[发明专利]一种压缩感知多光子体成像装置及方法、光学系统

权利要求书

1.一种压缩感知多光子体成像装置，其特征在于包括：压缩感知多光子体成像装置的系统包括：点扫描激发装置、多角度激发装置、压缩感知模块、光学照明装置、信号采集装置和图像重构模块；

其中，点扫描激发装置用于实现在成像面上的激光扫描激发，其中激发端未完全填充物镜后焦面，在物镜前焦面处的激发点扩散函数轴向被拉长，从而将从全数值孔径的点激发转变为低数值孔径的针激发；

多角度激发装置用于实现针激发的不同角度的偏转，其中多角度激发装置的偏转面处于物镜前焦面的共轭面，即物镜后焦面的傅里叶面上，而且偏转面的偏转使光斑在物镜后焦面上平移，从而实现在激发面上点扩散函数的不同角度的激发；

压缩感知模块用于加速成像采集，其利用成像过程中样本时间和空间维度上信息的冗余性来实现低于奈奎斯特采样定理的采样频率；

光学照明装置包括激光器、光学透镜、4f中继透镜以及物镜，其中激光器用于激发样本信号，光学透镜和4f中继透镜用于调整光束直径大小、光束准直度和不同焦面之间的共轭关系，物镜用于低数值孔径激发和高数值孔径探测；

信号采集装置用于探测体成像信号，包括单通道或者多通道的信号采集及成像；

图像重构模块用于实现采集到的耦合信号的解耦重建。

2.根据权利要求1所述的压缩感知多光子体成像装置，其特征在于，点扫描激发装置是检流计振镜、共振振镜或声光调制器。

3.根据权利要求1或2所述的压缩感知多光子体成像装置，其特征在于，多角度激发装置由二维振镜、微机电设备和摆镜实现。

4.根据权利要求1或2所述的压缩感知多光子体成像装置，其特征在于，信号采集模块由光电倍增管实现。

5.根据权利要求1或2所述的压缩感知多光子体成像装置，其特征在于，在压缩感知多光子体成像装置的系统中，光学系统包含点扫描激发装置、多角度激发装置、光学照明模块和信号采集装置在内，而且该光学系统包括：光电倍增管、第一会聚透镜、滤波片、第一扩束镜、二向色镜、第二扩束镜、物镜、第一振镜、第一准直透镜、第二振镜、第二会聚透镜、第二准直透镜、第三会聚透镜和飞秒激光器；其中，光路中的激发光路包括从飞秒激光器依次经过第三会聚透镜、第二准直透镜、第二会聚透镜、第二振镜、第一准直透镜、第一振镜、第二扩束镜、第二向色镜、物镜到样本，光路中探测光路包括从样本依次经过物镜、第二向色镜、第一扩束镜、滤波片、第一会聚透镜到光电倍增管。

6.根据权利要求5所述的压缩感知多光子体成像装置，其特征在于，光电倍增管用于探测绿色和/或黄色荧光信号，滤波片用于过滤光子信号，第一会聚透镜和第一扩束镜用于提高光子的采集效率。

7.根据权利要求5或6所述的压缩感知多光子体成像装置，其特征在于，二向色镜用于过滤长波长的激发光，反射短波长的发射光信号到光电倍增管端；第二扩束镜用于调整光束直径的大小以实现需要的低数值孔径激发以及用于消除扫描光路中的像差；第一振镜是点扫描激发装置；第一准直透镜将光束调整为准直光束，它的前焦面处放置第二振镜；第二振镜是多角度激发装置，放置于第一准直透镜的前焦面处和第二会聚透镜的后焦面处；第二会聚透镜用于将光束会聚与第二振镜的二维偏转轴的轴心上，第二会聚透镜与第一准直透镜共同作用实现光束直径的调整；飞秒激光器用于发射产生双光子信号的飞秒脉冲激发光。

8.根据权利要求5或6所述的压缩感知多光子体成像装置，其特征在于，第二准直透镜和第三会聚透镜选用同焦距透镜，在第二准直透镜和第三会聚透镜之间的焦面处需放置一个小孔以实现点扩散函数在频率上信息的扩展。