[发明专利]变焦共聚焦光镊显微成像装置和方法

权利要求书

1.变焦共聚焦光镊显微成像装置，其特征在于：包括共聚焦照明模块、共聚焦轴向调焦模块、共聚焦扫描模块、共聚焦探测模块和光镊聚焦模块：

所述共聚焦照明模块按照照明光传播方向依次为：激光器一(1)、传导光纤一(2)、准直镜一(3)和偏振分光镜(4)；

所述共聚焦轴向调焦模块按照光线传播方向依次为：偏振分光镜(4)、四分之一波片(5)、物镜一(6)、平面反射镜(7)和二向色镜一(8)；

所述共聚焦扫描模块按照光线传播方向依次为：扫描振镜(9)、扫描透镜(10)、管镜一(11)、二向色镜二(12)和物镜二(13)；

所述共聚焦探测模块按照光线传播方向依次为：物镜二(13)、二向色镜二(12)、管镜一(11)、扫描透镜(10)、扫描振镜(9)、二向色镜一(8)、滤光片(15)、收集物镜(16)、随动针孔(17)和PMT(18)；所述共聚焦探测模块中针孔(17)利用环形压电驱动器跟随平面反射镜(7)移动，以保证样品发出的荧光始终聚焦于针孔中心；

所述光镊聚焦模块按照光线传播方向依次为：激光器二(23)、传导光纤二(22)、准直镜二(21)、管镜三(20)、管镜二(19)、二向色镜二(12)和物镜二(13)；

所述共聚焦照明模块、共聚焦轴向调焦模块共用偏振分光镜(4)；

所述共聚焦扫描模块、光镊聚焦模块共用二向色镜二(12)与物镜二(13)；

所述共聚焦扫描模块、共聚焦探测模块还共用二向色镜一(8)；

物镜二(13)的下方设置被测样品(14)。

2.根据权利要求1所述的变焦共聚焦光镊显微成像装置，其特征在于：所述被测样品(14)为悬浮于培养皿中的最大直径为微米级或纳米级单细胞、细胞群或微粒，且所述被测样品(14)近似球形。

3.根据权利要求1所述的变焦共聚焦光镊显微成像装置，其特征在于：所述光镊聚焦模块，其发射单色激光波长介于750nm-900nm之间，共聚焦照明模块，其发射单色激光波长介于350nm-700nm之间，经过二向色镜二(12)合成光路，共用物镜二(13)夹持和观测被测样品(14)。

4.根据权利要求1所述的变焦共聚焦光镊显微成像装置，其特征在于：所述偏振分光镜(4)反射光偏振方向同准直镜一(3)出射光偏振方向相同。

5.根据权利要求1所述的变焦共聚焦光镊显微成像装置，其特征在于：所述平面反射镜(7)轴向最大移动范围等于物镜一(6)的焦深。

6.变焦共聚焦光镊显微成像方法，该方法是基于权利要求1～5中任一所述变焦共聚焦光镊显微成像装置实现的，其特征在于：具体步骤：

步骤a、激光器一(1)发出激发光，经过传导光纤一(2)和准直镜一(3)偏振分光镜(4)之后形成平行光，平行光经过四分之一波片(5)和物镜一(6)出射到平面反射镜(7)产生反射激光，再经过二向色镜一(8)、扫描振镜(9)、扫描透镜(10)、管镜一(11)、二向色镜二(12)和物镜二(13)透射后在被测样品(14)上形成聚焦光斑，所述聚焦光斑激发样品发出荧光；

步骤b、激光器二(23)发出激光，经过传导光纤二(22)和准直镜二(21)产生平行光，再经过管镜三(20)、管镜二(19)、二向色镜二(12)和物镜二(13)形成聚焦光斑，夹住被测样品(14)；

步骤c、设置平面反射镜(7)位于初始位置②，共聚焦照明光聚焦于初始位置②’，环形压电驱动装置器驱动随动针孔(17)移动至位置②”；设置平面反射镜(7)轴向扫描范围D₁+D₂，则对应共聚焦照明光斑轴向扫描范围为D₁’+D₂’，随动针孔(17)轴向扫描范围为D₁”+D₂”；平面反射镜(7)位置与共聚焦照明光斑位置关系为D₁/D₁’＝D₂/D₂’＝(M₁M₂)²，随动针孔(17)与共聚焦照明光斑位置关系为D₁”/D₁’＝D₂”/D₂’＝(M₃M₂)²；所述D₁为平面反射镜远焦距离，D₁’为共聚焦照明光斑近焦距离，D₁”为随动针孔(17)远焦距离，D₂为平面反射镜近焦距离，D₂’为焦面远焦距离，D₂”为随动针孔(17)近焦距离；所述M₁为物镜一(6)与扫描透镜(10)的焦距比值，M₂为管镜一(11)与物镜二(13)的焦距比值，M₃为收集物镜(16)与扫描透镜(10)的焦距比值；

步骤d、设置扫描层数为N，平面反射镜(7)扫描步进为(D₁+D₂)/N，共聚焦照明光斑扫描步进为(D₁’+D₂’)/N，随动针孔(17)扫描步进为(D₁”+D₂”)/N，从而实现快速三维层析扫描。