[发明专利]一种结合多光子激发的多模式阵列型扫描成像装置

权利要求书

1.一种结合多光子激发的多模式阵列型扫描成像装置，其特征在于所述装置包括：激发光源单元、光源控制单元、光束变换单元、像差校正单元、多焦点激光扫描单元、荧光信号激发单元、荧光信号探测单元、图像重建单元；

其中：所述激发光源单元包括半导体激光器和脉冲飞秒激光器，根据不同样品的成像需求选用不同的激发光源；

所述光源控制单元置于激发光源单元之后，包括光学快门、偏振片、半波片，光学快门可实现光路的开关功能，偏振片和半波片可实现光束的偏振控制和强度控制；

所述光束变换单元置于光源控制单元之后，由一对焦距不同的透镜组组成，用于调整激发光束的尺寸；

所述像差校正单元置于光束变换单元之后，其包括夏克哈特曼波前传感器、可变形镜、透镜组，夏克波特曼波前传感器用于波前信号的传感，可变形镜用于像差校正；通过夏克波特曼传感器获取波前信号，通过泽尼克波前模式的振幅与变形镜上电压之间的相互作用矩阵计算出变形镜上所需校正电压，施加该校正电压改变可变形镜的偏转角，从而实现自适应消除或减少像差；前后单元之间通过透镜组连接；

所述多焦点激光扫描单元置于像差校正单元之后，该单元包括微透镜阵列、二维扫描振镜、透镜组、分束镜、物镜；激发光源通过微透镜阵列后生成阵列式照明光源，使得原始的单点照明形式转化为并行的多焦点照明形式，其后安装有二维扫描振镜以实现扫描功能，一对焦距相等的透镜对透镜L3和透镜L4，分居在二维扫描透镜的两侧，可实现在不改变入射角度的情况下对样品进行扫描；透镜L4后方设置有管状透镜，该管状透镜的焦距大于透镜L3和透镜L4的焦距，可保证经振镜扫描的图像经管状透镜后放置的分束镜反射后可充满物镜的后焦面(即样品平面)，在样品上产生衍射受限的光斑作为激发光源；

所述荧光探测单元置于多焦点激光扫描单元之后，受激发射的荧光从同一物镜出发，样品置于三维微位移台上以实现微小的位移调整；激发荧光通过焦距不同的透镜对实现光束扩展，经滤光片滤除杂散光后成像到CCD上成像；

所述图像重建与处理系统，与所述像差校正单元和采集图像的CCD相连，用于对采集到的扫描图像进行后续的数字图像处理。

2.根据权利要求书1所述的一种结合多光子激发的多模式阵列型扫描成像装置，其特征在于所述微透镜阵列可精确控制照明模式和激发点的位置，以生成稀疏的阵列式焦点照明。

3.根据权利要求书1所述的一种结合多光子激发的多模式阵列型扫描成像装置，其特征在于所述多光子激发模式和普通宽场荧光成像模式可通过分束镜将两路光束结合起来，实现不同成像模式的拓展组合。

4.根据权利要求书1所述的一种结合多光子激发的多模式阵列型扫描成像装置，其特征在于所述二维扫描振镜位于一对焦距为相同的透镜之间，可实现在不改变入射角度的情况下将光束射在样品平面上。

5.根据权利要求书1所述的一种结合多光子激发的多模式阵列型扫描成像装置，其特征在于包括以下步骤：

(1)照明系统包括半导体激光器和脉冲飞秒激光器；

(2)光束通过微透镜阵列生成阵列式多焦点照明光束；

(3)阵列式多焦点照明光束激发样品产生荧光信号；

(4)荧光信号探测系统收集荧光信号，并进行滤波和成像操作；

(5)图像重建处理系统对采集到的图像进行重建，重构出最终的图像。

6.根据权利要求书1所述的一种结合多光子激发的多模式阵列型扫描成像装置，其特征在于所述微透镜阵列放置在一个可机械移动的平台上以满足不同波长光源的聚焦需求。

7.根据权利要求书1所述的一种结合多光子激发的多模式阵列型扫描成像装置，其特征在于所述的二维扫描振镜也可用声光偏转器代替。

8.根据权利要求书1所述的一种结合多光子激发的多模式阵列型扫描成像装置，其特征在于所述像差校正单元中的变形镜也可以用空间光调制器代替，或者为可变形镜和空间光调制器的组合系统；所述像差校正单元也可替换为无波前探测形式，在无波前探测形式中，无需夏克哈特曼波前传感器。