CN105044895B - 一种超分辨共焦显微成像装置与方法 - Google Patents
一种超分辨共焦显微成像装置与方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105044895B CN105044895B CN201510292588.7A CN201510292588A CN105044895B CN 105044895 B CN105044895 B CN 105044895B CN 201510292588 A CN201510292588 A CN 201510292588A CN 105044895 B CN105044895 B CN 105044895B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- objective lens
- measured object
- reflective
- confocal
- super
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 5
- 238000004624 confocal microscopy Methods 0.000 claims description 4
- 238000012634 optical imaging Methods 0.000 claims description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims 1
- 238000010226 confocal imaging Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000012472 biological sample Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000003325 tomography Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Abstract
本发明公开了一种超分辨共焦显微成像装置与方法，属于光学显微成像及精密测量技术领域，该装置所采用的测量方法为，首先由激光器产生的激光经过超振荡波带片会聚在被测物体上，并透过被测物体射入反射式显微物镜，然后激光经过两次反射聚焦于共焦针孔处，并被光探测器收集。该装置中的被测物体和反射式显微物镜的移动分别通过三维PZT和一维PZT完成，以实现对物体的层析成像；该装置综合采用超振荡波带片和反射式显微物镜实现扫描光束的会聚，避免了现有共焦成像装置采用多个透镜造成的装调误差，从而显著改善共焦成像装置的成像效果。本发明无需透镜组件，装置的结构简单，性能稳定，可用于微小器件的超分辨共焦成像。
Description
技术领域：
本发明属于光学显微成像及精密测量技术领域，具体涉及一种超分辨共焦显微成像装置与方法。
背景技术：
世界上第一台共焦显微镜于1955年，由当时在美国哈佛大学工作的初级研究员Minsky提出，并于1961年获得美国发明专利权。基于共焦显微探测原理的提出，共焦显微成像装置可实现对透明或半透明生物样品内部结构的透视立体观测，以及对工业微结构样品表面形貌的显微层析测量，其与普通宽场光学显微镜相比，具有以下优势：可降低光散射引起的图像模糊，提高成像分辨率及成像信噪比；可以对厚、光散射样品进行清晰成像；可对样品的光学特性进行定量研究；允许使用简单显微物镜等。
共焦显微成像装置的突出特点是采用点照明和点探测，且具有轴向光学层析成像特性，其在结构上一般由下述五部分组成：显微光学系统、扫描装置、光源、检测器和应用软件系统。其中，显微光学系统是共焦显微成像装置的核心部分，现有的共焦显微成像装置中，该部分一般由多个透镜组成，以实现扫描光束的聚焦与被测物体的成像，在该类装置中透镜质量与系统的装调质量严重影响着被测物体内各测点位置信息的采集效果及其成像的清晰度。因此，为了有效减小由于成像装置的装调质量引起的测量误差，有必要提出一种能达到上述目的的检测技术。
此外，共焦显微镜在国内具有广阔的市场前景，但当前主流产品依靠从国外进口，由于我国在共焦显微技术领域的研究起步较晚，目前国产共焦显微镜的研制整体处于低端水平。探索提高共焦显微镜成像质量的方法非常重要。
发明内容：
本发明的目的在于针对现有共焦显微成像装置结构较复杂的问题，提供了一种结构简单，装调方便的超分辨共焦显微成像装置与方法，该装置综合采用超振荡波带片和反射式显微物镜实现扫描光束的会聚，避免了现有共焦成像装置采用多个物镜造成的装调误差，从而显著改善共焦成像装置的成像效果。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：
一种超分辨共焦显微成像装置，包括激光器、超振荡波带片、三维PZT、反射式显微物镜、一维PZT、共焦针孔和光探测器；其中，
在激光器发射端依次设置超振荡波带片、反射式显微物镜、共焦针孔和光探测器；反射式显微物镜设置在一维PZT上；
