[实用新型]椭半球曲面大视野高通量双光子显微镜

说明书

本实用新型公开了一种椭半球曲面大视野高通量双光子显微镜，包括：近红外飞秒脉冲激光器联组、分束延时模块联组、扫描单元联组、合束拼接模块、椭球曲面大视野反射式物镜、二向色片和光电倍增管探测阵列。本实用新型通过反射式物镜的设计来实现椭圆曲面大视野，能将平面矩形的激光扫描场转换成椭圆半球面的激光扫描场；通过多路激光并行扫描和多路荧光并行的探测方式能实现高通量扫描，利用四色原理，将不相邻区域划分为一组，利用区域间隙和合并式半波片最大化多次偏振合束的能量效率；不组激光之间引入延时，通过同时点的区域不相邻、相邻的区域不同时的方案，能有效区分荧光信号的来源区域，极大程度地避免荧光散射带来的信号串扰。

技术领域

本实用新型涉及显微成像仪器领域，特别涉及一种椭半球曲面大视野高通量双光子显微镜。

背景技术

双光子显微镜因为其深的生物组织成像深度和高的空间分辨力，目前在动物脑皮层的神经组织功能结构成像中得到了很好的应用，推动了神经科学(脑科学)的发展。

科学家希望能同时观察记录更大范围内更多的神经元的功能信号，对双光子成像技术提出了新的需求。首先需要达到神经元的分辨率，要求光学分辨率在1～2微米，对应到数值孔径为0.3～0.5；其次图像刷新速度需要至少5帧每秒，才能有效捕捉神经元的钙功能信号；在满足空间和时间分辨率的前提下，成像更大的视野范围，从而单次记录到的神经元数目更多。

目前国际上双光子成像的最大视野直径约为5mm，但全视野的成像速度小于1帧每秒，达不到功能信号探测的要求。在实时成像和单细胞分辨率条件下，双光子成像的视野面积仅为1mm×1mm，对于小鼠来说也仅仅覆盖单个脑功能区。而小鼠全脑皮层面积约200mm2，而且脑表面是不平的，接近于一个椭圆半球，这对光学显微成像来说是一个极大的挑战。

动物在体脑皮层单神经元分辨动态大视野成像，需要解决两方面问题，一是在实现大成像视野面积的同时，令视野弯曲，与脑皮层曲率匹配，这与常规的平场物镜视野设计理念差异巨大；二是大视野高分辨图像要求像素数极多，同时保证时间分辨率，因此需要的成像数据通量是巨大的，因此需要让激光扫描和荧光探测通量呈数量级的提升。

并行扫描和探测是提高激光扫描和荧光探测通量常用手段，将大面积视野划分为若干块区域，多个激光焦点分别进行独立扫描，以及结合多通道探测器或面阵探测器探测各个区域的荧光信号，可以显著提升成像通量。但是目前的并行扫描方案在多次合束拼接视野时激光能量损耗大，每经过一次消偏振合束棱镜，激光能量就减少一半；多通道并行探测存在由荧光散射带来的信号串扰，具体为荧光散射面积较大，荧光同时落在相邻的几个区域，造成通道间的信号串扰。

所以，现在需要一种更可靠的方案。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种椭半球曲面大视野高通量双光子显微镜。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种椭半球曲面大视野高通量双光子显微镜，包括：近红外飞秒脉冲激光器联组、分束延时模块联组、扫描单元联组、合束拼接模块、椭球曲面大视野反射式物镜、二向色片和光电倍增管探测阵列；

所述近红外飞秒脉冲激光器联组发出的激光依次经过所述分束延时模块联组、扫描单元联组、合束拼接模块后透射所述二向色片，然后经过所述椭球曲面大视野反射式物镜照射到样品上，样品被激发产生的荧光经过所述椭球曲面大视野反射式物镜收集后，被所述二向色片反射至所述光电倍增管探测阵列；

所述椭球曲面大视野反射式物镜包括沿光路依次设置的主镜、次镜和三镜，所述主镜的光学面为双曲面，所述次镜的光学面为扁椭圆面，所述三镜的光学面为扁椭圆面，进入所述椭球曲面大视野反射式物镜的激光经过所述主镜、次镜、三镜依次反射后照射到样品上；

所述近红外飞秒脉冲激光器联组包括4个近红外飞秒脉冲激光器；