[发明专利]使用锥镜实现暗场显微及荧光显微的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种实现暗场显微及荧光显微的方法及装置。

背景技术

光学显微镜是研究微观世界的重要工具。根据观测方法和观测对象的不同，光学显微镜可以分为明场显微镜、暗场显微镜、荧光显微镜等种类。大部分研究对象都可以使用明场显微镜来观测，但是有一些样品因为其折射率与周围环境非常接近，使用普通明场显微方法很难观察，这时使用暗场显微或荧光显微方法则可以解决这个问题。暗场显微的原理是挡住照明光源的中间部分，仅让照明光束边缘部分的光线以一定的角度斜照明样品，这样一来，照明光束不直接进入显微物镜，而只有样品的散射光进入物镜成像，其效果就好像夜晚的星空，在大片的暗背景下呈现出明亮的样品结构，这种显微方法极大地增加了图像的对比度。作为一种非常简单有效的微观样品边缘检测的手段，暗场显微技术被广泛应用于各个领域。

暗场显微与明场显微的主要区别在于它们的聚光镜设计不同。普通的明场显微聚光镜产生的是一个锥形聚焦光束照明样品，而暗场显微聚光镜则使用一个圆形挡光板遮住照明光束的中间部分，形成了一个空心的锥形聚焦光束。锥形光束的顶点被聚焦到样品表面，光束穿过样品后形成一个倒置的锥形空心光束。显微物镜位于光束的空心位置处，如果照明光束的发散角大于显微物镜的孔径角，则照明光将不会直接进入物镜，而只有被样品散射的光才会通过物镜成像。这种暗场聚光镜的优点是简单易行，但缺点是挡光板挡住了大部分照明光，所以透过率很低。专利CN200410017069.1设计了一种暗场显微聚光装置，具有照明光利用效率高的优点，但是需要使用圆锥形反射器和梯形桶反射器以及在透镜中心打孔等复杂的制作工艺，而且该聚光器只能用于暗场照明。专利CN200480020826.9设计了一种更为复杂的聚光镜系统，需要使用一系列互相配合的光阑来实现，所以整个系统的光透过率不高。

荧光显微方法是先用特殊的染料对待测样品进行处理，然后在观测时使用特定波长的光去照射样品，其中染料受到激发会发出另一波长的荧光，通过该荧光成像而观测样品。随着各种荧光染料的出现，使用不同的荧光染料可以标记不同类型的样品或者标记样品内部不同的构件，从而可以观测样品的精细构成。荧光显微镜已经成为化学和生物样品成像的有力工具。但通常的荧光显微镜要针对不同的荧光波长，在探测器前设置不同的窄带滤光片，以选择使荧光透过而阻挡激发光和其它波长的光进入探测器，这就使得对不同的荧光染料要使用不同的滤光片，而且普通荧光显微镜不同时具有暗场显微的功能。

发明内容

本发明目的是提出一种可实现暗场显微及荧光显微的方法及装置，使用锥镜和一组透镜匹配作为聚光装置，可以同时实现暗场显微、荧光显微及明场显微，解决了现有暗场显微的照明光透过率不高以及现有荧光显微对不同的荧光染料要使用不同滤光片且不能同时具有暗场显微的技术问题。

本发明的技术解决方案是：

一种使用锥镜实现暗场显微及荧光显微的方法，包括以下步骤：

1]产生一平行光束；

2]该平行光束通过锥镜8，发散形成空心光束；

3]调节空心光束的发散角，使出射光线的发散角大于显微物镜14的孔径角；

4]将样品13放置在空心光束的中心，用显微物镜14观察样品13。

上述平行光束为照明光或荧光激发光；所述荧光激发光光源4采用高压汞灯或采用特定波长的激光器；所述调节空心光束的发散角的方法是：将空心光束依次通过透镜I9和透镜II11，使透镜II11出射光线的发散角大于显微物镜14的孔径角；所述锥镜8、透镜I9、透镜II11之间应满足如下关系：