Olympus FV1000 共聚焦激光扫描显微镜硬件用户手册

Olympus FLUOVIEW FV1000 硬件用户手册,三卷合订本:系统概述(System Overview)、操作准备(Preparation for Operation)、故障问答(Trouble Q&A)。 适用显微镜型号:BX61/62TRF、BX61WIF、IX81F。

一、系统概述(System Overview)

1.1 共聚焦原理

激光扫描显微镜通过物镜将激光束会聚成微小光点,在 XY 方向扫描样品。探测器捕获来自样品的荧光和反射光,在监视器上输出图像。

共聚焦光学的核心是在与焦面光学共轭的位置设置共聚焦针孔(confocal aperture/pinhole),滤除焦平面以外的杂散光,实现对厚样品的光学切片(optical slicing)。普通光学显微镜中,离焦光与焦面成像光重叠,导致整体图像模糊。

透过样品的激光由透射光检测器检测,形成的透射图像不是共聚焦图像,但与荧光共聚焦图像结合可提供非常重要的样品信息。

1.2 FV1000 七大核心特性

#特性说明
1光子计数模式(Photon Counting)新增光子计数模式,提高灵敏度和信噪比(S/N),实现定量光强测量。完全消除模拟漂移,支持长时间定量观测。新型宽带前置放大器和处理电路扩展了光子计数的动态范围
2高速成像(8 fps)快速振镜(galvano mirror)实现 8 帧/秒高速成像。XYZ 和 XZ 观测中 Z 系列电机不停顿即可高速采集图像
3激光强度反馈控制长时间延时观测(time-lapse)中,每路激光强度通过反馈控制稳定输出。结合光子计数功能,确保长时间观测的稳定性和定量性
43 荧光通道 + 3 激光 + AOTF(标配)三路荧光通道、三路激光器和声光可调滤光器(AOTF),满足多种应用需求
5全电动扫描单元 + 电动显微镜整个系统电动化,包括光学条件在内的扫描条件可保存和重现
6扩展激光照射单元(可选)配合光子激活(光漂白、光模拟、光解锁 uncaging),可构建细胞功能分析实验系统
7光谱检测器单元(可选)由 2 通道光谱检测器 + 1 通道滤光片组成,可灵活设置检测条件、采集荧光光谱数据、使用荧光分离功能

1.3 光路图(Optical Path Diagram)

激光器 → 激光合束器(Laser Combiner) → 振镜(Galvano mirror) → 物镜 → 样品
                                                          ↓荧光
针孔(Pinhole) ← 二向色镜(DM) ← 物镜返回
   ↓
分光光栅(Grating) → 狭缝(Slit) → Ch1/VIS / Ch2 / Ch3 检测器
                                         Ch4(附加通道) Barrier filter
  • 激发端:UV/VIS/IR 多波长激光经 DM 合束,通过振镜 XY 扫描,经物镜聚焦到样品
  • 探测端:荧光返回后经针孔共聚焦滤波,通过光栅分光到不同通道的 PMT 检测器
  • 汞灯光源:通过光纤引入落射荧光照明(非共聚焦明场观察用)

1.4 系统配置(System Configuration)

1.4.1 系统组成模块

模块类别主要组件
激光器氩离子激光器(Ar)、HeNe 绿激光、HeNe 红激光、LD405/440 半导体激光器
激光合束Laser Combiner(激光合束器),将多路激光合成到单根光纤
扫描单元Scan Unit(核心),含振镜扫描器和光检测器,分 BX 型和 IX(倒置)型
显微镜本体BX61/62TRF(正置)、BX61WIF(正置水浸)、IX81F(倒置)
检测器荧光检测器(滤光片型 / 光谱型 SPD MBGR)、透射光检测器、非共聚焦检测器
照明汞灯灯室(Mercury Lamp Housing)+ 光纤落射照明单元(Epi Fiber Illumination Unit)
控制System Controller(系统控制器)、PC 接口板、控制箱(UCB)
软件基础软件(Basic Software)、时间序列软件(Time Course)、高级软件(Advanced)、Review Station
其他防震台(Anti-vibration Table)、20” 平板显示器、电源单元

1.4.2 系统外观与功能

  • 电源单元(Power Supply Unit):同时控制 FV1000 扫描单元、激光合束器等
  • 扫描单元(Scan Unit):激光扫描显微镜的核心,由扫描器和光检测器组成
  • 系统控制器(System Controller):控制 FV1000 及其图像等
  • 激光合束器(Laser Combiner):将 Ar、HeNe 绿、HeNe 红激光合束到单根光纤
  • 透射光检测器:获取透射图像,通过光纤连接到显微镜
  • 汞灯电源:反射光照明电源
  • 控制箱(Control Box):控制显微镜

二、操作准备(Preparation for Operation)

2.1 开机流程(Turning the Power On)

步骤 1:打开以下单元电源

  • 电源单元 FV10-PSU
  • 汞灯电源单元
  • 显微镜控制箱 BX-UCB 或 IX2-UCB

步骤 2:打开 PC 和显示器电源

步骤 3:开启激光器

  • 氩离子激光(Ar, FV5-LA-MAR):打开电源开关→风扇启动→钥匙转到 ON 位置→数十秒后起振
  • HeNe 绿/红激光(FV5-LA-HEG/HER):钥匙转到 ON 位置→数十秒后起振
  • LD405/440 激光(FV10-LD405/440):确认远程互锁(interlock)短路插头已连接或互锁已解除→打开电源开关→钥匙转到 ON→快门开关拨到 OPEN

注意:为确保激光输出稳定,建议预热。氩激光预热 10 分钟以上,HeNe 绿/红激光预热 30 分钟以上。

2.2 启动软件(Starting the Software)

  1. 输入用户名密码登录 Windows(FV10-ASW 用户需管理员权限)
  2. 双击桌面 [FLUOVIEW] 图标
  3. 启动需 20-30 秒

注意:软件启动前必须先开显微镜和电源单元。FV10-SW 用户不要在 FLUOVIEW 运行时双击 [FLUOVIEW Setup] 图标。 注意:如果荧光镜单元的手动快门关闭,无法观察图像——将快门滑到打开位置。

2.3 退出软件与关机(Exiting / Turning Off)

  • 退出应用软件,关闭 Windows
  • 退出后汞灯可能仍照射样品:关闭汞灯电源 / 关闭手动快门 / 关闭荧光镜单元手动快门
  • 关激光:氩离子激光需先关钥匙,等风扇自动停止(数分钟)后再关电源开关

2.4 立方替换(Replacement of Cubes)

2.4.1 DM 立方替换(Replacing the DM Cube)

DM 立方(二向色镜立方)用于连接可选 FV10-ASU 辅助扫描单元或 FV10-OPD 非共焦点检测器的光路,需根据观测方法选择。

FV10-ASU 操作步骤:

  1. 用软件将扫描单元光路设为 LSM 光路
  2. 松开扫描单元右侧面板下部 4 个盖板固定旋钮,取下盖板
  3. 用内六角螺丝刀松开导板锁定板螺丝,移动导板锁定板卡入下方销钉后拧紧
  4. 松开 DM 立方固定螺丝
  5. 向外拉出 DM 立方插入旋钮,取出 DM 立方
  6. 插入所需 DM 立方到燕尾槽,拧紧固定螺丝
  7. 松开导板锁定板螺丝,滑回原位后拧紧
  8. 装回扫描单元盖板

FV10-OPD 操作步骤:

  1. 同上步骤 1-5 取出 DM 立方
  2. 用精密十字螺丝刀松开 DM 压板螺丝,取出 DM 和 DM 压板
  3. 插入所需 DM(注意正反面:反射面/干涉膜面朝外),拧紧压板螺丝

DM 规格:适用直径 26±0.3 × 38±0.3 mm,厚度 1±0.05 mm

2.4.2 光谱立方替换(Replacing the Spectral Cube)

光谱立方位于 FV10-OPD 外部光电倍增管内,含荧光波形分离二向色镜和屏障滤光片(2 通道),可根据激发波长更换以提高荧光检测效率。

拆卸步骤:

  1. 松开 FV10-OPD 左侧面板 2 个盖板固定螺丝(带防脱落机构),取下盖板
  2. 同样松开内部立方盖板固定螺丝,握住盖板旋钮取下立方盖板
  3. 稍微松开光谱立方固定螺丝,握住光谱立方插入旋钮拉出

自制光谱立方:可将市售屏障滤光片和 DM 安装到光谱立方框架上

  • 屏障滤光片:Φ25±0.2 mm,最大厚度 6 mm
  • 二向色镜:26±0.3 × 38±0.3 mm,厚度 1±0.05 mm
  • 滤光片固定环方向:滤光片厚度 4-6 mm 与 <4 mm 时安装方向不同
  • 注意:更换 DM 和屏障滤光片时,注意不要沾染指纹等

2.5 汞灯灯室对中(Centration of Mercury Burner)

