荧光显微镜技术领域
本公开涉及光学技术领域，具体涉及一种荧光显微镜。
背景技术
荧光显微镜是利用一个高发光效率的点光源，经过滤色系统发出一定
波长的光作为激发光源，激发待测样品内的荧光物质发射出各种不同颜色
的荧光后，再通过物镜和目镜的放大进行观察。这样在强烈的对衬背景下，
即使荧光很微弱也非常易于辨认，敏感性高，可以用于细胞结构和功能、
生物化学成分等的研究。
传统的荧光显微镜的激发光源是全波长的汞灯激发，所有在该激发波
长范围内的荧光物质都被激发，当需要看某个特定的荧光物质的激发荧光
时，需要通过一个滤色片，该滤色片只能透过一种波长的荧光，然后通过
目镜观察透过滤色片的目标激发荧光。
汞灯做为激发光源时的主要缺点在于全波长激发，除激发样品的特定
荧光物质生成特定荧光外，也会激发样品中其它荧光物质生成其它的一些
我们不需要的杂荧光；荧光透过滤色片，滤色片不仅削弱或阻止了其他杂
荧光，同时也削弱了我们需要的荧光强度，并且通过滤色片的光是在一个
范围内，这样波长相近的荧光物质的激发光也会透过滤色片，观察时就对
真正的荧光信号造成影响。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开
的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技
术的信息。
发明内容
本公开的目的在于提供一种荧光显微镜，用于至少在一定程度上克服
由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得清晰，或者部分
地通过本公开的实践而习得。
根据本公开的一方面，提供一种荧光显微镜，所述荧光显微镜包括：
激光光源，具有N个不同的输出模式，在每一所述输出模式下，所述
激光光源输出一种波长的激光；
集光模块，用于接收入射的所述激光并将其聚集在样品上以激发所述
样品生成波长与所述激光的波长相关的荧光；
二向色镜模块，位于所述激光光源与集光模块之间且包括N个二向
色镜，每一所述二向色镜用于反射一种波长的所述激光至所述集光模块以
及透射所述波长与所述激光的波长相关的荧光；
滤色镜模块，用于过滤所述二向色镜模块透射的荧光；所述滤色镜模
块包括N个滤色镜，每一所述滤色镜用于透过一种波长的所述荧光；
检测模块，用于接收所述滤色镜模块透过的所述荧光。
在本公开的一种示例性实施例中，所述荧光显微镜还包括：
激光扩束模块，设置在所述激光光源与所述二向色镜模块之间，用于
将所述激光光源输出的激光扩束后输入至所述二向色镜模块。
在本公开的一种示例性实施例中，所述激光扩束后的功率密度为
30Mw/cm2至110Mw/cm2。
在本公开的一种示例性实施例中，所述荧光显微镜还包括：
驱动模块，与所述二向色镜模块以及滤色镜模块连接，用于当所述激
光光源输出一种波长的激光时，驱动对应的二向色镜以及滤色镜运动至所
述激光以及荧光的光路上。
在本公开的一种示例性实施例中，所述荧光显微镜还包括：
控制模块，与所述激光光源以及驱动模块连接，用于根据所述样品的
属性选择所述激光光源的输出模式以及控制所述驱动模块驱动对应的二
向色镜以及滤色镜运动至所述激光以及荧光的光路上。
在本公开的一种示例性实施例中，所述激光相对于所述二向色镜模块
的入射角度以及所述荧光相对于所述二向色镜模块的入射角度均为45度。
在本公开的一种示例性实施例中，所述检测模块包括CCD感光器件，
所述CCD感光器件用于将接收到的所述荧光信号转换为电信号并传输至
一处理系统。
在本公开的一种示例性实施例中，所述激光以及波长与所述激光的波
长相关的荧光的波长对应关系包括以下一种或多种：
520nm/492nm、570nm/554nm、615nm/588nm、565nm/555nm、
520nm/490nm、565nm/552nm、667nm/650nm、620nm/596nm。
在本公开的一种示例性实施例中，所述二向色镜包括由多层电介质膜
层堆叠而成的分离层。
在本公开的一种示例性实施例中，所述滤色镜为由多层电介质膜层堆
叠而成的干涉滤色镜。
本公开的示例实施方式中的荧光显微镜，可以使得样品的每种荧光物
质用它单一的激发波长的激光做为激发光源，上下波动在±1nm之间，可
以大大减少其他物质对目标物质被激发生成荧光的干扰，降低了杂荧光的
产生，同时激光光源产生的激光的光强度强，这样目标荧光物质激发生成
