[发明专利]基于量子统计的高精度光学成像装置与方法

权利要求书

1.一种基于量子统计的光学成像装置，其特征在于，包括激光共聚焦显微装置(1)、单光子计数统计装置(2)和主控装置(3)，其中，

激光共聚焦显微装置(1)用于激发样品并收集样品发射的荧光，并将该荧光导入所述单光子计数统计装置(2)；

单光子计数统计装置(2)用于接收来自激光共聚焦显微装置(1)的荧光信号，产生多个单光子计数信号和多光子符合计数信号，并向主控装置(3)输出多个单光子计数信号和多光子符合计数信号，所述多个单光子计数信号和多光子符合计数信号用于重构样品图像；

主控装置(3)分别连接于所述激光共聚焦显微装置(1)和单光子计数统计装置(2)，用于产生控制信号并分别输出给激光共聚焦显微装置(1)和单光子计数统计装置(2)，以控制激光共聚焦显微装置(1)的共聚焦扫描与单光子计数统计装置(2)的数据采集同步。

2.如权利要求1所述的基于量子统计的光学成像装置，其特征在于，所述单光子计数统计装置(2)包括两个单光子探测器(D1、D2)、一个延时器(DL)、一个光子符合计数装置(TAC)和一个多通道分析仪(MCA)，

所述两个单光子探测器(D1、D2)根据输入的荧光信号分别产生单光子计数信号；

所述光子符合计数装置(TAC)用于根据上述两个单光子计数信号产生双光子符合计数信号和时间幅度转换信号。

3.如权利要求2所述的基于量子统计的光学成像装置，其特征在于，所述光子符合计数装置(TAC)包括两个输入端和两个输出端，两个输入端分别用于输入由所述光子探测器(D1、D2)产生的单光子计数信号，其中一个输入端与所述光子探测器之间具有一个延时装置(DL)，两个输出端分别用于输出时间幅度转换信号和双光子符合计数信号。

4.如权利要求3所述的基于量子统计的光学成像装置，其特征在于，所述延时装置(DL)是加长的信号线。

5.如权利要求2所述的基于量子统计的光学成像装置，其特征在于，所述时间幅度信号输出到多通道分析仪(MCA)中，所述多通道分析仪(MCA)用于对多个时间幅度转换信号进行统计，得到双光子符合计数信号的强度与所述两个单光子计数信号之间的时间间隔的关系，以确定双光子符合计数的零点位置。

6.一种基于量子统计的光学成像方法，其特征在于，包括如下步骤：

将激光照射到样品上；

对样品上发射的荧光进行单光子计数，产生多个单光子计数信号；

根据所述多个单光子计数信号产生多光子符合计数信号；

对多光子符合计数信号和多个单光子计数信号的强度图像进行处理，获得分辨率小于瑞利极限的样品图像。

7.如权利要求6所述的基于量子统计的光学成像方法，其特征在于，所述多光子符合计数信号包括：N个光子的符合计数信号、N-1个光子的符合计数信号、……、2个光子的符合计数信号，其中N为发光点的个数。

8.如权利要求6所述的基于量子统计的光学成像方法，其特征在于，

使用公式来计算所述样品上两个点A、B的光强I_A和I_B，其中I₁为两个单光子计算信号强度之和，I₂为双光子符合计数信号强度。

9.如权利要求6所述的基于量子统计的光学成像方法，其特征在于，所述双光子符合计数的取样窗口宽度设置为小于荧光寿命的5倍。

10.如权利要求9所述的基于量子统计的光学成像方法，其特征在于，所述双光子符合计数的取样窗口宽度为2ns。