[发明专利]一种共聚焦光学扫描仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种多针孔共聚焦光学扫描仪，特别涉及使用CCD、EMCCD、CMOS和sCOMS等面阵检测器作为检测单元的、应用于显微成像的多针孔共聚焦光学扫描仪。本发明主要应用于生物医学显微成像领域，也可用于材料研究和集成电路芯片检测成像。

背景技术

随着细胞生物学研究的深入，荧光显微镜成像的应用越来越普遍，共聚焦显微成像更是受到广泛的重视。但是，目前的共聚焦成像系统有各种无法克服问题，使系统的性能难以进一步提高：

1.单针孔激光共聚焦光学扫描仪的成像速度普遍比较低，在典型的1024×1024像素成像条件下，成像速度小于1赫兹；而且单针孔激光扫描共聚焦显微镜使用光电倍增管作为检测元件，光电转换效率不高，只有30％所有的量子效率。

2.转盘共聚焦光学扫描仪利用高速旋转的转盘来驱动等距螺旋排列的针孔扫描对样品。尽管其具有1000赫兹的扫描速度，但位于转盘内径的针孔比位于转盘外径的针孔具有更慢的旋转速度，使得各个针孔对样品的照明时间长短不一，造成照明强度不均匀。而高速旋转的转盘不能实时调节转速，使得对样品的照明与检测器的曝光不能完全同步，给图像带来明暗相间的扫描线，降低了图像质量。

3.滑块共聚焦扫描仪利用往复滑动的滑块来取得多个针孔扫描样品，由于目前的技术限制无法实现高速扫描，扫描速度最快只有20赫兹。

发明内容

本发明的目的是针对目前各种共聚焦光学扫描仪存在的不足之处进行改进，如单点共聚焦激光扫描仪扫描速度慢、灵敏度低；转盘共聚焦扫描仪有亮暗相间的扫描线干扰、照明强度不均一；滑块共聚焦扫描仪扫描速度慢等问题，提供一种新的多针孔共聚焦光学扫描仪，配合荧光显微镜和面阵检测器组成共聚焦成像系统，从而高速地获取高质量的共聚焦图像。

本发明的目的是通过以下的技术方案实现的：

如图1所示，本发明提供一种多针孔共聚焦光学扫描仪，主要包括：光源1；激发滤色片2；照明透镜组3；微透镜阵列4，其上排列了微透镜4a；二色分光镜5；针孔阵列6，其上排列了针孔6a；延迟透镜组7；扫描振镜8，有第一反射面8a和第二反射面8b；截止光阑9，分为透光部分9a和不透光部分9b；全反镜组10；成像透镜组11；发射滤色片12；控制器13；其特征在于：

所述光源1使用激光、发光二极管、汞灯、氙灯和金属卤化物灯中的任意一种或多种作为光源；

所述激发滤色片2的作用在于，透过所述光源1发射的部分波长的光、反射其它波长的光，得到用于照明样品的激发光；

所述照明透镜组3的作用在于，使所述光源1发射并透过所述激发滤色片2的激发光形成平行光束；

所述微透镜阵列4位于所述照明透镜组3，并垂直于所述平行光束，其上排列了多个透光的、具有相等焦距的所述微透镜4a，其余部分不透光；所述微透镜4a是圆形或多边形，如三角形、方形、矩形、四边形、五边形和六边形等；所述微透镜是菲涅耳透镜、曲面反射镜、微型凸透镜型微透镜中的一种或多种，且具有相等的焦距；

所述二色分光镜5位于所述微透镜阵列4和所述针孔阵列6之间，与所述平行光束有45度夹角；

所述针孔阵列6放置在所述二色分光镜5之后，垂直于所述平行光束，并且位于所述微透镜4a的所述二色分光镜5一侧的焦平面上；

所述针孔阵列6上排列了多个透光的所述针孔6a，其余部分不透光；所述针孔6a是圆形或多边形，如三角形、方形、矩形、四边形、五边形和六边形等；

所述针孔6a为圆形时，所述针孔6a的大小r定义为所述圆形的半径；所述针孔6a为多边形时，所述针孔6a的大小r定义为所述多边形的内切圆的半径；

所述针孔6a的大小r由显微镜19的物镜15的数值孔径NA、放大倍率M1、所述延迟透镜组7的放大倍率M2和所述样品16发射荧光的波长λ决定：

r＝0.61×λ÷NA×M1×M2