本發(fā)明涉及掃描成像技術(shù)，尤其涉及一種激光陣列掃描成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

顯微鏡作為人類歷史上最偉大的發(fā)明之一，是人類進(jìn)入原子時(shí)代的標(biāo)志。顯微鏡的出現(xiàn)把人類帶入到了一個(gè)微觀的世界，人們借助顯微鏡能夠觀察到各種各樣的微小的動(dòng)物，植物乃至細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)。

而光學(xué)顯微成像技術(shù)由于其無損、高分辨、應(yīng)用簡單等優(yōu)點(diǎn)在近年來受到了越來越多的研究人員的關(guān)注。顯微成像已成為生物學(xué)尤其是神經(jīng)科學(xué)研究者中的重要技術(shù)，但其成像速度受到傳統(tǒng)的單像素逐點(diǎn)掃描成像的限制，難以滿足神經(jīng)科學(xué)快速實(shí)時(shí)成像的需求。

常見的掃描成像方式有三種：(1)二維平移臺(tái)(2)振鏡掃描(3)空間光調(diào)制器。第一種方式是將物體固定在二維平移臺(tái)上，二維平移臺(tái)帶動(dòng)成像物體往復(fù)來回運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而進(jìn)行單像素逐點(diǎn)掃描成像，成像速度比較低，通常需要數(shù)秒甚至數(shù)分鐘來成一幅圖像，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足快速成像的需要；第二種方式采用雙軸振鏡成像，這種方式也是使用最為普遍的，掃描的主要原理是通過正交的雙軸振鏡快速偏折射實(shí)現(xiàn)激發(fā)光光束的快速的x、y方向掃描，該掃描技術(shù)的掃描速度小于每秒10幀，不能滿足快速實(shí)時(shí)成像的需求；第三種方式采用空間光調(diào)制器來調(diào)節(jié)空間光的相位，進(jìn)而使得空間光進(jìn)行偏折，從而單像素逐點(diǎn)掃描快速成像，使用高速空間光調(diào)制器掃描可以達(dá)到每秒30幀的成像速率，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)視頻速度，這種方式存在一個(gè)嚴(yán)重的不足，雖然成像速率很高，但是相應(yīng)地，激發(fā)光在每個(gè)像素點(diǎn)停留的時(shí)間太短，使圖像的信噪比降低。

通過對(duì)以上三種常用的掃描方式的分析，高信噪比和快速成像不能同時(shí)滿足的原因?yàn)椋耗壳?，?duì)成像物體進(jìn)行單像素點(diǎn)逐一二維掃描，從而導(dǎo)致成像耗時(shí)長(數(shù)秒，數(shù)分鐘甚至數(shù)小時(shí))、掃描成像區(qū)域小(亞毫米量級(jí))。提高掃描速度要犧牲圖像信噪比為前提，保證圖像信噪比就要犧牲成像速度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種激光陣列掃描成像系統(tǒng)，旨在用于解決現(xiàn)有的成像系統(tǒng)中信噪比較低的問題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明實(shí)施例提供一種激光陣列掃描成像系統(tǒng)，顯微成像裝置以及信號(hào)接收裝置，還包括激光陣列產(chǎn)生裝置，所述激光陣列產(chǎn)生裝置包括接收準(zhǔn)直后激光的相位板以及與所述相位板配合聚焦形成激光陣列的第一聚焦透鏡，所述顯微成像裝置包括聚焦激光陣列至樣品上的透鏡組件以及反射攜帶樣品信息的激光陣列二向色鏡，所述信號(hào)接收裝置包括接收所述二向色鏡反射后激光陣列的第二聚焦透鏡以及收集所述第二聚焦透鏡透射光信號(hào)的探測(cè)器。

進(jìn)一步地，所述透鏡組件包括接收所述第一聚焦透鏡形成的激光陣列的第三聚焦透鏡以及接收所述第三聚焦透鏡透射光信號(hào)且聚焦激光陣列至樣品上的第四聚焦透鏡，所述二向色鏡位于所述第三聚焦透鏡至所述第四聚焦透鏡之間的光路上，且所述第三聚焦透鏡與所述第四聚焦透鏡之間的光軸與所述二向色鏡之間具有傾斜角。

