一种照明装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种照明装置和方法，特别涉及用于提高共聚焦显微成像系统轴向分辨率的照明装置。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】
[0002]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。目前的共聚焦成像系统使用的均为传统的、均匀的光源，照明光经透镜汇聚穿过针孔，再经由显微镜的物镜照明样品，最后由探测器采集样品通过物镜和针孔反射或发射的光信号，以获得具有一定轴向分辨率的共聚焦图像。其中，照明光对位于物镜焦面的样品部分的照明，要强于位于物镜非焦面的样品部分，部分非焦面样品的光信号被共聚焦成像系统的针孔阻挡，部分仍能通过针孔被探测器检测为噪声。
[0003]如图2所示，对于透光的生物样品，照明光从共聚焦显微成像系统的光源I发出，除了照射到位于显微镜物镜焦平面的样品10外，同样照射位于显微镜物镜非焦面的样品17，照明强度随位于显微镜物镜非焦面的样品17与焦平面的轴向距离增加而迅速降低。如果增大共聚焦显微成像系统的照明针孔5或成像针孔7的直径，则轴向分辨率降低，获得的共聚焦图像亮度增加。这表明使用传统照明方式，无法避免对位于显微镜物镜9非焦面的样品17的照明，而位于显微镜物镜非焦面的样品17的信号相对于位于显微镜物镜焦面的样品10的信号而言，为共聚焦成像系统的图像噪声，该噪声降低了图像的信噪比，降低了共聚焦成像系统的轴向分辨率。
[0004]另外，使用传统准直光源的共聚焦显微成像系统对位于显微镜物镜非焦面的样品17的照明，也加快了位于显微镜物镜非焦面的样品17的荧光染料的悴灭。因而，在使用共聚焦显微成像系统对样品进行长时间照明或三维扫描成像时，对位于显微镜物镜焦面的样品10和位于显微镜物镜非焦面的样品17的荧光抗悴灭要求更高，加大了科研实验的难度。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对目前各种共聚焦显微成像系统使用的传统准直光源存在的不足进行改进，设计了一种照明装置和方法，可提高共聚焦显微成像系统的轴向分辨率。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0007]如图1所示，本发明提供一种照明装置和方法，使共聚焦成像系统，在保持对位于显微镜物镜9焦面的样品10的照明或激发不变的同时，避免或减少对位于显微镜物镜9非焦面样品17的照明或激发，以提高位于显微镜物镜焦面的样品10与位于显微镜物镜非焦面的样品17反射光或发射荧光的对比度，从而提高共聚焦成像系统的轴向分辨率。本装置包括:准直镜2 ;第一环形透镜3a ;第二环形透镜3b ;汇聚透镜4 ；
[0008]所述准直镜2将所述光源I发射的光准直为平行光束，所述平行光束的直径小于或等于所述第一环形透镜3a的直径；其光轴平行于所述显微镜物镜9的光轴；
[0009]所述第一环形透镜3a为环形凸透镜，其光轴平行于所述准直镜2的光轴，且使所述平行光束完全通过所述第一环形透镜3a并汇聚为环形光圈；
[0010]所述第二环形透镜3b的光轴与所述第一环形透镜3a的光轴重合，所述第二环形透镜3b的焦点与所述第一环形透镜3a的焦点重合，且所述第二环形透镜3b的焦距比所述第一环形透镜3a的焦距短；
[0011]所述第二环形透镜3b可以是环形凸透镜或环形凹透镜；
[0012]所述第一环形透镜3a和第二环形透镜3b组成的环形透镜组可以用环形光阑13替代；
[0013]所述第一环形透镜3a和第二环形透镜3b组成的环形透镜组可以用两个互相平行的、可同时转动的反射镜16a和16b替代；
[0014]所述汇聚透镜4的光轴与所述显微镜物镜9的光轴重合，其焦点与所述共聚焦成像系统的照明针孔5重合；所述汇聚透镜4的数值孔径小于或等于所述显微镜物镜9的数值孔径除以所述显微镜物镜9的倍率；
[0015]本发明的优点如下:相比传统的均匀的照明，本发明提高了共聚焦成像系统的轴向分辨率。
【附图说明】
[0016]图1:本发明的第一种实施例的示意图
[0017]图2:传统照明装置用于共聚焦成像系统的示意图
[0018]图3:本发明的第二种实施例的示意图
[0019]图4:本发明的第三种实施例的示意图
[0020]图5:本发明的第四种实施例的示意图
[0021]图6:本发明的第五种实施例的示意图
[0022]图7:本发明的第六种实施例的示意图
[0023]图8:本发明的第七种实施例的示意图
[0024]图9:应用于本发明的不同结构的环形透镜3a和3b，可使相同直径的平行光束形成不同直径的环形平行光
[0025]图面说明:
[0026]1-光源；2_准直镜；3a_第一环形透镜；3b_第二环形透镜；4_汇聚透镜；5_照明针孔；6_ 二色分光镜；7_成像针孔；8_探测器；9_显微镜物镜；10_位于显微镜物镜焦面的样品；11_激发滤光片；12_发射滤光片；13_环形光阑；14_针孔阵列；15_成像透镜；16a-第一反射镜；16b-第二反射镜；17-位于显微镜物镜非焦面的样品。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和实施例进一步描述本发明。
[0028]实施例1
[0029]图1是与本发明相关的第一种照明装置用于共聚焦成像系统荧光成像的示意图:光源I发射的光经过所述准直镜2准直为平行光束；所述平行光束经过激发滤光镜11过滤，得到特定波段的平行激发光；所述平行激发光被所述第一环形透镜3a汇聚为环形光圈，然后所述环形光圈被所述第二环形透镜3b准直为环形平行激发光，第二环形透镜3b为环形凸透镜；所述环形平行激发光经所述汇聚透镜4汇聚穿过所述共聚焦成像系统的所述照明针孔5，由二色分光镜6反射并通过所述显微镜物镜9，激发位于所述显微镜物镜9焦面的样品10 ;位于显微镜物镜焦面的样品10发射的荧光被所述显微镜物镜9汇聚穿过所述二色分光镜6、所述共聚焦成像系统的成像针孔7和发射滤光镜12，被探测器8检测；所述位于显微镜物镜焦面的样品10反射的激发光和发射的其它波段的荧光被所述发射滤光镜12截止；最后，所述共聚焦成像系统的扫描单元(未画出)扫描显所述位于显微镜物镜焦面的样品10，并由软件把所