[发明专利]光扫描系统

说明书

相关申请的交叉引用

该申请要求2011年1月20日提交的临时申请号61/434,557的权益。

技术领域

本公开涉及荧光显微术，并且特别地涉及可以在显微术仪器中使用以照亮并且扫描样本的焦平面的扫描系统。

背景技术

激光扫描共聚焦显微术已经成为光学显微术中的重大进步，主要因为该技术使活的并且固定的细胞和组织内的深部可视化成为可能，并且给予收集清晰可辨的光学片段（可以由此创建样本的三维渲染）的能力。共聚焦显微术提供若干超过常规宽视野光学显微术的优势，包括对景深的控制、远离焦平面的背景信息的排除或减少以及从厚样本收集系列光学片段的能力。共聚焦成像典型地依赖来自空间过滤个体样本点的光的顺序收集，接着电子信号处理并且最终视觉显示为对应的图像点。典型的共聚焦显微镜使用激发光的聚焦束或线来照亮样本内的点或线。跨样本焦平面扫描聚焦激发束可以通过相对于聚焦激发束的固定位置机械平移显微镜台而完成。然而，机械平移该台是耗时的过程。备选地，可以通过将该束从可旋转反射镜反射而跨焦平面扫描激发束。然而，旋转反射镜形成枢转轴线，其常常导致激发束的一部分被位于物镜后方的板裁剪，由此减少到达焦平面的激发束的辐照度。

工程师和显微镜设计师已经尝试通过设计各种基于透镜的系统来控制激发束的路径而纠正这些问题。然而，透镜对于大扫描角以及大大增加的路径长度向系统引入不可接受的偏差，并且透镜还要求另外的对准自由度，其会增加系统复杂度。由于上文描述的原因，工程师、科学家和显微镜制造商继续搜寻用于扫描焦平面的共聚焦照明的更快系统和方法。

发明内容

公开了可以用于进行样本内焦平面的快速逐线照明的各种光扫描系统。这些光扫描系统可以纳入共聚焦显微术仪器来形成激发束枢转轴线，其位于物镜透镜（objective lens）的背板处的光阑内。这些光扫描系统从光源接收激发光束并且引导该激发束通过物镜透镜的背板的光阑中的枢转点同时跨焦平面连续扫描聚焦激发束。这些光扫描系统用平面反射镜实现，其限制激发束的偏差和衰减。这些反射镜可以采用紧凑设置安装来限制路径长度。因为这些光扫描系统不用透镜实现，仅使用四个自由度来调准激发束。

附图说明

图1A示出示例共聚焦显微术仪器的示意表示。

图1B示出图3中示出的共聚焦显微术仪器，其中从样本内的焦平面发射三个荧光束。

图2示出示例共聚焦显微术仪器的示意表示。

图3A-3B示出示例光扫描系统的顶平面视图和等轴视图。

图4示出图3中示出的光扫描系统，用于沿通过枢转点的不同路径输出激发光束。

图5A-5C示出激发束传播通过图3中示出的光扫描系统的三个不同路径的快照。

具体实施方式

图1A示出示例共聚焦显微术仪器100的示意表示。存在许多不同类型的共聚焦显微术仪器和对应的光学路径。仪器100不意在代表共聚焦显微术仪器的所有不同的众所周知的变化形式内的光学路径，而相反意在说明包括集成光扫描系统的共聚焦显微术仪器的一般原理。该仪器100包括光源102、线形成元件103、光扫描系统104、二向色反射镜106、具有背板110的物镜透镜108、台112、过滤器和成像光学器件114、采用卷帘线快门（rolling line shutter）模式的检测器116以及控制单元118。该光源102可以是发射高强度、大致上单色的激发光束120的激光器，该激发光束120选择成激励荧光从荧光探头的荧光团发射，这些荧光团设计成结合于样本122中的特定材料。该光扫描系统104包括扫描反射镜302和两个固定反射镜304和306，它们在下文参照图3-5更详细地描述。激发束120通过线形成元件103，其可以是将激发束120整形成大致上垂直于反射镜304、306和308的平面而引导的线形激发束的powel透镜。