進(jìn)一步地，所述傾斜角為45度，所述第二聚焦透鏡垂直于所述第三聚焦透鏡。

進(jìn)一步地，所述激光陣列產(chǎn)生裝置還包括準(zhǔn)直鏡，且激光束經(jīng)所述準(zhǔn)直鏡透射至所述相位板上。

進(jìn)一步地，所述相位板上設(shè)置有若干厚區(qū)以及若干薄區(qū)，且所述厚區(qū)所述薄區(qū)相間設(shè)置。

進(jìn)一步地，激光束透射所述厚區(qū)與透射所述薄區(qū)之間的相位差為π。

進(jìn)一步地，還包括數(shù)據(jù)處理裝置，用于將所述探測(cè)器采集到的光信號(hào)恢復(fù)出所述樣品的圖像。

進(jìn)一步地，所述探測(cè)器位于所述第二聚焦透鏡的焦平面處。

進(jìn)一步地，所述探測(cè)器為ccd或者coms。

進(jìn)一步地，應(yīng)用在掃描近場(chǎng)顯微鏡、受激輻射光淬滅顯微鏡、光激活定位顯微鏡、隨機(jī)光學(xué)定位重構(gòu)顯微鏡、結(jié)構(gòu)照明顯微鏡、雙光子顯微鏡、單光子熒光顯微鏡、多光子顯微鏡、光學(xué)相干顯微鏡、共聚焦顯微鏡和拉曼顯微鏡上。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明的成像系統(tǒng)中，射至相位板上的激光束預(yù)先被準(zhǔn)直，且由于相位板不同位置厚度存在差異，使得透射相位板的激光束具有相位差，而存在相位差的激光束通過第一聚焦透鏡聚焦形成激光陣列，而通過顯微成像裝置的透鏡組件則可以將激光陣列聚焦至樣品上，而二向色鏡則將攜帶有樣品信息的激光陣列反射至信號(hào)接收裝置的第二聚焦透鏡，而探測(cè)器則可以采集具有樣品信息的激光陣列。在上述成像過程中，通過利用相位板的激光陣列快速掃描成像技術(shù)，因其無損探傷、高分辨率、高成像速度、高性噪比以及三維層析探測(cè)的綜合優(yōu)勢(shì)，在生物快速實(shí)時(shí)成像，活細(xì)胞檢測(cè)等方面均有重要的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)推廣潛力。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的激光陣列掃描成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的激光陣列掃描成像系統(tǒng)的相位板的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

參見圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供一種激光陣列掃描成像系統(tǒng)，包括顯微成像裝置1、信號(hào)接收裝置2以及激光陣列產(chǎn)生裝置3，激光束先進(jìn)入激光陣列產(chǎn)生裝置3，然后經(jīng)顯微成像裝置1進(jìn)入信號(hào)接收裝置2內(nèi)，其中顯微成像裝置1內(nèi)設(shè)置有樣品13，激光束聚焦至樣品13上后，激光束內(nèi)攜帶有樣品信息，而信號(hào)接收裝置2則是用于收集具有樣品信息的激光束。具體地，激光陣列產(chǎn)生裝置3包括相位板31以及第一聚焦透鏡32，準(zhǔn)直后的激光束透射相位板31后形成具有相位差的激光束，而該激光束在透射第一聚焦透鏡32后在第一聚焦透鏡32的焦平面處形成激光陣列，顯微成像裝置1包括透鏡組件11以及二向色鏡12，一般還應(yīng)設(shè)置有樣品放置區(qū)，將樣品13放置樣品放置區(qū)后，透鏡組件11接收激光陣列產(chǎn)生裝置3發(fā)出的激光陣列，然后將激光陣列聚焦至該樣品13上，通過激光陣列對(duì)樣品13進(jìn)行掃描，使得激光陣列攜帶有樣品信息，二向色鏡12將該攜帶有樣品信息的激光陣列的特定波段反射至信號(hào)接收裝置2內(nèi)，而信號(hào)接收裝置2包括第二聚焦透鏡21以及探測(cè)器22，其中第二聚焦透鏡21接收二向色鏡12反射的激光束，將探測(cè)器22設(shè)置于第二聚焦透鏡21的焦平面處，探測(cè)器22可接收第二聚焦透鏡21產(chǎn)生的攜帶樣品信息的激光陣列。本發(fā)明中，準(zhǔn)直后的激光束先透射相位板31形成具有相位差的激光束，該激光束透射第一聚焦透鏡32后在第一聚焦透鏡32的焦平面處形成激光陣列，激光陣列進(jìn)入透鏡組件11后，使得激光陣列聚焦于樣品13上，起到對(duì)樣品13進(jìn)行陣列掃描的作用，將掃描速度提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，激光陣列激發(fā)樣品13產(chǎn)生攜帶具有樣品信息的激光陣列，且通過二向色鏡12將激光陣列反射到第二聚焦透鏡21，且在第二聚焦透鏡21的焦平面處形成攜帶樣品信息的激光陣列，激光陣列被探測(cè)器22收集。上述成像過程中利用相位板31的激光陣列快速掃描成像技術(shù)，因其無損探傷、高分辨率、高成像速度、高性噪比以及三維層析探測(cè)的綜合優(yōu)勢(shì)，在生物快速實(shí)時(shí)成像，活細(xì)胞檢測(cè)等方面均有重要的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)推廣潛力。對(duì)于探測(cè)器22可以采用ccd(相機(jī))或者coms(ram芯片)，可以收集攜帶樣品信息的激光陣列。其中，激光陣列產(chǎn)生裝置3還包括準(zhǔn)直鏡，且激光器發(fā)出的激光束經(jīng)準(zhǔn)直鏡后透射至相位板31上，即沿激光束的發(fā)射方向，準(zhǔn)直鏡、相位板31以及第一聚焦透鏡32依次設(shè)置，使得激光束被準(zhǔn)直后垂直透射相位板31。

