一种物镜后焦面成像系统及方法

本申请实施例涉及显微镜，具体涉及一种物镜后焦面成像系统及方法。

背景技术：

1、超分辨荧光显微镜一般具有三种照明模式：epi、tirf和hilo。其中，epi模式指的是激发光光束以接近垂直于交界面的形式穿过样品，实现最大的照明强度，这种照明方式对于超过10μm深的厚样品成像非常适用。但是，与tirf模式和hilo模式等其他照明模式相比，epi模式中对焦平面外分子的强烈照明会产生较高的背景噪声。tirf显微镜则使用全内反射现象以减少背景噪声，由于只有距离盖玻片200纳米的样品薄层可被激发，因此几乎所有发射荧光都聚焦，背景噪声显著降低，它适用于具有精细结构、厚度小于200nm且靠近盖玻片的样品。在hilo显微镜中，激光以锐角穿过样品，这使得成像深度高达10μm，信噪比略低于tirf。

2、为了满足不同样品的需求，超分辨显微系统需要在不同的照明模式之间切换，但目前市场上的商用超分辨显微镜多采用移动外激发光路的方式，使照明光束沿与光轴垂直的水平面上移动，从而实现激发光在样品处以不同角度入射，但该方式不能直观的观测到入射光在物镜后焦面上的位置。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种物镜后焦面成像系统及方法，该成像系统通过后焦面成像来实现快速精准的监测激发光的入射角度，从而监测不同照明模式的切换。

2、第一方面，本申请实施例提出了一种物镜后焦面成像系统，包括激发光部件和后焦面成像部件，所述后焦面成像部件监测所述激发光部件发射出的激发光束，所述激发光部件包括激光部件和反射部件，所述反射部件将所述激光部件发射出的激发光束反射到所述后焦面成像部件；所述后焦面成像部件包括依次设置的承载样品的物镜、二向色镜、可控透镜和相机，所述激发光束经所述二向色镜反射至所述物镜并聚焦，聚焦在所述物镜的激发光束分为第一光束和第二光束，其中，所述第一光束经所述物镜反射后穿过所述二向色镜和可控透镜后照射在所述相机上形成圆像；所述第二光束穿过所述物镜后照射在所述样品上，所述第二光束经所述样品反射穿过所述物镜、二向色镜、和可控透镜后照射在所述相机上形成光点像。

3、在本申请的物镜后焦面成像系统中，所述激光部件包括激光器、单模光纤和光纤头，所述激光器产生所述激发光束，所述单模光纤传输所述激发光束，其两端分别连接所述激光器和光纤头，所述光纤头发射所述激发光束。

4、在本申请的物镜后焦面成像系统中，所述光纤头可沿垂直于所述激发光束轴线方向水平移动，移动范围为±9mm。

5、在本申请的物镜后焦面成像系统中，所述反射部件包括依次排列的准直透镜、滤光片、可调光阑、第一聚焦透镜和反射镜，所述准直透镜将所述激发光束准直，经所述滤光片、可调光阑和第一聚焦透镜将所述激发光束聚焦，再经所述反射镜将所述激发光束反射至所述后焦面成像部件。

6、在本申请的物镜后焦面成像系统中，所述反射镜包括相互平行的第一反镜和第二反镜，所述第一反镜与所述第一聚焦透镜呈45°。

7、在本申请的物镜后焦面成像系统中，所述物镜后焦面成像系统还包括与所述相机连接的计算机，在所述相机上形成的圆像和光点像通过所述计算机显示。

8、第二方面，本申请实施例提出了一种物镜后焦面成像方法，通过第一方面所述的物镜后焦面成像系统实现，包括，

9、激光部件发射出激发光束，所述激发光束经反射部件反射到后焦面成像部件；

10、所述激发光束经二向色镜反射至物镜并将其聚焦，聚焦后的所述激发光束分为第一光束和第二光束，其中，

11、所述第一光束经所述物镜反射后穿过所述二向色镜、和可控透镜后照射在所述相机上形成圆像；

12、所述第二光束穿过所述物镜后照射在物镜上的样品上，所述第二光束经所述样品反射穿过所述物镜、二向色镜、和可控透镜后照射在所述相机上形成光点像。

13、在本申请的物镜后焦面成像方法中，所述激光部件包括激光器、产生所述激发光束的激光器、单模光纤和光纤头，所述激光器产生所述激发光束，所述单模光纤传输所述激发光束，其两端分别连接所述激光器和光纤头，所述光纤头发射所述激发光束，所述光纤头可沿垂直于所述激发光束轴线方向水平移动，移动范围为±9mm。

