[实用新型]一种大视场角多层共轭自适应光学聚焦和显微系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学显微成像领域，尤其是涉及一种大视场角多层共轭自适应光学聚焦和显微系统。

背景技术

在生物医学研究中，由生物组织样品折射率不均匀性引起的像差严重影响了生物样品的成像质量，并且随着可观测生物样品厚度的增加，理想的聚焦变得更加困难。将自适应光学技术应用于生物医学成像领域中，可利用可变形反射镜或空间光调制器，对畸变波前进行补偿和校正，从而实现在生物组织内部或者穿透生物组织的聚焦，得到衍射极限分辨率的图像。

在传统的自适应光学技术中，都采用单个波前校正器来校正单个引导星波前产生的畸变，波前校正器一般位于与显微物镜光瞳面共轭的位置，称之为光瞳型波前校正器(pupil adaptive optical,PAO)。如图1所示为传统的聚焦显微结构，包括激光器16、准直扩束透镜17、准直扩束透镜18、空间光调制器19、聚焦透镜20、散射介质21、成像透镜22、工业相机23。这种自适应光学系统只能校正光学系统引入的相对恒定像差，而无论是生物组织还是大气湍流一般都是三维物体，不同位置产生的像差也是空间变化的，所以有效校正视场角很小。

实用新型内容

为了克服上述问题，为了实现对空间变化的像差进行大视场角校正，本实用新型的目的在于提供了一种大视场角多层共轭自适应光学聚焦和显微系统，采用多层共轭自适应光学方式(multi-conjugate adaptive optical,MCAO)在生物医学成像领域，使用多个波前校正器校正散射介质不同厚度处产生的像差，克服了传统自适应光学成像技术视场角小、非目标点校正误差大、校正速度慢的缺点，可以实现大视场范围内的多区域聚焦和高分辨成像。

本实用新型的目的是通过如下的技术方案实现的：

本实用新型从激光器发出的光经过扩束镜扩束后依次入射到三个空间光调制器上，空间光调制器调制后的光束聚焦到散射介质内部焦平面上，再经成像透镜通过工业相机或者光电倍增管探测成像；光束经其中两个空间光调制器校正散射介质造成的像差，光束经另一个空间光调制器校正光学系统引入的相对恒定像差。

所述的散射介质分为两层，进入散射介质的光束经过散射后聚焦在散射介质靠近成像侧的表面；所述的三个空间光调制器包括两个共轭型空间光调制器和一个光瞳型空间光调制器，两个共轭型空间光调制器分别共轭于两层散射介质，分别以校正两层散射介质层各自在最终成像面上造成的像差；一个光瞳型空间光调制器放置于两个共轭型空间光调制器和散射介质之间，并位于聚焦透镜靠近入射侧的焦平面处，以校正光学系统在最终成像面上造成的相对恒定像差。

所述的散射介质可采用离体生物组织、活体生物组织、含非荧光小球的琼脂，或毛玻璃等其中的一种。

所述系统具体包括沿同一光轴依次布置的激光器、扩束系统、第一汇聚透镜、第一共轭型空间光调制器、第一准直透镜、第二汇聚透镜、第二共轭型空间光调制器、第二准直透镜、光瞳型空间光调制器、聚焦透镜、第一散射介质、第二散射介质和聚焦成像系统；从激光器发出的光经过扩束系统平行扩束后入射到第一汇聚透镜，第一汇聚透镜的出射光经第一共轭型空间光调制器调制后入射到第一准直透镜，第一准直透镜出射平行光并入射到第二汇聚透镜汇聚，第二汇聚透镜出射光经第二共轭型空间光调制器调制后入射到第二准直透镜，第二准直透镜出射光经光瞳型空间光调制器调制后入射到聚焦透镜，第一散射介质和第二散射介质相叠后布置在聚焦透镜出射端前方，聚焦透镜出射光依次经第一散射介质和第二散射介质后被聚焦成像系统接收，聚焦透镜出射光聚焦到第二散射介质靠近聚焦成像系统侧的表面。

所述的两个共轭型空间光调制器需要通过4f系统进行耦合转接，两个共轭型空间光调制器分别共轭于两层散射介质。

所述的第二共轭型空间光调制器、第二准直透镜、聚焦透镜、第一散射介质构成了一套4f光学系统；所述的第一共轭型空间光调制器、第一准直透镜、第二汇聚透镜、第二准直透镜、聚焦透镜、第二散射介质构成了两套相串接的4f光学系统；所述的第一个共轭型空间光调制器共轭于第二层散射介质的中间平面处，用于校正第二层(深层)散射介质造成的像差；所述的第二个共轭型空间光调制器共轭于第一层散射介质的中间平面处，用于校正第一层(浅层)散射介质造成的像差。