[实用新型]平衡检测共聚焦显微镜成像系统

说明书

技术领域

本实用新型的领域属于立体影像重建，尤其是有关于一种平衡检测共聚焦显微镜(confocal microscope)成像系统。 

背景技术

共聚焦显微镜早在1957年即为Marvin Minskey所提出，并于1961年获得专利。早先由于没有高功率的空间相干光源(spatial coherent light source)，所以共聚焦显微镜并无法善加应用。只是在激光技术产生后，此一现像才被改进。 

共聚焦显微镜的信号光源主要为激光器或荧光(fluorescence)。由一高数值孔径(numerical aperture)的聚焦装置搜集信号光且应用一光检测器进行检测。在聚焦深度外部的光将被光检测器之前的一针孔(pinhole)阻挡住。因为聚焦深度外部的光无法被光检测器所检测到，所以共聚焦显微镜具有深度辨识的能力。共聚焦显微镜的反射强度相对于轴向深度为一sinc square的曲线，且深度的分辨率为此曲线该最大值之半的全宽(full width at half maximum of this curve)。在可见光的范为内，其约为300纳米，而侧向的分辨率为入射的激光束的散射能力所限制，其最高值约为200纳米。 

应用共聚焦显微镜在不同的轴向深度处作二维的扫描可以重建一扫描物件的三维影像。因为传统上使用的共聚焦显微镜无法对高速变动的物件进行实时的扫描，所以也无法进行实时进行三维成像。 

共聚焦显微镜使用高NA物镜以使得照明的点距相当的紧密，而且在光检测器前方的光共轭平面中的针孔(pinhole)可以消除焦点外的信号。当来自聚焦深度外的光将被在该光检测器前方的针孔(pinhole)所 阻档。共聚焦显微镜具有深度辨识的能力，所以可以是一项理想的表面轮廓量测计. 

传统的共聚焦显微镜中，将一样本对位于该焦点上，且在轴方向进行平面扫描，再堆栈这些平面影像，可以得到三维影像。但是此过程必需精密的控制不同位的图像(sectioning image)的轴向位置，及影像重建的时间。因此传统的共聚焦显微镜不适于检测高速三维变动的形态及对为微观处理的实时检测。 

美国专利USP5,804,813(J.-P.Wang and C.-H Lee，“Differential共聚焦显微镜”)中提出一种可实时检测变动物体的三维影像的方法，该专利应用differential共聚焦显微镜，其中使用共聚焦显微镜的轴响应曲线(axial response curve)中的线性区段以使得深度方向的分辨率可以达到最大。已证明此一方式可以克服传统的共聚焦显微镜的限制。差动共聚焦显微镜(differential confocal microscope)可以使得在深度方向的分辨率高于20纳米，且可以操作在一开回路的组态(open loop configuration)下，而大大增加成像速度。因此可以达到实时的三维surface成像。 

但是此一方法的动态范围(dynamic range)不够大，所以当物件瞬时的变化较大时，所得到的三维影像相当的模糊。其次，此一方法并未考虑表面反射或荧光效应的差异所造成重建影样上的错误。此外，目前此技术的轴向分辨率主要受限于光源功率的变动。 

本实用新型的目的即在解决此一现有技术的困难点，利用三阶(three order)非线性拟合来增加其动态范围，利用平衡检测来消除光源功率变动的影响进而提高轴向分辨率和解决表面反射或荧光效应的差异所造成重建影样上的错误，以得到更佳的影像效果。 

实用新型内容

本实用新型的目的为提出一种平衡检测的共聚焦显微镜成像系统及其三维影像重建方法，其中本实用新型使用非线性拟合(fitting)，可以增加可应用的动态范围。本实用新型中消除光源中的功率的变动。应用平衡检测可以改进轴向的分辨率。