工作时，将被测物体设置在三维PZT上，激光器发出的激光经超振荡波带片会聚至被测物体上，然后经被测物体产生的透射光由反射式显微物镜接收，在反射式显微物镜内，激光经过两次反射聚焦于共焦针孔处，并投射在光探测器的光敏面上。
本发明进一步的改进在于：三维PZT和一维PZT分别用于对被测物体和反射式显微物镜的精密位移控制。
本发明进一步的改进在于：被测物体的特征为透射式薄膜物体。
本发明进一步的改进在于：共焦针孔位于反射式显微物镜的焦面上。
一种超分辨显微成像装置的成像方法，包括以下步骤：
1)确定被测物体为透射式薄膜物体，并将被测物体固定在三维PZT上；
2)激光器发出激光，经过超振荡波带片将其会聚于被测物体上，然后经被测物体产生的透射光由反射式显微物镜接收，在反射式显微物镜内，激光经过两次反射聚焦于共焦针孔处，并投射在光探测器的光敏面上；
3)聚焦于共焦针孔处的激光被光探测器接收后，通过各部件之间的位置关系来确定被测物体内部各点的位置；其中，三维PZT带动被测物体在X、Y和Z三个方向上移动，形成三维扫描光学成像；一维PZT带动反射式显微物镜在Z轴方向移动，将被测物体定位于反射式显微物镜的前焦面内，并满足不同波长的激光经过光路后聚焦于共焦针孔处。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明一种超分辨共焦显微成像装置的光学系统中使用了超振荡波带片和反射式显微物镜，上述两个元件分别将激光会聚于被测物体上及共焦针孔处，实现了扫描激光的聚焦，本装置与现有的共焦显微成像装置的不同点在于没有采用透镜实现扫描光束的聚焦；本装置简化了超分辨共焦显微成像装置的结构，可有效降低装置的装调误差，有利于提高装置的成像效果。
本发明一种超分辨共焦显微成像方法，激光器发出激光，经过超振荡波带片将其会聚于被测物体上，然后经被测物体产生的透射光由反射式显微物镜接收，在反射式显微物镜内，激光经过两次反射聚焦于共焦针孔处，并投射在光探测器的光敏面上；聚焦于共焦针孔处的激光被光探测器接收后，进而通过各部件之间的位置关系来确定被测物体内部各点的位置；此外，三维PZT带动被测物体在X、Y和Z三个方向上移动，可以形成三维扫描光学成像；一维PZT带动反射式显微物镜在Z轴方向移动，将被测物体定位于反射式显微物镜的前焦面内，并满足不同波长的激光经过光路后聚焦于共焦针孔处。
附图说明：
图1为本发明一种超分辨共焦显微成像装置的结构示意图；
其中：1—激光器、2—超振荡波带片、3—三维PZT、4—被测物体、5—反射式显微物镜、6—一维PZT、7—共焦针孔、8—光探测器。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明进行进一步的说明。
如图1所示，本发明一种超分辨共焦显微成像装置，包括激光器1、超振荡波带片2、三维PZT 3、反射式显微物镜5、一维PZT 6、共焦针孔7和光探测器8；其中，在激光器1发射端依次设置超振荡波带片2、被测物体4、反射式显微物镜5、共焦针孔7和光探测器8；被测物体4设置在三维PZT 3上，反射式显微物镜5设置在一维PZT 6上，通过三维PZT 3和一维PZT 6分别实现对被测物体4和反射式显微物镜5的精密位移控制；由激光器1发出的激光经超振荡波带片2会聚至被测物体4上，然后经被测物体产生的透射光由反射式显微物镜5接收，在反射式显微物镜5内，激光经过两次反射聚焦于共焦针孔7处，并投射在光探测器8的光敏面上；所述的被测物体4的特征为透射式薄膜物体；所述的共焦针孔7位于反射式显微物镜5的焦面上。
本发明一种超分辨共焦显微成像方法，包括以下步骤：
1)确定被测物体4为透射式薄膜物体，并将被测物体4固定在三维PZT 3上；
2)激光器1发出激光，经过超振荡波带片2将其会聚于被测物体4上、然后经被测物体4产生的透射光由反射式显微物镜5接收，在反射式显微物镜5内，激光经过两次反射聚焦于共焦针孔7处，并投射在光探测器8的光敏面上；
3)聚焦于共焦针孔7处的激光被光探测器8接收后，通过各部件之间的位置关系来确定被测物体4内部各点的位置；其中，三维PZT 3带动被测物体4在X、Y和Z三个方向上移动，形成三维扫描光学成像；一维PZT 6带动反射式显微物镜在Z轴方向移动，将被测物体4定位于反射式显微物镜的前焦面内，并满足不同波长的激光经过光路后聚焦于共焦针孔7处。
本发明利用了共焦显微成像原理，但和现有的共焦显微成像装置的不同点在于本装置的光学系统中没有透镜组件；在本装置中，首先激光器发出的激光通过超振荡波带片2将其会聚于被测物体4上，被测物体4的移动由三维PZT 3来控制，以实现对被测物体4的层析成像；通过超振荡波带片2聚焦的激光经被测物体4产生的透射光由反射式显微物镜5接收，在反射式显微物镜5内经过两次反射，激光最终聚焦于共焦针孔7处，然后投射在光探测器8的光敏面上。此实施例通过一系列的措施实现了透明或者半透明物体的显微层析测量，实现了超分辨共焦显微成像，与其他方法相比，具有结构简单、性能稳定等优点。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种超分辨共焦显微成像装置，其特征在于：包括激光器(1)、超振荡波带片(2)、三维PZT(3)、反射式显微物镜(5)、一维PZT(6)、共焦针孔(7)和紫外光探测器(8)；其中，
