[实用新型]基于多面体棱镜和频率调制的高速扫描成像装置

说明书

根据本实用新型的基于多面体棱镜和频率调制的高速扫描成像装置，包括聚焦物镜、光束变换透镜单元、二维振镜、二向色镜、聚焦透镜单元、针孔组件、多面体棱镜、探测器、频率调制器。频率调制器、二向色镜、多面体棱镜以及二维振镜沿第一光轴线依次设置，二维振镜、光束变换透镜单元、聚焦物镜沿第二光轴线依次设置，二向色镜、聚焦透镜单元、针孔组件以及探测器沿第三光轴线依次设置，利用多面体棱镜在聚焦物镜的聚焦面上产生阵列聚焦光斑，实现多点同时扫描成像，显著提高了激光共聚焦扫描成像的帧速，达到高速成像的目的。N个聚焦光斑的多点扫描成像的成像速度可以提高N倍；对于帧速相同，一帧图像的像素数可以提高N倍。

技术领域

本实用新型属于光学领域，具体涉及一种基于多面体棱镜和频率调制的多光束激光共聚焦高速扫描成像装置。

背景技术

共焦显微技术是提供物体的一个或多个层面的高分辨率图像的现有技术，单个点光源发出的光束经物镜聚焦到物体表面，光束经物体反射荧光或透射荧光后再经聚焦透镜聚焦到针孔后进入光电探测器。

为了提高激光扫描共焦显微技术的成像速度，通常采用多焦点光束形成多个具有衍射极限质量并且能够分散聚焦的焦点同时激发样品。多焦点扫描显微技术和单光束激发扫描显微技术主要区别在于多焦点扫描显微技术需要一个多焦点光束产生装置和多焦点光束探测装置，现有的多焦点显微技术主要采用微透镜阵列、光束分离器和衍射光学元件等方法实现激光光束的分光和产生多个焦点；或者利用照明光束的振幅调制、位相调制上实现激光束直接聚焦产生多个焦点。例如，在先技术中，参见“多焦点光束产生装置及多焦点共焦扫描显微镜.授权号：ZL 201210030310.9”，多焦点的产生是通过对照明光束引入和振幅调制。在先技术中，参见“一种相位板多焦点产生装置及方法.申请号：201210030296.2”，多焦点的产生是通过对照明光束的波前相位分布进行了0相位和π相位调节。

为了配合共焦扫描显微镜的逐点扫描成像过程，用于实现多焦点共焦扫面显微技术的多焦点光束经聚焦后的焦斑应该成单列、等距分布，且每个焦点应该具有尽可能高地均匀性，即各个焦点的强度应保持一致，目的是为了避免图像重构时的误差。另外，必须有合适的探测方法能够区分多焦点的每一个焦点激发的样品荧光信号，为共焦扫描显微镜的逐点扫描成像提供依据。

然而现有的多焦点显微技术均无法有效地实现上述单列、等距分布的多焦点和多焦点激发荧光信号的区分。

实用新型内容

本实用新型是为了解决上述问题，目的之一在于提供一种多面体棱镜和频率调制的多光束激光共聚焦高速扫描成像装置，本实用新型利用多面体棱镜和频率调制器产生单列、等距的具有不同调制频率的多焦点，采用频率解调算法区分出探测器接收的多个具有不同调制频率的焦点各自激发的荧光信号，从而重构出反映样品信息的二维图像。

本实用新型提供了一种基于多面体棱镜与频率调制的高速扫描成像的装置，具有这样的特征，包括聚焦物镜、光束变换透镜单元、二维振镜、二向色镜、聚焦透镜单元、针孔组件、多面体棱镜、探测器、频率调制器，其中，频率调制器、二向色镜、多面体棱镜以及所述二维振镜沿第一光轴线依次设置，二维振镜、光束变换透镜单元、聚焦物镜沿与第一光轴线垂直的第二光轴线依次设置，二向色镜、聚焦透镜单元、针孔组件以及探测器沿与第一光轴线垂直的第三光轴线依次设置，聚焦透镜单元包括一个透镜或多个透镜的组合。

在本实用新型提供的基于多面体棱镜与频率调制的高速扫描成像的装置中，还可以具有这样的特征：其中，入射光束经过频率调制器后，输出多束具有不同载频的平行光,多束具有不同载频的平行光经过二向色镜进入多面体棱镜后，输出多束折射光束,多束折射光束经过二维振镜、光束变换透镜单元、聚焦物镜后在样品上产生多个聚焦光斑。