专利名称：一种共聚焦显微成像的获取装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于共聚焦显微领域，具体涉及一种共聚焦显微成像的获取装置。
背景技术：
普通的显微镜在获得聚焦处信息的同时也获得离焦处的信息，该离焦信息会影响观察到的图像，其效果犹如在聚焦处铺上了一层“薄纱”，大大降低了图像的对比度。所谓的共聚焦显微镜，可以尽量多的抑制聚焦处之外的杂散光，以保证获得的图像主要是来自样品聚焦处的信息，即像面和观察面是完全“共轭”的，去除了 “薄纱”的影响，对比度更高，且 可分层获得样品的信息，也就是光学共聚焦图像，再用这些二维共聚焦图像可以在不破坏样品的情况下重建出样品的三维图像，非常适合于活体观察，并已成为生物医学研究、材料科学和半导体等领域的重要工具。传统的激光扫描共聚焦显微镜，是在普通荧光显微镜的基础上增加了“共聚焦技术”和“激光扫描技术”。共聚焦技术，就是在共聚焦显微镜的光路中设置了两个共聚焦针孔即照明针孔和探测器针孔，并与样品的聚焦点共轭。激光光源发出的激光束，通过照明针孔后成为点光源，经物镜成像在样品上为一个聚焦点，从聚焦点发出(或反射)的光反方向经物镜成像在探测器针孔处，也就是说，放置在探测器针孔后面的探测器只能接收来自聚焦点的光，减少了非聚焦处杂散光的干扰，从而提高获得图像的对比度。这就是一个点物体的共聚焦成像原理，需要配合对样品的逐点扫描才能实现样品的二维共聚焦成像。一般采用激光扫描技术实现对样品的二维扫描成像，即在光路中安装两个检流镜(Galvanometermirror )，其转动角度可控制，分别用于控制光束对样品进行X和Y方向的逐点扫描成像，以获得样品某个深度的共聚焦图像，改变载物台的轴向(Z方向)位置，并获得一系列样品不同深度的共聚焦图像，即可在不破坏样品的情况下对样品进行三维重建，实现活体的三维观察。激光扫描共聚焦显微镜LSCM的横向分辨率接近于普通显微镜的2倍，轴向分辨率可达到几百纳米，虽然如此，但由于存在共聚焦针孔，抑制了绝大部分的杂散光，照明效率很低，使得探测器接收到信号很微弱，需要高灵敏度的光电倍增管PMT作为探测器，但其量子效率低，获得的图像信噪比低；另外，由于采用逐点扫描成像，成像速度过慢，不利于活体的观察；还需要激光作为光源,成本高。激光扫描共聚焦显微镜是基于单光束扫描成像，效率低，成像速度过慢，不利于活体的观察。碟片共聚焦显微镜是基于多光束扫描的方法，速度大大提高，可以实时成像。其具体原理是在样品聚焦平面的共轭面上放置一个可以旋转的碟片，该碟片上开有很多针孔，光源发出的光经过这些针孔后形成许多点光源，经过物镜成像在样品的聚焦平面上，从样品聚焦点发出(或反射)的光反方向经过物镜成像后又聚焦到原来的针孔上(即碟片上的针孔同时充当照明针孔和探测器针孔)，通过分色镜后成像在面阵探测器上，这样可以同时多个点成像，再配合碟片的高速旋转，可以实现快速的二维成像。旋转盘上的微透镜阵列是用于提高照明效率，可以进一步提高成像速度。相对于激光扫描共聚焦显微镜，由于多点成像，采用面阵CCD探测器，速度较高，也不需要激光作为光源；多点成像也带来些不足，一是杂散光会通过邻近的针孔进入探测器，降低图像的对比度，影响分辨率；二是碟片的针孔大小是固定的，不像激光扫描共聚焦显微镜的探测器针孔是可以调节的，也就不能改变分辨率；三是不支持ROI (Region of interest)功能；四是系统更复杂、昂贵。
