[发明专利]一种大视场头戴式显微镜

说明书

本发明申请属于光学成像的技术领域，具体公开了一种大视场头戴式显微镜，包括探头和用于对被检测物体进行成像的成像单元，所述探头包括外壳，所述外壳内沿光路方向依次包括透镜、扫描器和物镜，所述物镜包括若干镜片，根据激发光波长计算的后焦平面位于物镜之外，所述扫描器与外壳转动连接，所述扫描器与成像单元电连接。本发明能够增大显微镜的观看视角，并能够减小体积整个显微镜的体积。

技术领域

本发明申请属于光学成像的技术领域，具体公开了一种大视场头戴式显微镜。

背景技术

大视场显微镜是一种视场广阔的新型显微镜，广泛应用于生物解剖、电子工业、矿物研究等领域。在大视场显微镜中，显微镜的放大作用主要取决于显微物镜，显微物镜质量的好坏直接影响显微镜成像质量，它是决定显微镜的分辨率和成像清晰程度的主要部件。传统显微物镜是一种大孔径角和小视场角的光学系统，由于显微物镜被用来提供极高的分辨率(约为200nm，不考虑超分辨技术)，其放大率较高造成视场很小。

2001年作者Martin Oheim等发表过文章“Two-photon microscopy in braintissue:parameters influencing the imaging depth”,Journal of NeuroscienceMethods.111:29-37.文中对近似数值孔径的高放大率物镜和低放大率物镜的性能进行对比，指出增大物镜前孔径对于提高荧光的收集效率有很大好处，特别对于深部的多光子荧光激发来说，文中所测试的日本奥林巴斯公司20倍放大率0.95数值孔径物镜相对于63倍放大率0.9数值孔径物镜可提供10倍以上的荧光收集效率。因此，目前日本奥林巴斯公司推出了10倍放大率0.6数值孔径物镜(视场＝1.8mm,焦距＝18mm,视场角5.725度，出曈直径16.24mm)和一系列25倍放大率0.95-1.05数值孔径物镜(视场＝0.72mm，焦距＝7.2mm，视场角5.725度，出瞳直径10.83mm)，日本尼康公司也推出了“CFI75”16倍放大率，0.8数值孔径物镜(视场＝1.5625mm，焦距＝12.5mm，视场角7.15度，出瞳直径15mm)和25倍放大率，1.1数值孔径物镜(视场＝1mm，焦距＝8mm，视场角7.15度，出瞳直径13.233mm)。这些低放大率，高数值孔径的物镜主要依靠提高光束直径从而带来了大视场，其具有大通光量的优点，其视场角与原有小光束直径的物镜保持一致。

随着近年来神经科学的发展，传统多光子显微镜的狭小视场无法满足对于海量神经细胞功能性成像的要求，一些研究组陆续实现了超大视场的多光子显微镜。2015年，美国的作者P.S.Tsai等发表文章“Ultra-large field-of-view two-photon microscopy”，OptExpress.2015 Jun 1；23(11):13833–13847.其依靠优化透镜色差实现了10mm直径超大视场，但其设计基于4倍放大率0.28数值孔径物镜，分辨率过低。2016年英国作者GailMcConell等发表文章“A novel optical microscope for imaging large embryos andtissue volumes with sub-cellular resolution throughout”,eLife 2016；5：e18659.实现了6mm宽，3mm厚样品的共聚焦和非线性成像，采用直径30mm的入射光束，定制了扫描器和直径63mm的大型物镜Mesolens。同样2016年美国作者K.Svoboda等发表文章“A largefield of view two-photon mesoscope with subcellular resolution for in vivoimaging”,eLife 2016；5：e14472.其实现了5mm超大视场，采用了直径20mm的入射光束，并结合线扫描提高成像速度，该设计已进行商业化。目前世界上真正具有使用价值，并已经或正在商业化的超大视野显微镜只有英国和美国K.Svoboda的两种设计。这些超大视场，高数值孔径的物镜也是依靠提高入射光束直径从而带来了大视场，具有大通光量的优点，然而上述这些大视场显微镜中会造成物镜非常昂贵而且体积巨大的情况，成本非常高。