在激光器(1)发射端依次设置超振荡波带片(2)、反射式显微物镜(5)、共焦针孔(7)和光探测器(8)；反射式显微物镜(5)设置在一维PZT(6)上；
工作时，将被测物体(4)设置在三维PZT(3)上，激光器(1)发出的激光经超振荡波带片(2)会聚至被测物体(4)上，然后经被测物体(4)产生的透射光由反射式显微物镜(5)接收，在反射式显微物镜(5)内，激光经过两次反射聚焦于共焦针孔(7)处，并投射在光探测器(8)的光敏面上。
2.根据权利要求1所述的一种超分辨共焦显微成像装置，其特征在于：三维PZT(3)和一维PZT(6)分别用于对被测物体(4)和反射式显微物镜(5)的精密位移控制。
3.根据权利要求1所述的一种超分辨共焦显微成像装置，其特征在于：被测物体(4)的特征为透射式薄膜物体。
4.根据权利要求1所述的一种超分辨共焦显微成像装置，其特征在于：共焦针孔(7)中心位于反射式显微物镜(5)的焦点处。
5.权利要求1至4中任一项所述的一种超分辨共焦显微成像装置的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)确定被测物体(4)为透射式薄膜物体，并将被测物体(4)固定在三维PZT(3)上；
2)激光器(1)发出激光，经过超振荡波带片(2)将其会聚于被测物体(4)上，然后经被测物体(4)产生的透射光由反射式显微物镜(5)接收，在反射式显微物镜(5)内，激光经过两次反射聚焦于共焦针孔(7)处，并投射在光探测器(8)的光敏面上；
3)聚焦于共焦针孔(7)处的激光被光探测器(8)接收后，通过各部件之间的位置关系来确定被测物体(4)内部各点的位置；其中，三维PZT(3)带动被测物体(4)在X、Y和Z三个方向上移动，形成三维扫描光学成像；一维PZT(6)带动反射式显微物镜在Z轴方向移动，将被测物体(4)定位于反射式显微物镜的前焦面内，并满足不同波长的激光经过光路后聚焦于共焦针孔(7)处。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510292588.7A CN105044895B (zh) | 2015-06-01 | 2015-06-01 | 一种超分辨共焦显微成像装置与方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510292588.7A CN105044895B (zh) | 2015-06-01 | 2015-06-01 | 一种超分辨共焦显微成像装置与方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105044895A CN105044895A (zh) | 2015-11-11 |
| CN105044895B true CN105044895B (zh) | 2017-06-06 |
Family
ID=54451553
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510292588.7A Active CN105044895B (zh) | 2015-06-01 | 2015-06-01 | 一种超分辨共焦显微成像装置与方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105044895B (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106767431B (zh) * | 2016-12-09 | 2019-04-16 | 西安交通大学 | 一种波长扫描共焦微位移测量装置及方法 |
| CN106547091B (zh) * | 2017-01-12 | 2019-02-26 | 西安交通大学 | 一种由轴向分辨率设计大数值孔径菲涅尔波带片的方法 |
| CN108519666B (zh) * | 2018-06-20 | 2023-11-17 | 苏州驰鸣纳米技术有限公司 | 一种超长工作距离成像显微镜和应用其的显微成像系统 |
| CN108873287B (zh) * | 2018-08-07 | 2020-06-19 | 西安交通大学 | 一种微型共焦显微成像装置 |
| CN109656019B (zh) * | 2019-01-03 | 2020-08-18 | 西安交通大学 | 一种电介质超振荡环带片的设计方法 |
| CN110208936B (zh) * | 2019-05-31 | 2024-09-13 | 中国计量科学研究院 | 用于共聚焦显微镜探测针孔的纳米级微位移调节装置 |
| CN111123496B (zh) * | 2020-01-19 | 2020-11-06 | 西安交通大学 | 基于希尔伯特变换的结构照明快速三维彩色显微成像方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1758015A (zh) * | 2005-11-21 | 2006-04-12 | 哈尔滨工业大学 | 具有数十纳米横向分辨力的反射多光束共焦干涉显微镜 |
