(19)国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202222087498.2 (22)申请日 2022.08.09 (73)专利权人 中国科学院苏州生物医学工程 技 术研究所 地址 215163 江苏省苏州市高新区科技城 科灵路88号 (72)发明人 周镇乔　贾宏博　杨梦柯　黄剑　 李敏　吕晶　陈月岩　 (74)专利代理 机构 北京远大卓悦知识产权代理 有限公司 1 1369 专利代理师 黄雁君 (51)Int.Cl. G01N 21/64(2006.01) G01N 21/01(2006.01) G02B 21/00(2006.01)G02B 21/02(2006.01) G02B 21/18(2006.01) (54)实用新型名称 非平行光轴耦合的多位点双光子成像刺激 装置 (57)摘要 本实用新型公开了一种非平行光轴耦合的 多位点双光子成像刺激装置， 包括： 飞秒激光器、 激光扫描装置以及至少两 路光学支路； 光学支路 包括第一聚焦光学元件、 反射镜和第二聚焦光学 元件； 飞秒 激光器发出的飞秒 激光进入激光扫描 装置， 激光扫描装置使 得飞秒激光在多个扫描区 间之间反复扫描， 每个扫描区间的飞秒激光经过 一对应的光学支路后到达一个对应的目标位点； 进入光学支路的飞秒激光经第一聚焦光学元件 进行第一次聚焦后被反射至第二聚焦光学元件， 进行第二次聚焦后到达对应的目标位点视野平 面。 本实用新型提供的非平行光轴耦合的多位点 双光子成像刺激装置适合于对位于曲面样品上 的多个存在空间夹角的平面视野区域进行双光 子成像或光刺激 。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 218121764 U 2022.12.23 CN 218121764 U 1.一种非平行光轴耦合的多位点双光子成像刺激装置， 其特征在于， 包括： 飞秒激光 器、 激光扫描装置以及至少两路光学支路； 所述光学支路包括第一聚焦光学 元件、 反射镜和第二聚焦光学 元件； 所述飞秒激光器发出的飞秒激光进入激光扫描装置， 激光扫描装置使得飞秒激光在多 个扫描区间之 间反复扫描， 每个扫描区间的飞秒激光经过一对应的光学支路后到达一个对 应的目标位点； 进入所述光学支路的飞秒激光经所述第一聚焦光学元件进 行第一次聚焦后 被反射至所述第二聚焦光学 元件， 进行第二次聚焦后到 达对应的目标位 点视野平面。 2.根据权利要求1所述的非平行光轴 耦合的多位点双光子成像刺激装置， 其特征在于， 所述光学支路中的第二聚焦光学 元件的光轴方向与对应的目标位 点视野平面的法线平行。 3.根据权利要求1所述的非平行光轴 耦合的多位点双光子成像刺激装置， 其特征在于， 不同光学支路中的各第二聚焦光学 元件之间相互为非平行关系。 4.根据权利要求1所述的非平行光轴 耦合的多位点双光子成像刺激装置， 其特征在于， 所述光学支路中的第一聚焦光学元件的光轴与第二聚焦光学元件的光轴相交于该光学支 路中的反射镜 。 5.根据权利要求1所述的非平行光轴 耦合的多位点双光子成像刺激装置， 其特征在于， 还包括用于对反射镜的三维位置和二维摆角进行调整的第一5轴位移台。 6.根据权利要求1所述的非平行光轴 耦合的多位点双光子成像刺激装置， 其特征在于， 还包括用于对第二聚焦光学 元件的三维位置和二维摆角进行调整的第二5轴位移台。 7.根据权利要求1所述的非平行光轴 耦合的多位点双光子成像刺激装置， 其特征在于， 所述激光扫描装置为双轴扫描器， 实现飞秒激光方向的两维偏转与扫描。 8.根据权利要求1所述的非平行光轴 耦合的多位点双光子成像刺激装置， 其特征在于， 所述光学支路的数量 为两路。 9.根据权利要求1 ‑8中任意一项所述的非平行光轴耦合的多位点双光子成像刺激装 置， 其特征在于， 所述第一聚焦光学 元件为低倍物镜或长焦距透 镜。 10.