[发明专利]基于色散元件的多角度全内反射照明成像装置

说明书

本发明公开了一种基于色散元件的多角度全内反射照明成像装置，包括照明分光模块、物镜型TIR模块、成像分光模块。利用反射式色散元件对宽光谱平行光束进行分光，不同波长平行光在消色差透镜作用下聚焦到高数值孔径浸油物镜后焦面不同位置，可以得到穿透深度随波长变化的倏逝场，实现穿透深度的调控。在成像光路中，该发明加入了凹面衍射光栅单独提取不同的穿透深度照明下的成像结果，实现多角度全内反射成像。该发明为多角度全内反射成像装置，相比于传统的物镜型多角度全内反射成像装置，该方法成像速度快，并且能够在全内反射成像的同时进行散射光谱分析。

技术领域

本发明涉及一种显微成像装置及方法，具体涉及一种基于色散元件的多角度全内反射照明成像装置，无需进行入射角度调节即可实现多角度全内反射照明，可用于活体细胞细胞膜附近生命活动的三维超分辨成像研究。

背景技术

在传统的多角度全内反射照明成像装置中，每次成像只能实现单个角度照明，多角度照明的实现需要通过调节振镜进行扫描，这样牺牲了时间分辨力，不利于对于无标记生物样品的动态成像。

因此，如何提供一种无需进行入射角度调节即可实现多角度全内反射照明的装置是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，为了克服上述技术问题，本发明提供了一种基于色散元件的多角度全内反射照明成像装置，不需要入射角调节即可实现多角度全内反射照明成像。

基于色散元件的多角度全内反射照明成像装置，包括照明分光模块、物镜型TIR模块和成像分光模块；

所述照明分光模块按照光线传播方向依次为：LED宽谱准直光源、平面反射式光栅和消色差透镜一；

所述LED宽谱准直光源发出宽光谱准直光束，通过所述平面反射式光栅和所述消色差透镜一被分光为a、b、c三个波长的聚焦光，聚焦在高数值孔径浸油物镜后焦面上；

所述物镜型TIR模块按照光线传播方向依次为：高数值孔径浸油物镜后焦面和高数值孔径浸油物镜；

所述高数值孔径浸油物镜后焦面作为照明分光模块的光束聚焦平面，聚焦在高数值孔径浸油物镜后焦面的光束入射至所述高数值孔径浸油物镜，在高数值孔径浸油物镜出射端面形成TIR照明；

所述成像分光模块按照光线传播方向依次为：成像物镜、平面反射镜、消色差透镜二、凹面衍射光栅和相机；

所述成像物镜收集TIR照明下样品的散射光，收集的散射光入射所述的成像物镜后出射为平行光束，平行光束在经过所述的平面反射镜调整光路方向后入射至所述消色差透镜二，将散射光聚焦在所述的凹面衍射光栅物面上，光束经过凹面衍射光栅后聚焦在所述相机上。

优选的，所述平面反射式光栅只有一级衍射条纹进入物镜型TIR模块，一级衍射条纹不同波长分光角度表达式为：

其中，为LED宽谱准直光源发出的光进入平面反射式光栅的入射角度，d为平面反射式光栅的光栅常数，λ代表入射光波长，φ(λ)为分光角度；

优选的，所述消色差透镜一焦面和所述高数值孔径浸油物镜后焦面重合。

优选的，所有波长的照明光束a、b、c入射至所述高数值孔径油浸物镜后出射光与光学系统主光轴夹角大于全内反射临界角：