的荧光亮度就会大大增加，透过滤色镜观察到的荧光亮度也会大大增加。
进一步的，本发明设置了不同波长的激发光源、针对不同波长激光和不同
荧光的二向色镜、针对不同荧光的滤色镜，根据不同样品的荧光物质，进
行选择切换不同激光光源、二向色镜、滤色镜，从而实现对不同样品荧光
物质的观察，以及对同一样品内不同荧光物质的观察。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释
性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本
公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下
面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来
讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本公开示例实施方式中一种荧光显微镜的结构示意图。
附图标记说明：
10激光光源
20集光模块
30二向色镜模块
31二向色镜
40滤色镜模块
41滤色镜
50检测模块
60激光扩束模块
70集光透镜
80样品
81载物台
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例性实施例。然而，示例性实施例能
够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提
供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例性实施例的构思全面
地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，夸大、变形或者简化了
形状尺寸。在图中相同的附图标记表示相同或者类似的结构，因而将省略
它们的详细描述。
此外，所描述的特征、结构或者步骤可以以任何合适的方式结合在一
个或者更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本
公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本
公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或者更多，或者可以采用其
它的方法、步骤、结构等。
本示例实施方式中提供一种荧光显微镜。本示例实施方式中，所述荧
光显微镜可以包括激光光源、集光模块、二向色镜模块、滤色镜模块以及
检测模块。其中，所述激光光源具有N个不同的输出模式，在每一所述输
出模式下，所述激光光源输出一种波长的激光。所述集光模块用于接收入
射的所述激光并将其聚集在样品上以激发所述样品生成波长与所述激光
的波长相关的荧光。所述二向色镜模块位于所述激光光源与集光模块之间
且包括N个二向色镜，每一所述二向色镜用于反射一种波长的所述激光
至所述集光模块以及透射所述波长与所述激光的波长相关的荧光。所述滤
色镜模块用于过滤所述二向色镜模块透射的荧光；所述滤色镜模块包括N
个滤色镜，每一所述滤色镜用于透过一种波长的所述荧光。所述检测模块
用于接收所述滤色镜模块透过的所述荧光。
通过本示例实施方式中的荧光显微镜，可以使得样品的每种荧光物质
用它单一的激发波长的激光做为激发光源，上下波动在±1nm之间，可以
大大减少其他物质对目标物质被激发生成荧光的干扰，降低了杂荧光的产
生，同时激光光源产生的激光的光强度强，这样目标荧光物质激发生成的
荧光亮度就会大大增加，透过滤色镜观察到的荧光亮度也会大大增加。进
一步的，本发明设置了不同波长的激发光源、针对不同波长激光和不同荧
光的二向色镜、针对不同荧光的滤色镜，根据不同样品的荧光物质，进行
选择切换不同激光光源、二向色镜、滤色镜，从而实现对不同样品荧光物
质的观察，以及对同一样品内不同荧光物质的观察。
以下，参考图1对本示例实施方式中的荧光显微镜进行详细说明。
参考图1中所示，所述激光光源10可以包括5种不同的输出模式，
在每一所述输出模式下，所述激光光源10输出一种波长的激光。举例而
言，本示例实施方式中的激光光源10可以分别提供波长分别为520nm、