发明内容本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种扩展性好、系统简单的共聚焦显微成像的获取装置。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种共聚焦显微成像的获取装置，其特征在于包括光源、照明透镜、分光分色片、数字微镜器件DMD、物镜、成像透镜、摄像头、DMD控制器和计算机；在所述分光分色片的透射光轴上依次设置所述光源、照明透镜、分光分色片及数字微镜器件DMD，所述物镜置于所述数字微镜器件DMD与样品之间，在所述分光分色片的反射光轴上依次设置所述分光分色片、成像透镜和摄像头；所述光源经照明透镜会聚后穿过分光分色片，经数字微镜器件DMD反射后进入物 镜，最后照射在样品上，样品受激发后发出荧光，沿反方向经物镜放大后成像在数字微镜器件DMD上，再经分光分色片反射后进入成像透镜，最后成像在摄像头上；所述计算机与所述DMD控制器、摄像头分别相互电联接，所述DMD控制器分别电联接摄像头、数字微镜器件DMD，所述摄像头、数字微镜器件DMD在所述计算机的控制下同步工作，在摄像头的曝光期间，数字微镜器件DMD被分成不同类微镜，该不同类微镜依次处于“开-关”状态。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是因为本实用新型利用可编程的空间光调制器件-数字微镜器件DMD作为照明/探测器针孔，针孔尺寸和密度可调，即相当于分辨率和速度可调，所以本发明I)可以设定分辨率优先或速度优先两种共聚焦模式；2)可以快速切换共聚焦图像与普通图像，当所有微镜全部开启，就不存在针孔，即为一台普通的显微镜；3)具有ROI (Region of interest)功能，设定其中感兴趣区域ROI对应的微镜充当可编程的照明/探测器针孔，其它微镜始终关闭，这样，只有感兴趣区域ROI才能获得共聚焦图像；4)没有运动部件，控制简单，更稳定；5)核心部件采用商业器件，成本更低。
图I是本实用新型实施例的结构示意图；图2是本实用新型实施例中数字微镜器件DMD子块分割的一种实例(M=8，N=2,L=4)；图3是本实用新型实施例中数字微镜器件DMD子块分割的另一实例(M=3，N=I, L=3)。
具体实施方式
以下结合附图实施例，对本实用新型做进一步描述如图1、2、3所示，一种共聚焦显微图像的获取装置，包括光源I、照明透镜2、分光分色片3、数字微镜器件DMD4、物镜5、成像透镜7、摄像头8、DMD控制器9和计算机10，光源I经照明透镜2会聚后穿过分光分色片3，经数字微镜器件DMD 4反射后进入物镜5，最后照射在样品6上，样品受激发后发出荧光，沿反方向经物镜5放大后成像在数字微镜器件DMD 4上，由于荧光的波长大于激发光，再经分光分色片3反射后进入成像透镜7，最后成像在摄像头8上。DMD控制器9与数字微镜器件DMD 4、摄像头8电连接，计算机10与DMD控制器9、摄像头8相互电连接，由计算机10控制数字微镜器件DMD 4和摄像头8同步工作。所述的光源I，可以选用LED,闻压萊灯，闻压金齒灯等，不必选用昂贵的激光；所述的摄像头8，优选的为黑白的高灵敏度且具有外触发功能，如Andor的DC-152Q-FI ；所述的DMD控制器9，优选的带有同步输出功能，如上海辛同信息科技有限公司的XD-DOl开发板，其输出同步信号电连接至DC-152Q-FI的外触发信号。 本实用新型的工作原理及工作过程如下共聚焦显微成像的获取方法，包括如下步骤a)采用一数字微镜器件DMD，同时作为可编程的照明针孔和探测针孔；b)将上述数字微镜器件DMD分成若干类微镜，即将数字微镜器件DMD分割成若干个连续的子块，每个子块包含个微镜；，其中N为自然数，L为大等于2的自然数；在X和y方向分别以N为基本单位，将每个子块的M2个微镜分成L2个连续次子块，并对L2个次子块依次按1，2，3…L2编号，即所有的微镜被分成L2类微镜I、微镜2、微镜3、……微镜L2 ;所有的微镜是在摄像头曝光期间分时开启的；c)设定摄像头的曝光时间；启动数码摄像头曝光的同时，所有微镜I同步动作，处于“开”状态，其余微镜均处“关”状态，保持曝光时间的L2分之一后，再同步开启所有微镜2，同步关闭其余微镜，……依此类推，微镜按编号1、2、3、……L2逐一处于“开”状态，直至微镜L2处于“开”状态，并保持曝光时间的L2分之一 ；d)直到所有各类微镜开启一遍后，同步关闭所有微镜，摄像头停止曝光，即可获得一幅共聚焦图像。