| CN101126834A (zh) * | 2007-09-04 | 2008-02-20 | 西安交通大学 | 一种用于点扫描激光共焦显微镜的面内扫描方法和系统 |
| CN103256888A (zh) * | 2013-05-09 | 2013-08-21 | 哈尔滨工业大学 | 一种超分辨移动光栅共焦成像装置与方法 |
| CN104614846A (zh) * | 2015-03-03 | 2015-05-13 | 北京理工大学 | 反射式分光瞳差动共焦-光声显微成像装置与方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10038527A1 (de) * | 2000-08-08 | 2002-02-21 | Zeiss Carl Jena Gmbh | Anordnung zur Erhöhung der Tiefendiskriminierung optisch abbildender Systeme |
-
2015
- 2015-06-01 CN CN201510292588.7A patent/CN105044895B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1758015A (zh) * | 2005-11-21 | 2006-04-12 | 哈尔滨工业大学 | 具有数十纳米横向分辨力的反射多光束共焦干涉显微镜 |
| CN101126834A (zh) * | 2007-09-04 | 2008-02-20 | 西安交通大学 | 一种用于点扫描激光共焦显微镜的面内扫描方法和系统 |
| CN103256888A (zh) * | 2013-05-09 | 2013-08-21 | 哈尔滨工业大学 | 一种超分辨移动光栅共焦成像装置与方法 |
| CN104614846A (zh) * | 2015-03-03 | 2015-05-13 | 北京理工大学 | 反射式分光瞳差动共焦-光声显微成像装置与方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105044895A (zh) | 2015-11-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105044895B (zh) | 一种超分辨共焦显微成像装置与方法 | |
| CN102768015B (zh) | 荧光响应随动针孔显微共焦测量装置 | |
| CN100410719C (zh) | 采用虚拟共焦针孔的共焦显微成像系统 | |
| US8254020B2 (en) | Objective-coupled selective plane illumination microscopy | |
| CN105954862B (zh) | 一种基于4Pi显微镜架构的显微镜头与样品锁定系统 | |
| CN103543135B (zh) | 一种基于荧光寿命分布的纳米精度光斑对准方法和装置 | |
| CN106970461B (zh) | 基于椭球面反射镜的全内反射荧光显微成像装置 | |
| CN107861230B (zh) | 变焦光镊共聚焦显微成像装置及方法 | |
| CN103852458B (zh) | 一种基于宽场受激发射差分的显微方法和装置 | |
| CN108303402A (zh) | 一种大视场无衍射贝塞尔光片显微扫描成像方法及系统 | |
| CN115291381A (zh) | 一种大视场高分辨率显微镜及其显微成像方法 | |
| CN103940796A (zh) | 新型多角度多模式快速切换环状光学照明显微成像系统 | |
| CN110967816A (zh) | 基于多维调节架的近红外二区宽场显微成像系统 | |
| CN108020505A (zh) | 变焦共聚焦光镊显微成像装置和方法 | |
| CN204439547U (zh) | 一种对荧光物质进行成像的超分辨显微镜 | |
| CN102589853A (zh) | 自准直式差动共焦透镜焦距测量方法 | |
| CN115561220A (zh) | 一种光散射角分辨检测分析系统 | |
| CN108051414B (zh) | 变焦光镊双光子显微成像装置和方法 | |
| CN211014821U (zh) | 一种显微镜 | |
| CN105675541B (zh) | 一种具有轴向高分辨率的反射式共聚焦系统 | |
| CN110057294B (zh) | 光镊系统微粒轴向纳米级位移测量方法 | |
| CN111580261A (zh) | 一种基于落射式照明的显微成像装置 | |
| CN208126029U (zh) | 一种基于渐变折射率透镜的OCT光学4f扩束系统 | |
| JP2022544292A (ja) | ２段階明視野再構築を介したサンプル結像 | |
| CN116540394A (zh) | 基于结构光照明和深度学习的光片显微镜单帧自聚焦方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |