[發(fā)明專利]光束復(fù)用共聚焦成像裝置及成像方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010591075.7
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111751340B
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫長勝;李伸朋;崔健
• 申請（專利權(quán)）人: 寧波舜宇儀器有限公司
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G02B27/10
• 代理公司: 北京謹誠君睿知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11538
• 代理人: 陸鑫;延慧

1.一種光束復(fù)用共聚焦成像裝置，其特征在于，包括：

光源單元(1)，用于輸出包含n種波長的激光合束或n種波長的子光束，n≥2；

二色分光單元(3)，設(shè)有m個二色分光鏡和熒光發(fā)射濾色片，用于透射激光光束，反射熒光光束，且m＝n；

子光束操縱單元(4)，用于實現(xiàn)所述子光束之間相對角度的操縱與改變；

掃描單元(5)，設(shè)置在所述子光束操縱單元(4)與顯微鏡物鏡之間用于引導(dǎo)光束；

熒光探測單元(6)，設(shè)有k個熒光探測器用于接收所述二色分光單元(3)反射的熒光光束，且k＝n；

以及控制與信息處理單元(7)；

所述子光束操縱單元(4)用于將光束輸出改變?yōu)楣饫w端口輸出，并控制所述光纖端口的相對位置；

所述子光束操縱單元(4)包括與子光束數(shù)目一致的光纖耦合透鏡、光纖、光束操縱機械結(jié)構(gòu)以及準直透鏡；

所述光纖端口固定在所述光束操縱機械結(jié)構(gòu)上，所述光束操縱機械結(jié)構(gòu)用于操縱改變所述光纖端口的相對位置以實現(xiàn)子光束之間相對角度的操縱與改變；

所述光束操縱機械結(jié)構(gòu)包括定位盤、與定位盤中心重合的驅(qū)動盤，所述定位盤上等間隔設(shè)有多個定位直槽，所述驅(qū)動盤上設(shè)有與所述定位直槽相對應(yīng)的弧形驅(qū)動槽，所述光纖端口固定在所述弧形驅(qū)動槽與所述定位直槽相交處。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束復(fù)用共聚焦成像裝置，其特征在于，所述光源單元(1)輸出包含n種波長的激光合束時，所述光束復(fù)用共聚焦成像裝置還包括子光束生成單元(2)，用于將所述光源單元(1)輸出的激光合束按照能量或按照激光合束包含的波長成分分成n束子光束，n≥2。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光束復(fù)用共聚焦成像裝置，其特征在于，所述子光束生成單元(2)包括光纖分束器和/或分束鏡將所述光源單元(1)輸出的激光合束按照能量分成n束子光束。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光束復(fù)用共聚焦成像裝置，其特征在于，所述子光束生成單元(2)包括光纖波分復(fù)用器和/或二色分光鏡將所述光源單元(1)輸出的激光合束按照波長成分分成n束子光束。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束復(fù)用共聚焦成像裝置，其特征在于，所述光纖端口與熒光樣本物側(cè)焦面光學(xué)共軛。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的光束復(fù)用共聚焦成像裝置，其特征在于，任意兩子光束相對位置與所述定位盤和驅(qū)動盤之間旋轉(zhuǎn)角度滿足關(guān)系式：

其中為任意兩個光纖之間的相對位置，k為正的實常數(shù)，θ為定位盤和驅(qū)動盤之間的旋轉(zhuǎn)角度，為任意對應(yīng)兩個光纖之間的相對位置方向上的單位矢量。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光束復(fù)用共聚焦成像裝置，其特征在于，所述弧形驅(qū)動槽中心線滿足關(guān)系式：

其中l(wèi)為弧形驅(qū)動槽中心線上任一點與驅(qū)動盤中心軸線的距離，h為正的實常數(shù)；為驅(qū)動盤旋轉(zhuǎn)到所選任一點的旋轉(zhuǎn)角度。

8.一種利用權(quán)利要求1-7任一項所述的光束復(fù)用共聚焦成像裝置的成像方法，包括：

光源單元輸出包含n種波長的激光合束經(jīng)自子光束生成單元生成n束子光束至二色分光單元，或光源單元輸出n種波長的子光束至二色分光單元，n≥2；

之后子光束進入子光束操縱單元，耦合進n根光纖中，光纖端口固定在光束操縱機械結(jié)構(gòu)上，通過控制與信息處理單元控制光束操縱機械結(jié)構(gòu)改變光纖端口的相對位置，以操縱改變子光束的相對角度；

然后經(jīng)過準直透鏡、經(jīng)掃描單元后入射到物鏡上，經(jīng)過物鏡會聚在熒光樣本表面不同位置；

熒光樣本上的熒光染料在照明光束的作用下發(fā)出熒光，不同位置發(fā)出的熒光經(jīng)過物鏡和掃描單元后逆著照明光束方向進入子光束操縱單元，并分別被耦合進入光纖；

光束從光纖出射后逆著照明光束方向進入二色分光單元，經(jīng)反射后通過熒光發(fā)射濾色片進入熒光探測單元；熒光探測單元中含有光電倍增管(PMT)，即熒光探測器，光電倍增管探測到的熒光信號被熒光探測單元中的信號處理電路轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后送入控制與信息處理單元，控制與信息處理單元將接受到的熒光信號處理后得到共聚焦顯微圖像。