570nm、615nm、565nm、520nm、565nm、667nm、620nm中的5种；
但需要说明的是，本示例实施方式中并不以此为限，根据实际需求，所述
激光光源10也可以对应提供其他波长的激光。在实际操作中，可以根据
需要通过切换激光光源10的输出模式从而提供不同波长激光，而且每次
开启激光源只放射单一波长的激光。输出模式的切换可以通过计算机等上
位机控制，也可以通过在激光光源10上设置输出模式切换部件而实现输
出模式的切换。所述激光光源10可以为固体激光光源(晶体和钕玻璃)、
气体激光光源(包括原子、离子、分子、准分子)、液体激光光源(包括有
机染料、无机液体、螯合物)和半导体激光光源等，本示例实施方式中对
此不做特殊限定。
继续参考图1中所示，从二向色镜31反射出的所述激光被集光模块
20接收并聚集在样品80上，从而激发位于载物台81上的所述样品80的
荧光物质生成波长与所述激光的波长相关的荧光。不同波长的激光可以激
发样品80中特定荧光物质生成特定波长的荧光；举例而言，不同波长的
激光与其所激发样品80中特定荧光物质生成特定波长的荧光之间的对应
关系可以包括包括以下一种多种：520nm/492nm、570nm/554nm、615nm
/588nm、565nm/555nm、520nm/490nm、565nm/552nm、667nm/650
nm、620nm/596nm；但需要说明的是，本示例实施方式中并不以此为限，
根据实际需求，本领域技术人员可以对应选择其他对应关系，其同样属于
本公开的保护范围。
继续参考图1中所示，所述二向色镜模块30位于所述激光光源10与
集光模块20之间且包括5个二向色镜31，每一所述二向色镜31用于反
射一种波长的所述激光至所述集光模块20以及透射所述波长与所述激光
的波长相关的荧光。本示例实施方式中5个二向色镜31可以反射的激光
波长以及可以透射的激光波长之间的对应关系可以分别为520nm/492nm、
570nm/554nm、615nm/588nm、565nm/555nm、520nm/490nm、565
nm/552nm、667nm/650nm、620nm/596nm中的5种。但需要说明的
是，本示例实施方式中并不以此为限，根据实际需求，本领域技术人员也
可以选择其他反射以及透射参数的二向色镜31。本示例性实施例中所述
激光相对于所述二向色镜模块30的入射角度以及所述荧光相对于所述二
向色镜模块30的入射角度可以均为45度。所述二向色镜31可以包括玻
璃基板以及位于所述玻璃基板上的分离层；本示例实施方式中所述分离层
可以由多层电介质膜层堆叠而成；通过调整电介质膜层的膜厚以及层数可
以实现不同的反射以及透射参数。但容易理解的是，其他可用的二向色镜
31同样属于本公开的保护范围。
继续参考图1中所示，所述滤色镜模块40位于所述二向色镜模块30
和检测模块50之间。本示例实施方式中所述滤色镜模块40可以包括5个
滤色镜41，每一所述滤色镜41用于透过一种波长的所述荧光，因此所述
滤色镜41可以消除杂荧光。所述滤色镜41和激光激发样品80生成的特
定波长荧光一一对应，5个所述滤色镜41能透过的荧光波长可以为492
nm、554nm、588nm、555nm、490nm、552nm、650nm、596nm中的
五种。需要说明的是，本示例实施方式中透过波长为λ21(例如492nm)
的荧光滤色镜41位于可以透射波长为λ21(例如492nm)的二向色镜31
的出射光的光路上；透过波长为λ22(例如554nm)的荧光滤色镜41位于
可以透射波长为λ22(例如554nm)的二向色镜31的出射光的光路上……，
即两者之间一一对应。本示例性实施例中，所述滤色镜41可以为由多层
电介质膜层堆叠而成的干涉滤色镜41；但需要说明的是，本示例实施方式
中所述滤色镜41也可以是由有色光学或有色化学胶膜制成的其他类型的
滤色镜41，并不局限于本示例实施方式中所列举的方式。
本示例实施方式中所述荧光显微镜还可以包括驱动模块(图中未示
出)。驱动模块与所述二向色镜模块30以及滤色镜模块40连接，用于当
所述激光光源10输出一种波长的激光时，驱动对应的二向色镜31以及滤
色镜41运动至所述激光以及荧光的光路上；例如，当激光光源10输出波
长为λ11(例如520nm)的激光时，驱动模块驱动反射波长为λ11(例如520
nm)的激光以及透射波长为λ21(例如492nm)的荧光的二向色镜31和
