[发明专利]一种具有轴向高分辨率的三差动共焦显微镜成像方法及成像装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高共焦显微镜分辨率的装置及成像方法，特别是一种具有轴向高分辨率的三差动共焦显微镜成像方法及成像装置，实现信号的三差动探测来改进共焦显微镜轴向分辨率的成像。

背景技术

共焦显微镜是由美国学者M.Minsky于1957年首次提出，并于1961年获得美国专利，专利号为US3013467。共焦显微镜将点光源、点物和点探测器三者置于彼此对应的共轭位置，系统的分辨率得到了显著提高。一般的共焦显微镜基本原理如图3所示，点光源20发出的光经过物镜21和半透半反镜22后，照射样本23内焦平面上的一点，而该点的反射光经过半透半反镜22和集光透镜24后可以在探测针孔25处被探测器26探测。通过移动样品或者利用光路扫描，就可以完成对样本焦平面的逐点扫描，得到样本光学横断面的共焦图像。点光源20与探测针孔25相对于物镜焦平面是共轭的，焦平面外的点不会在探测针孔处成像，因此它大大提高了系统的分辨率。

为了改善共焦显微镜的轴向分辨能力，赵维谦等提出了三差动显微成像方法，该方法同时探测三路信号，通过处理三路信号改善系统轴向分辨率。具体实施方法参见“三差动共焦显微成像方法和装置”的中国发明专利，申请号为200410073652.4。该方法利用空间分光实现差动探测，以改善共焦显微镜的轴向分辨能力。但是该方法在弱光测量时光能利用率低，并且因为该方法采用非共光路结构，因此很难保证针孔位移量的稳定性，使用环境要求较高。

发明内容

本发明的目的是为克服上述已有技术的不足，提供一种具有轴向高分辨率的三差动共焦显微镜成像方法及成像装置，在保证针孔位移量的稳定性的同，提高了分辨能力。

一种具有轴向高分辨率的三差动共焦显微镜成像方法实现步骤如下：

(1)将光探测处针孔固定在针孔轴向微位移装置一端上，针孔轴向微位移装置另一端固定在基板上；由信号同步装置发出信号控制针孔轴向微位移驱动装置发出驱动信号，驱动针孔轴向微位移装置改变光探测处针孔位置，依次将针孔置于集光透镜焦点处、焦后u_m处和焦前u_m处，其中u_m为针孔距集光透镜焦点距离的归一化光学坐标；

(2)信号同步装置实现被测样品扫描信号、针孔轴向微位移装置驱动信号，数据采集装置触发信号的同步，保证在光探测处针孔移动后，再对被测样本逐点扫描，并同时采集信号；

(3)在步骤(1)中上述针孔的三个位置，即光探测处针孔分别位于集光透镜焦点处、焦后u_m处和焦前u_m处时，采集图像I₁(v，u，0)、I₂(v，u，-u_m)和I₃(v，u，+u_m)，其中u为轴向归一化光学坐标，v为横向归一化光学坐标；

(4)将I₁(v，u，0)减I₂(v，u，-u_m)得到两幅图像之差I_A(v，u)，I₁(v，u，0)减I₃(v，u，+u_m)得到两幅图像之差I_B(v，u)，I₂(v，u，-u_m)减I₃(v，u，+u_m)得到两幅图像之差I_C(v，u)，由I_A(v，u)、I_B(v，u)、I_C(v，u)得到提高了轴向分辨率的图像I(v，u)：