[发明专利]一种并行光学相干层析成像设备自动对焦系统和方法

说明书

本发明提供一种并行光学相干层析成像设备自动对焦系统和方法，包括有光源产生光；将光分解为采样光和参考光，采样光照射待测样品后返回第一回光，参考光照射参考镜面后返回第二回光；将第一回光和第二回光合束成第一合成光，检测获得第一合成光的光学相干层析信号强度峰值；将参考镜面共轭至待测样品表面作为参考成像面；将样品臂焦平面定位在参考成像面上，根据光学相干层析信号强度峰值确定样品臂焦平面，完成自动对焦。本发明基于并行光学相干层析成像设备本身作为多通道的弱相位时域光学干涉系统，利用系统本身的自检测量能力，无需额外对焦模块，以微米以下的重复精度实现显微物镜的焦面、参考臂镜面同时对准折射材料下表面的快速对焦过程。

技术领域

本发明涉及一种成像技术，特别是涉及一种并行光学相干层析成像设备自动对焦系统和方法。

背景技术

对于扫描共焦、双(多)光子、并行光学相干层析等穿透活体组织成像的显微镜，在成像物镜数值孔径较大(＞0.5)时，对焦也就是系统焦平面对准处于一个折射表面(如盖玻片)下的样品表面，是很困难的。

针对扫描共焦、双(多)光子显微镜，人们提出了多种自动对焦系统和方法。比较多的自动对焦方法，是采取图像的频率分析来确定焦面，这种方法依靠迭代优化的方法来寻找焦面，速度较慢。

另外一种对焦技术，采取结构光照明分析的方法，速度明显提高，但是对来自覆盖在样品上的反射表层的镜面反射十分敏感，对焦精度低。

另外，《物理实验》2018年07期，韩荣磊等人公开了一种《时域光学干涉层析成像实验系统的研制》，仅仅公开了一种时域光学干涉层析成像实验系统或共焦显微镜，并不具有自动对焦的能力。

采取弱相位光学干涉实现对焦也是一类重要的对焦系统。最早在US5493109专利被提出，由于采取迈克尔逊(Michelson)干涉仪方式，双干涉臂通过光纤分光，双臂受到热和机械非对称性对光程长度扰动的影响，它的对焦重复精度差。而在WO2012016753A1中，弱相位干涉对焦的方法得到改善，采用了光束分束器在靠近成像物镜的位置分光，减少了双臂相对光程受到环境的影响，但是依然受到较强的来自样品上覆盖的玻璃表面的镜面反射光的影响，降低了系统动态范围，对焦精度受到影响。

弱相位光学干涉对焦系统实质是频域光学相干层析模块，耦合到扫描共焦、双(多)光子成像系统中，根据沿着光轴扫描一维图像判断玻璃的上下表面，将系统焦点对准玻璃下表面即样品表面。

但是，对于并行光学相干层析成像设备，焦面的定义与传统扫描共焦、双(多)光子完全不同。它的系统成像面决定于参考臂镜面在样品臂的共轭位置，而样品臂中显微物镜的焦面位于参考臂决定的成像面上才完成对焦过程。上述对焦系统和方法，仅仅针对显微物镜的焦面的对准，不能解决参考臂中镜面相对于焦面的对准。另外，并行光学相干层析设备，其轴向分辨率决定于弱相干光源的相干长度，通常为1微米以下，而采取的光学物镜，轴向分辨率只有10微米左右，低精度的常规对焦手段大概率的降低了系统图像信噪比和对比度。更进一步，按照现有文献和专利，为了提高精度，在系统中增加弱相位光学时域干涉对焦模块，这样额外增加了成像设备的复杂度和成本。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种并行光学相干层析成像设备自动对焦系统和方法，用于解决现有技术中对焦精度低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种并行光学相干层析成像设备自动对焦方法，包括有：

一光源产生光；

将所述光分解为采样光和参考光，所述采样光照射待测样品后返回第一回光，所述参考光照射参考镜面后返回第二回光；

将所述第一回光和第二回光合束成第一合成光，检测第一合成光的光学相干层析信号强度，获得第一合成光的光学相干层析信号强度峰值；

将参考镜面共轭至待测样品表面作为参考成像面；