透射波长为λ21(例如492nm)的荧光的滤色镜41运动至所述激光以及荧
光的光路上。所述驱动模块例如可以包括微型马达以及供电装置等。
进一步的，为了得到更好的检测效果，本示例实施方式中还可以通过
驱动模块驱动所述集光模块20、二向色镜模块30、滤色镜模块40等光学
元件的移动使得光束按照预设算法移动从而实现扫描方式的激发荧光采
集，进而可以对样品进行更加全面的检测。本示例实施方式中，所述扫描
方式例如可以为梳状波扫描或者矩形波扫描等。通过上述扫描可以对样品
进行更加全面的检测。但需要说明的是，在本公开的其他示例性实施例中，
也可以通过驱动模块驱动载物台81的移动从而实现扫描方式的激发荧光
采集，本示例实施方式中对此不做特殊限定。
此外，本示例实施方式中所述荧光显微镜还可以包括控制模块(图中
未示出)。控制模块与所述激光光源10以及驱动模块连接，用于根据所述
样品80的属性选择所述激光光源10的输出模式以及控制所述驱动模块
驱动对应的二向色镜31以及滤色镜41运动至所述激光以及荧光的光路
上。所述控制模块例如可以为计算机、PLC(可编程逻辑控制器)等上位
机。在本公开的其他示例性实施例中，也可以是由操作人员根据需要进行
主动控制，本示例实施方式中对此不做特殊限定。
继续参考图1中所示，所述检测模块50用于接收所述滤色镜模块40
透过的所述荧光。本示例性实施例中所述检测模块50可以包括CCD
(ChargeCoupledDevice，电荷藕合器件)感光器件，所述CCD感光器件
用于将接收到的所述荧光信号转换为电信号，然后将电信号通过模数转换
器转换成数字信号并传输至一处理系统；所述处理系统例如可以为计算机。
此外，在本示例实施方式中，也可以通过肉眼利用目镜观察透过所述滤色
镜41的荧光。在本公开的其他示例性实施例中，所述检测模块50也可以
为光电倍增管等其他类型的检测模块；此外，所述检测模块50除了用于
成像也可以用于实现光谱分析等其他用途；本示例实施方式中对此均不做
特殊限定。
继续参考图1中所示，由于激光光源10本身出射的激光束较细，光
功率密度比较高，一方面，可能导致检测区域变小，影响检测结果；另一
方面，容易造成检测模块50饱和，直接影响到成像的质量；再一方面，
激光能量过高可能影响其他部件的使用寿命或者对样品造成损伤。基于此，
本示例实施方式中所述荧光显微镜还可以包括激光扩束模块60。所述激
光扩束模块60设置在所述激光光源10与所述二向色镜模块30之间，用
于将所述激光光源10输出的激光扩束后输入至所述二向色镜模块30；本
示例实施方式中，所述激光扩束模块60例如可以为扩束镜。需要说明的
是，如果激光功率密度过低，细胞产生的荧光信号不能克服背景噪音，成
像质量差。因此激光扩束后的功率密度较为重要，本示例实施方式中，所
述激光扩束后的功率密度可以为30Mw/cm2至110Mw/cm2。
本领域技术人员容易理解的是，本示例实施方式中的荧光显微镜还可
以根据需要设置其他更多的部件；例如，还可以在滤色镜模块40和检测
模块50之间设置集光透镜70等；再例如，还可以在滤色镜模块40和检
测模块50之间设置针孔等。因此，并不以本示例实施方式为限。
综上所述，通过本示例实施方式中的荧光显微镜，可以使得样品的每
种荧光物质用它单一的激发波长的激光做为激发光源，上下波动在±1nm
之间，可以大大减少其他物质对目标物质被激发生成荧光的干扰，降低了
杂荧光的产生，同时激光光源产生的激光的光强度强，这样目标荧光物质
激发生成的荧光亮度就会大大增加，透过滤色镜观察到的荧光亮度也会大
大增加。进一步的，本发明设置了不同波长的激发光源、针对不同波长激
光和不同荧光的二向色镜、针对不同荧光的滤色镜，根据不同样品的荧光
物质，进行选择切换不同激光光源、二向色镜、滤色镜，从而实现对不同
样品荧光物质的观察，以及对同一样品内不同荧光物质的观察。
本公开已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本公
开的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本公开的范围。相反
地，在不脱离本公开的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本公开的专
利保护范围。