚焦点161指的是在未放置分束镜的状态下，反射光束2经过第一透镜16后光束的汇聚点。
28.上述系统可以集成与现有显微镜的相机出口端，工作原理如下：探测光源10发射的水平入射光束1，先后经过半透半反镜11、二向色镜12、显微镜管镜13、显微镜物镜14(优选的显微镜管镜13、显微镜物镜14为一个4f系统)，入射光束1透过上述部件后依旧为平行光，然后射入到样品的载玻片15位置，经载玻片15反射后生成反射光束2，反射光束2先后经过显微镜物镜14、显微镜管镜13、二向色镜12后，透射经过半透半反镜11然后从第一透镜16入射并汇聚，在汇聚的光束焦点前(即光束汇聚焦点161)。
29.反射光束2射入分束镜17，分束镜17将反射光束2分为第一光束21和第二光束22，第一光束21射入第一雪崩二极管191，由第一雪崩二极管191探测第一光束21所形成的光斑的能量，第二光束22射入第二雪崩二极管192，由第二雪崩二极管192探测第二光束22所形成的光斑的能量。这样通过比对第一雪崩二极管191和第二雪崩二极管192的能量差值，即可获悉样品的轴向偏移量。在本发明中，在构建上述显微镜锁焦系统时会提前设定一个预设的理想焦面，在调节值理想焦面的情况下，将分束镜17设置在第一透镜16以及其光束汇聚焦点161之间，第一雪崩二极管191至分束镜17的距离与第二雪崩二极管192至所述光束汇聚焦点161的距离之和，等于分束17至光束汇聚焦点161的距离。第一雪崩二极管191和第二雪崩二极管192的位置分别位于光束汇聚焦点161前和第二焦点后，如图1所示，第一光束21位于光束汇聚焦点161前(图中所示的光束汇聚焦点161的位置仅仅是示意性的，当载玻片15的位置移动时，光束汇聚焦点161的位置也会发生改变)，第二光束22位于光束汇聚焦点161后。这样使得在不发生轴向偏离时(即调整值预设的理想焦面时)第一雪崩二极管191和第二雪崩二极管192的能量相同，产生的电流也相同，进而比较通过第一雪崩二极管191和第二雪崩二极管192的电流差值，来确定轴向偏移量，实现直接对轴向偏移量的探测，提高锁焦精度。
30.在上述系统中，第一狭缝元件181与第一雪崩二极管191紧密连接，第二狭缝元件182与第二雪崩二极管192紧密连接，这样可以保证雪崩二极管的有效像元尺寸小于入射光
束1的光斑口径。此外，由于在实际情况中，尚无有效靶面宽度为微米级的长条形的商品化雪崩二极管，因此本发明利用狭缝元件“制造”出同效的长条形靶面；
31.在一个优选的实施例中，半透半反镜11与入射光束1所形成的入射角为45
°
。
32.在一个优选的实施例中，二向色镜12与入射光束1所形成的入射角小于45
°
。
33.在一个优选的实施例中，光束汇聚焦点161、第一透镜16的中心以及分束镜17的中心在同一直线上。显微镜管镜13和显微镜物镜14共光轴，且为4f系统。
34.在一个优选的实施例中，第一狭缝元件181以及第二狭缝元件182的规格参数相同，且第一狭缝元件181以及第二狭缝元件182均为50μm。为了降低误差，第一狭缝元件181以及第二狭缝元件182使用规格参数相同的同一款器件，避免由于的规格参数的影响雪崩二极管所探测的能量值。
35.在一个优选的实施例中，第一雪崩二极管191与第二雪崩二极管192的规格参数相同，且第一雪崩二极管191与第二雪崩二极管192的靶面尺寸均大于500μm
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500μm。同样为了避免由于的规格参数的影响雪崩二极管所探测的能量值，采用规格参数相同的同一款器件作为第一雪崩二极管191和第二雪崩二极管192，从而降低误差。
36.在一个优选的实施例中，还包括：物镜移动机构，用于计算第一雪崩二极管191以及第二雪崩二极管192所产生的电流差值，根据电流差值调整显微镜物镜14的位置，直至电流差值为零。在这一实施例中，通过物镜移动机构实现自动化锁焦，具体如下：当系统调焦到理想焦面位置时，进入第一雪崩二极管191与第二雪崩二极管192的光斑能量强度相等，因而两个雪崩二极管的电流差值为0，此时可记为初试位置。当载玻片15向上移动时，光束汇聚焦点161位置向上偏离，此时进入第一雪崩二极管191的能量强度则高于进入第二雪崩二极管192的能量，因此第一雪崩二极管191的电流值大于第二雪崩二极管192的电流值，此时物镜移动机构根据电流差值调整显微镜物镜14沿光轴方向的位置，直至电流差值为0；反之当载玻片15向下移动时，调整原理类似。
37.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。