所述数字微镜器件DMD的每个微镜，均有两种工作角度±12° ;定义其中一个角度如+12°为“开”状态，则-12°为“关”状态；所述的M可根据需要选定，改变M的大小，等效于调整针孔的密度，M越大，分辨率越高，速度会较慢，M越小，速度会较快，但分辨率越低；所述的N可根据需要选定，改变N的大小，等效于调整针孔尺寸，N越大，针孔越大，速度会较快，但分辨率越低，N越小，针孔越小，分辨率越高，但速度会较慢。如图2所示，将数字微镜器件DMD 4分割成若干个连续的子块，每个子块包含8 X 8(即M=8)个微镜，在X和y方向分别以2 (即N=2)为基本单位将每个子块的64个微镜分成16 (即L=4)个连续次子块，并对16个子块依次按1，2，3…16编号，即所有的微镜被分成16类微镜I、微镜2、微镜3…….微镜16 ;在摄像头曝光期间，依次使这16类微镜分时处于“开”状态。工作时计算机10根据需要，将曝光时间设定为160ms传送至DMD控制器9，当DMD控制器9接收到计算机10发出的启动命令后，产生一个与曝光时间相等即160ms的同步信号，触发数码摄像头8 (DC-152Q-FI)开始曝光的同时，所有微镜I同步动作，处于“开”状态，其余微镜均处“关”状态，保持IOms (160ms/16);再同步开启所有微镜2，同步关闭其余
微镜，保持IOms (160ms/16)；......依此类推，微镜按编号1、2、3、......16逐一处于“开”状
态，直至微镜16处于“开”状态，并保持IOms之后，同步关闭所有微镜，同时关闭同步信号，摄像头8停止曝光，由计算机10采集摄像头8获得的图像数据，即可获得一幅全局的共聚焦图像。数字微镜器件DMD 4的子块分割大小即M、N、L的选择可以根据需要确定，改变M的大小，等效于调整针孔的密度，M越大，分辨率越高，速度会较慢，M越小，速度会较快，但分辨率越低；改变N的大小，等效于调整针孔尺寸，N越大，针孔越大，速度会较快，但分辨率越低，N越小，针孔越小，分辨率越高，但速度会较慢。图3是数字微镜器件DMD 4子块分割的另一种具体实例，即M=3，N=I, L=3。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同 变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。
权利要求1. 一种共聚焦显微成像的获取装置，其特征在于包括光源、照明透镜、分光分色片、数字微镜器件DMD、物镜、成像透镜、摄像头、DMD控制器和计算机；在所述分光分色片的透射光轴上依次设置所述光源、照明透镜、分光分色片及数字微镜器件DMD，所述物镜置于所述数字微镜器件DMD与样品之间，在所述分光分色片的反射光轴上依次设置所述分光分色片、成像透镜和摄像头；所述计算机与所述DMD控制器、摄像头分别相互电联接，所述DMD控制器分别电联接摄像头、数字微镜器件DMD，所述摄像头、数字微镜器件DMD在所述计算机的控制下同步工作，在摄像头的曝光期间，数字微镜器件DMD被分成不同类微镜，该不同类微镜依次处于“开-关”状态。
专利摘要一种共聚焦显微成像的获取装置，包括光源、照明透镜、分光分色片、DMD、物镜、成像透镜、摄像头、控制器和计算机；在分光分色片的透射光轴上依次设置光源、照明透镜、分光分色片及数字微镜器件DMD，物镜置于数字微镜器件DMD与样品之间，在分光分色片的反射光轴上依次设置分光分色片、成像透镜和摄像头；计算机与控制器、摄像头分别相互电联接，控制器分别电联接摄像头、DMD，摄像头、DMD在计算机控制下同步工作。其优点是1)可以设定分辨率优先或速度优先两种共聚焦模式；2)可以快速切换共聚焦图像与普通图像；3)具有ROI功能；4)没有运动部件，控制简单，更稳定；5)核心部件采用商业器件，成本更低。
文档编号G02B21/00GK202383351SQ20112055416
公开日2012年8月15日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者陈木旺 申请人:麦克奥迪实业集团有限公司