[发明专利]利用扫描仪系统沿着连续扫描轨迹扫描的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用扫描仪系统沿着连续扫描轨迹扫描的方法，该扫描仪系统包括用于偏转穿过定义x-z平面中的光轴(z)的连续透镜系统的电磁波束的焦点的第一对声光偏转器以及用于偏转在基本上与x-z平面垂直的y-z平面中的焦点的第二对声光偏转器。

背景技术

三维(3D)激光扫描技术在对生物样品进行测量(包括扫描、成像、检测、激发等)中很重要。

现有技术通常应用双光子激光扫描显微镜，该双光子激光扫描显微镜使用较低光子能量的激光，其中需要两个光子来在量子事件中激发荧光团(fluorophore)，导致发射荧光光子，该荧光光子随后被检测器检测到。接近同时吸收两个光子的概率极低，从而要求高通量的激发光子，因此双光子激发实际上仅在激光束强度超过双光子阈值的激光束的焦点出现。通过模式锁定激发激光以使得以高强度到达的光子在样本处反弹也增加光子数量。通常，飞秒脉冲激光用于提供双光子激发所需的光子通量，同时保持平均激光束强度足够低以避免热样本恶化。

在分析生物样品的情形下，通常优选地移动激光束的焦点而非移动样品，当使用浸没样品室(submerge specimen chamber)时或者当利用微电极对生物样品进行电记录时，这将难于实现。可以通过偏转激光束以扫描焦平面(x-y平面)中的不同点并且通过例如经由压电定位器(piezo-positioner)沿着其光轴(轴z)偏移物镜以便改变焦平面的深度，实现沿着任意轨迹移动焦点。常规通过经由例如安装在检流计扫描仪上的偏转镜的机械光学偏转部件(mechano-optical deflecting means)在给定焦平面(x-y平面)内偏转激光束来实现xY扫描。

机械扫描组件(即，扫描镜和显微镜物镜)的惯性呈现关于可实现扫描速度的特定限制，因为扫描组件需要被物理偏移以便进行3D扫描。

已经将快速声光偏转器(偏转器)作为常规机械光学解决方案的替代物提出。

Kaplan等(“Acousto-optic lens with very fast focus scanning”，OPTICS LETTERS/V01.26，No.14/July 15，(2001))提出了一种由具有锁定相位的逆向传播的声波的两个偏转器组成的声光透镜，以实现仅沿着z轴的焦平面变动，而不横向移动波束。在该类型的应用中，应当生成啁啾(chirped)频率声波，即，偏转器的声光介质中的声波的频率持续改变。通过经由声光器件的光学孔径改变声频的扫动速率(sweep rate)，实现改变声光透镜的焦点。为了同时移动波束并且改变焦平面，必须改变扫动速率并且应当引入一对的两个偏转器之间的声频差异。为了沿着x轴移动焦点，应当应用在x-z平面中偏转的偏转器之间的声频差异，为了沿着y轴移动焦点，应当应用在y-z平面中偏转的该对偏转器之间的声频差异。相应对中的频率差异量确定焦点的x和y坐标。

在声光扫描仪中使用上面的原理，以便提供3D扫描。在声光扫描仪中，使用四个偏转器来实现真正的3D扫描，即如在US 7,227,127中所述将激发激光束聚焦到像钻石的空间体积(spatial volume)内的多个点。在正常操作中，使用随机访问扫描，意味着可以通过向声光偏转器添加适当控制来寻址(address)3D空间中的任何选择点。该模式称作随机访问多点扫描(RAMP)。

对于3D中的RAMP操作，应当用具有几乎相等的频率扫动速率但不同开始频率的随时间线性改变它们的频率的啁啾声波填充偏转器。啁啾的斜率确定焦深(focal depth)(z水平高度(1evel))，而分别在x-z或者y-z平面中偏转的偏转器对的元件中呈现的瞬时频率给出焦点相对于轴的横向距离x和y。

例如在x-y平面中偏转的该对元件中的频率函数可以被定义为：

f_1x＝f_10x+a_1x·t，f_2x＝f_20x+a_2x·t