[发明专利]一种基于变焦原理的可变光片照明系统

说明书

本发明属于显微成像技术领域，具体涉及一种基于变焦原理的可变光片照明系统；从激光光源发出的光经过扩束系统出射为准直光束；准直光束经过柱透镜，在其有光焦度的方向被会聚，在柱透镜后焦面处被压缩成线聚焦光束，而在无光焦度的方向仍平行出射；再借助变焦照明物镜的焦距的变化在其像方后焦面附近得到不同厚度和不同长度的光片；实现了光片厚度和长度的连续变化，适合于不同尺寸样本的观察，简化了操作程序，降低了使用成本；系统总长固定；系统总长较短；避免了较高激光能量损伤镜片的技术效果。

技术领域

本发明属于显微成像技术领域，具体涉及一种基于变焦原理的可变光片照明系统。

背景技术

光片照明显微镜是一种新型的光学显微镜。与传统的荧光显微镜不同，光片照明显微镜的照明光路与荧光探测光路相互垂直。照明光束经过柱透镜形成了在一定范围内厚度很薄、很均匀的片状光束，而探测光路在与照明光路垂直的方向进行探测成像，激发光束被限制在探测物镜焦面附近。光片照明显微镜成像的光毒性弱，成像速度快，适于进行活体组织三维成像与长时间实时成像，可以得到细胞和亚细胞水平的实时动态。因此，光片照明显微镜对于生命科学研究有非常重要的意义。

光片照明显微镜的层切能力主要由光片厚度决定，而其视场就是整个光片的长度。光片的3D图如附图1示，其厚度W定义为激光通过照明物镜后，YZ平面高斯光束束腰位置的半高全宽(FWHM)，视场L定义为两倍瑞利距离(又称光片长度)、通光口径h定义为光片高度。观察不同尺寸的样本，要求的光片厚度和长度也有所不同。现有绝大多数的光片显微镜的光片厚度和长度是确定的，所以要想对不同尺寸样本观察就需要更换不同种类的光片显微镜，这极大地限制了光片照明显微镜的使用范围。由于光片的形状和照明物镜的焦距有关，本专利提出一种变焦照明物镜的设计以获得厚度和长度连续变化的光片的新方法，使得在一个光片照明系统上做到对一定范围内不同尺寸样本的观察。

2011年G.Ritter等人^[1]设计了一款全柱透镜的无焦变倍扩束系统，其扩束比为6.3，并将其应用于光片照明显微镜中，实现了对不同尺寸样本的观察。由于整个系统为全柱透镜，加工和装调都特别困难，制造和装配成本很高；其次它是在扩束系统部分实现的无焦变倍扩束，与本发明提出的方法不同。

[1]G,Ritter,Jan-Hendrik,Spille,Tim,Kaminski,and,Ulrich,Kubitscheck*.A cylindrical zoom lens unit for adjustable optical sectioningin light sheet microscopy[J].OSA,2010,2(138857):185-193。

2009年汤善庆等人设计一种新型激光发射天线^[2]，该天线通过四组元机械补偿变焦物镜实现了激光发射光束孔径的连续变化。该系统除了激光光源和定焦准直镜外，其余部分是一个倒置的开普勒望远镜。该系统用于通信，主要关注光束大小和能量，且变焦物镜系统的使用是为了保证当卫星在不同轨道高度时地面接收天线上光斑的大小不变。这些与本发明提出变焦物镜的使用目的是不一样的，且光学系统的组成和性质也不一样，不能应用于光片荧光照明显微镜中。

[2]汤善庆，陈名松.一种新型激光发射天线的设计与研究[J].大众科技,2009(3)，27-29。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于变焦原理的可变光片照明系统，在不更换光片照明系统的情况下，实现对一定尺寸范围内的生物样本的观察。

为达到上述发明目的，本发明的技术方案是：