14、在本申请的物镜后焦面成像方法中，沿与所述激发光束轴线垂直的方向调节所述光纤头位置，进而调节所述激发光束照射在所述物镜后焦面上的位置，使得所述第二光束在所述相机上形成的光点位置随之移动。

15、在本申请的物镜后焦面成像方法中，将所述圆像和光点像显示在与所述相机连接的计算机上。

16、综上所述，本申请实施例提出了一种物镜后焦面成像系统及方法，该物镜后焦面成像系统可以通过计算机上相应软件界面直观的观测到物镜的后焦面情况，即激发光束横截面在后焦面成像面上的具体位置，以便于精确直观的监测激发光束的入射角度，从而区分不同照明模式，还可以根据成像的后焦面上是否存在黑点判断承载样品的玻片和物镜之间的浸没介质中是否有气泡。

技术特征：

1.一种物镜后焦面成像系统，其特征在于，包括激发光部件(20)和后焦面成像部件(30)，所述后焦面成像部件(30)监测所述激发光部件(20)发射出的激发光束(16)，

2.如权利要求1所述的物镜后焦面成像系统，其特征在于，所述激光部件(201)包括激光器(1)、单模光纤(2)和光纤头(3)，所述激光器(1)产生所述激发光束(16)，所述单模光纤(2)传输所述激发光束(16)，其两端分别连接所述激光器(1)和光纤头(3)，所述光纤头(3)发射所述激发光束(16)。

3.如权利要求1所述的物镜后焦面成像系统，其特征在于，所述光纤头(3)可沿垂直于所述激发光束(16)轴线方向水平移动，移动范围为±9mm。

4.如权利要求1所述的物镜后焦面成像系统，其特征在于，所述反射部件(202)包括依次排列的准直透镜(4)、滤光片(5)、可调光阑(6)、第一聚焦透镜(7)和反射镜(8)，所述准直透镜(4)将所述激发光束(16)准直，经所述滤光片(5)、可调光阑(6)和第一聚焦透镜(7)将所述激发光束(16)聚焦，再经所述反射镜(8)将所述激发光束(16)反射至所述后焦面成像部件(30)。

5.如权利要求4所述的物镜后焦面成像系统，其特征在于，所述反射镜(8)包括相互平行的第一反镜(14)和第二反镜(15)，所述第一反镜(14)与所述第一聚焦透镜(7)呈45°。

6.如权利要求1所述的物镜后焦面成像系统，其特征在于，所述物镜后焦面成像系统(100)还包括与所述相机(9)连接的计算机，在所述相机(9)上形成的圆像和光点像通过所述计算机显示。

7.一种物镜后焦面成像方法，通过权利要求1-6所述的物镜后焦面成像系统实现，其特征在于，包括：

8.如权利要求7所述的物镜后焦面成像方法，其特征在于，所述激光部件(201)包括激光器(1)、产生所述激发光束(16)的激光器(1)、单模光纤(2)和光纤头(3)，所述激光器(1)产生所述激发光束(16)，所述单模光纤(2)传输所述激发光束(16)，其两端分别连接所述激光器(1)和光纤头(3)，所述光纤头(3)发射所述激发光束(16)，所述光纤头(3)可沿垂直于所述激发光束(16)轴线方向水平移动，移动范围为±9mm。

9.如权利要求8所述的物镜后焦面成像方法，其特征在于，

10.如权利要求7所述的物镜后焦面成像方法，其特征在于，将所述圆像和光点像显示在与所述相机(9)连接的计算机上。

技术总结
本申请涉及显微镜技术领域，具体公开了一种物镜后焦面成像系统及方法，该物镜后焦面成像系统可以通过计算机上相应软件界面直观的观测到物镜的后焦面情况，即激发光束横截面在后焦面像面上的具体位置，以便于精确直观的监测激发光束的入射角度，从而区分不同照明模式，还可以观测后焦面像面上是否存在黑点判定承载样品的玻片和物镜之间的浸没介质中是否有气泡。

技术研发人员：李依明,刘畅,杨杰,王凤莺
受保护的技术使用者：南方科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15