根据权利要求1 ‑8中任意一项所述的非平行光轴耦合的多位点双光子成像刺激装 置， 其特征在于， 所述第二聚焦光学 元件为微型物镜或自聚焦透 镜。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 218121764 U 2非平行光轴耦合的多位点双光子成像刺激装 置 技术领域 [0001]本实用新型涉及生物光子学应用领域， 特别涉及 一种非平行光轴耦合的多位点双 光子成像刺激装置 。 背景技术 [0002]双光子荧光成像技术具有厚组织光学穿透力和良好的层析成像能力等优势， 在神 经科学、 胚胎发育、 肿瘤病理等生物医学领域 获得了良好的应用。 传统常规的双光子显微镜 的成像视野局限在的1mm2范围内， 限制了许多实验开展， 如同时记录多个大脑功能区域的 神经元群的功能活动。 随着技术的进步， 目前已产生多种双光子显微 成像与光刺激方法， 令 成像视野不限于单个区域， 极大地 促进了双光子 显微镜在相关生物医学 领域的应用潜力。 [0003]多位点双光子成像的一种方法是研制大口径大视野介观物镜。 如期刊文献 ”A  large field of view two‑photon mesoscope  with subcellular  resolution  for in  vivo imaging”,N.J.Sofroniew,eLife,2016， 研制了一款25.6mm口径， 数值孔径0.6， 视野 直径达5mm的介观物镜， 实现了4个区域位点的同时成像。 这种基于介观物镜的连续大视野 双光子显微镜的缺点是视野受限于光学设计与制造水平， 在保持细胞分辨率条件下难以实 现视野直径超过8mm的实例 。 最近应用最多的方法是基于离散区域的多位点双光子成像刺 激方法， 如期刊文献 “MATRIEX imaging:multiarea  two‑photon real‑time in vivo  explorer ”,Yang M,Light:Science&Applications,2019或中国专利Z L201811306921.5， 提 出了一种基于二级放大和多光轴耦合的多层复合物镜结构， 上层空气物镜提供大的成像视 野， 下层微型物镜(通常是自聚焦透镜)负责进行二级放大， 将数值孔径提高到满足细胞成 像分辨率的要求， 通常是多个微型物镜的阵列组合， 将成像视野分割成多个离散子视野， 实 现多位点成像。 微型物镜口径小(如2mm)， 一方面允许多个位点之间的间隔可以较小， 另一 方面可以轻便地通过连杆带动进行移动甚至植入， 区域选择性强。 而且这种基于二级放大 的多层光学结构允许多位点的选择范围相比单个介观物镜更大， 文 献中已实现了10 mm直径 的可选择范围， 而且允许区域间在深度方向存在一定落差， 适用面更广。 但目前该方法中上 层空气物镜与下层微型物镜之间的光学耦合是基于平行 的光轴耦合， 具体是， 多个位点区 域对应的入射光束的入射角度虽然不同， 但经过第一层物镜后， 聚焦光束的光轴(中心轴) 都是相互平行 的， 这是由平场扫描物镜的设计原理造成的； 微型物镜阵列中各个微型物镜 的光轴也是相互平行， 每个微型物镜的光轴与经空气物镜后聚焦光束的光轴重合， 从而实 现光轴耦合。 平行光轴耦合带来的问题是： 如果成像或刺激目标是位于一个曲率较大 的曲 面上的两个(或多个)位点， 物方视野平面之间其实并不平行， 而实际激光扫描放入物方视 野平面在平行光轴耦合方法下只能是多个平行的平面， 造成实际物方平面与目标物方平面 存在夹角， 将造成区域内成像的不均匀， 以及容易发生微型物镜与样品物理干涉(碰撞)等 问题。 如何改进这种基于二级放大原理的多层物镜复合光学结构， 进行适配于曲面样品上 多个非平行平面的双光子成像或光刺激， 是目前国际上一个热点问题， 但现在缺少可靠的 方案。说　明　书 1/4 页 3 CN 218121764 U 3