本系统通过光导引入汞灯光线,灯室对中方法与标准反射光荧光系统略有不同。

  1. 将快门完全旋到底遮光(光导断开时内部有自动快门保证安全)
  2. 从 ULH 支架上取下光导,换上对中靶(centering target)
  3. 打开快门,对中靶屏幕上可见汞灯电弧像(汞灯开启 5-10 分钟后电弧像稳定)
  4. 转动灯室上的聚光镜调焦旋钮,使电弧像聚焦
  5. 后续用灯室对中旋钮和反射镜调焦螺丝对中(同标准反射荧光系统)
  6. 对中完成后,取下对中靶,接回光导
  7. 开始观察时,转动聚光镜调焦旋钮使视场亮度最大

汞灯更换前不需要重新对中。


三、故障问答(Trouble Q&A)

13 类常见故障速查表

#故障现象主要原因排查方向
1物镜端无激光输出激光未开 / 波长未选 / 手动快门关闭 / 反射镜不在光路 / 物镜不在光路 / 激光强度太低 / ASU/OPD 的 DM 立方不匹配检查激光开启状态、波长选择、快门、物镜位置、DM 立方匹配
2观察不到荧光图像针孔太小 / DM 不匹配 / 光谱 DM 和屏障滤光片不匹配 / 采集波长设置不对 / 激发波长与染色不匹配 / 未对焦 / PMT 电压太低 / Offset 太大 / 检测器未选针孔→DM→滤光片→波长→PMT→Offset 逐项检查
3观察不到透射图像透射光检测通道未选 / 显微镜透射光滤光片在光路中 / PMT 电压太低 / Offset 太大选通道、移除滤光片、调 PMT
4图像有干扰安装位置振动过大 / 环境杂散光(荧光灯等)联系 Olympus / 调暗室内灯光
5反射光(激光)进入荧光图像屏障滤光片设置错误或缺失 / 采集波长与激光波长重叠或太近(光谱系统)/ ASU 激光的屏障滤光片未选更换屏障滤光片 / 调整采集波长
6荧光图像质量差物镜前透镜脏 / 校正环调整不当(带校正环物镜)/ 盖玻片厚度不合适(应用 0.17 mm)清洁物镜 / 调整校正环 / 更换盖玻片
7荧光图像暗且噪点多激光弱 / 染色与激发波长不匹配 / DM 不匹配 / 光谱滤光不匹配 / 采集波长区域不对 / 针孔太小 / 扫描速率太快 / HV 太高 / 采集波长区域宽度太小 / 染色太浅提激光→换 DM→调针孔→降扫描速率→调 HV/Gain→增波长宽度
8图像不规则模糊或亮度不均样品或载物台倾斜正确安装样品和载物台
9观察图像失焦焦点调节不当目视观察时调焦
10光谱特征数据部分波长区域强度下降双激发中激发 DM 光谱特性影响荧光光谱使用不影响荧光光谱特征数据的激发 DM
11出现 Flare(杂光/光晕)使用的玻璃不是无荧光玻璃 / 样品过度染色换无荧光玻璃 / 优化染色或增加 Offset
12目视荧光观察不可能扫描单元(SU)光路选择器未设为目视观察 / 汞灯快门关闭 / 照明器转塔中无含 DM 的镜单元选目视光路 / 开汞灯快门 / 装入含 DM 的镜单元
13ASU(附加扫描单元)激光不输出ASU 组合 DM 立方特性与激光波长不匹配 / ASU 组合 DM 立方不在光路中换匹配的 DM 立方 / 将 DM 立方装入光路

若以上方法无法解决问题,请联系 Olympus 维修。


四、关键技术要点总结

光子计数模式(Photon Counting)的意义

FV1000 的核心差异化技术。传统模拟检测存在漂移问题,不适合长时间定量观测。光子计数直接计数光子事件,完全消除模拟漂移,配合激光强度反馈控制,实现长时间延时观测的稳定定量测量。新型宽带前置放大器扩展了动态范围上限。

AOTF(声光可调滤光器)的作用

标配三路激光 + AOTF,可快速切换和调节各激光强度,无需机械换片,适合多色荧光成像和快速波长切换实验。

全电动化的价值

扫描单元和显微镜全电动化,所有光学条件(针孔、DM、滤光片、物镜等)可保存和调用,保证实验可重复性——这是高端研究级共聚焦的标配。

可选扩展模块

模块功能应用
ASU 辅助扫描单元额外激光照射(光激活/漂白/uncaging)细胞功能分析、FRAP、光遗传学
光谱检测器单元(SPD MBGR)2 通道光谱检测 + 1 通道滤光片荧光光谱采集、多色荧光分离
时间序列软件Time Course 时间序列观测活细胞长时间成像

关联笔记