[发明专利]扫描共焦显微术中的改进以及与之相关的改进

说明书

技术领域

本发明涉及扫描共焦显微术，更具体地说，涉及将光入射到扫描共焦显微镜系统的共焦头中。

背景技术

共焦显微镜通常用于观察半透明显微物体的内部细节，特别是在生物应用中，通常采用荧光照明。这种显微镜的基本特征是：利用穿过小孔聚焦的光来照射样本，并且结合对穿过相同小孔返回的光的观察，结果是，检测到的光基本上与样本内该小孔的特定成像平面相关，而不是与上方或下方的平面相关。这样能够在该样本内获得准确的深度分辨率。通常，激光用于在小孔处提供非常紧密聚焦的强光束。

如上所述，这样的系统给出了关于该样本中仅一个点的信息。然而，利用两个可选的和全然不同的方法能够扩展这种原理，从而提供扩展的(extended)样本成像。在第一种方法中，称作‘扫描光斑’，在感兴趣的区域上方对小孔进行光学扫描，并对返回的强度进行记录，以便重建样本的成像。在第二种方法中，对许多小孔进行平行照明，以同时给出横过感兴趣区域的信息。一种这样的构形是‘尼普科盘(Nipkow disk)’，其中将小孔设置在盘中，然后使该盘旋转，以给出该区域的多次扫描覆盖。这种方法本身特别适合用于对活细胞的高速成像，这是目前生物学中相当受关注的课题。然而，本发明与所有形式的共焦扫描有关。

已知的扫描共焦显微镜系统使用光学纤维来将来自于光源的照明光传输至共焦扫描头。通常，来自许多不同光源的光同时或相继地被光学耦合到行进至共焦头的单根光学纤维中。很多方法被用于将来自多光源的光耦合进入单根、单模的光纤内，但是，这些方法往往效率低，并且存在困难，并涉及在各种光学部件之间的精细的对准。

从单模光纤发出的光本质上是高斯光束。因此，照明围绕光纤的轴线集中，其强度与离开中心轴线的角度成比例地下降。这样就导致了来自于扫描光斑系统或横过多点扫描系统的视场的光斑的不均匀照明。

一些共焦扫描头(例如Yokogawa CSU X1)试图通过包括光学系统来化解这种缺点，该光学系统设计为横过视场均匀地重新分配照明。然而，这种光学系统的最佳使用需要进入系统的照明位置方面的高精度。调整输入光纤端部的位置来实现这一点是困难的。

发明内容

本发明提供一种用于将从光源发出的光束输入到扫描共焦显微镜系统的共焦扫描头中的组件，其中该组件包括光束宽度调整器；用于控制光束路径的光束导向器；以及用于将光束导向到在所述共焦扫描头的光输入中的预定点处的焦点的光束聚焦装置。

因此，消除了对从照明系统到共焦头的光纤连接的需求。利用本发明的组件，容易地实现了对进入共焦头的照明的准确控制，与光学纤维输入相比，促进了更为有效的照明和更为均匀的照明。此外，还避免了与使用光学纤维相关的光损失。

优选地，光束宽度调整器被布置成用于对发散光束进行准直。调整器可包括变焦镜头装置，光束宽度能够通过改变变焦镜头装置的光学元件的间距而被调整。

在一个优选实施例中，光束导向器包括两个可枢转地安装的反射镜，它们的枢转轴线基本上彼此垂直，以允许沿两个正交的方向对光束的方向进行控制。

在这里所描述的光输入组件可被提供用于与共焦扫描头结合或作为扫描共焦显微镜系统的一部分。

扫描共焦显微镜系统可布置成将从多个光源发出的光耦合到导入该组件的共同光路径中。例如，与来自每个光源的光相关的波长范围可能不同。

附图说明

体现本发明的光输入组件将通过例子并结合附图来进行描述。

在点2处，光束4从照明系统(未示出)发出。光束可由单个光源发射。可选择的是，从多个光源发出的光可在照明系统中光束4的中心线所遵循的单一路径上耦合。

然后光束4经变焦镜头装置6通过。该装置对光束4进行准直。从变焦镜头装置发出的经准直的光束的宽度可以通过改变两个光学元件6a、6b(它们一起形成变焦镜头装置)之间的间距而被调整。可以理解，各种光学装置都可用于提供合适的变焦镜头装置。在图示实施例中，部件6a呈75mm直径正胶合消色差双透镜的形式，而部件6b为100m直径负胶合单透镜。

从变焦透镜装置发出的经准直的光束随后依次入射到两个反射镜8和10上。各反射镜可枢转地安装，它们的枢转轴线基本上相互垂直以允许沿两个正交的方向对光束的方向进行控制。这允许光束方向在空间上和在角度上(4个自由度)都被控制。

光束随后被聚焦双透镜12导向到点14处的焦点。

通过对各反射镜的定向以及变焦透镜构形进行适当调整，发射到共焦头中的光束可以被优化到很好的程度。