再次參見圖1，優(yōu)化上述實(shí)施例，透鏡組件11包括第三聚焦透鏡111以及第四聚焦透鏡112，其中第三聚焦透鏡111可以接收第一聚焦透鏡32形成的激光陣列，而第四聚焦透鏡112則是用于接收第三聚焦透鏡111透射的激光信號(hào)且在樣品13上聚焦形成激光陣列，樣品13位于第四聚焦透鏡112的焦平面上，通過第三聚焦透鏡111與第四聚焦透鏡112的配合作用使得激光陣列掃描樣品13，將上述的二向色鏡12設(shè)置于第三聚焦透鏡111與第四聚焦透鏡112之間的光路上，且該光路對(duì)應(yīng)的光軸與二向色鏡12之間具有傾斜角。本實(shí)施例中，經(jīng)激光陣列生成裝置調(diào)制后的激光陣列進(jìn)入第三聚焦透鏡111；經(jīng)第三聚焦透鏡111后的激光再經(jīng)第四聚焦透鏡112形成激光陣列，聚焦于樣品13上，對(duì)樣品13進(jìn)行陣列掃描，激光陣列激發(fā)樣品13產(chǎn)生攜帶樣品信息的激光陣列；攜帶樣品信息的激光陣列背向散射透過第四聚焦透鏡112，經(jīng)二向色鏡12反射到第二聚焦透鏡21上以在焦平面處形成激光陣列。當(dāng)然，二向色鏡12傾斜設(shè)置，則主要是用于調(diào)節(jié)二向色鏡12的反射角，方便反射后的激光束可射入信號(hào)接收裝置2內(nèi)，且方便信號(hào)接收裝置2位置的安放。優(yōu)選地，上述的傾斜角為45度，則第二聚焦透鏡21應(yīng)垂直于第三聚焦透鏡111。

參見圖1以及圖2，進(jìn)一步地，細(xì)化相位板31的結(jié)構(gòu)，相位板31上設(shè)置有若干厚區(qū)311以及若干薄區(qū)312，且各厚區(qū)311與各薄區(qū)312相間設(shè)置，即每一厚區(qū)311的相鄰區(qū)間均為薄區(qū)312，使得相鄰兩個(gè)區(qū)間均存在相位差，進(jìn)而可以使得透射至第一聚焦透鏡32的激光束可以形成激光陣列。相位板31通過刻蝕等技術(shù)途徑，在透明光學(xué)材料上加工出具有兩種厚度的區(qū)域，使指定波長的光在通過這兩種區(qū)域時(shí)的相位差為，激光陣列的薄區(qū)312與厚區(qū)311可以采用類似于棋盤的結(jié)構(gòu)形式，加工簡單，實(shí)現(xiàn)簡單，成本比較低，可以提高激光焦斑空間強(qiáng)度分布對(duì)稱性。具體地，在激光透射相位板31的厚區(qū)311與薄區(qū)312之間的相位差為π。

進(jìn)一步地，成像系統(tǒng)還應(yīng)包括有數(shù)據(jù)處理裝置，探測(cè)器22收集的光信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)處理裝置內(nèi)，而通過數(shù)據(jù)處理裝置可以將攜帶有樣品信息的光信號(hào)恢復(fù)為樣品13的圖像。本實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理裝置包括計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)用于將采集到的攜帶樣品信息的光波信號(hào)恢復(fù)出成像樣品13的圖像。而上述結(jié)構(gòu)的成像系統(tǒng)可應(yīng)用在掃描近場(chǎng)顯微鏡(snom)、受激輻射光淬滅顯微鏡(sted)、光激活定位顯微鏡(plam)、隨機(jī)光學(xué)定位重構(gòu)顯微鏡(storm)、結(jié)構(gòu)照明顯微鏡(sim)、雙光子顯微鏡(tpef)、單光子熒光顯微鏡(opef)、多光子顯微鏡(mpm)、光學(xué)相干顯微鏡(oct)、共聚焦顯微鏡(clsm)和拉曼顯微鏡(srs)上。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。