[发明专利]基于变频激光的扫描成像系统及其方法

说明书

本发明公开了一种基于变频激光的扫描成像系统,包括：数字信号发生器(1)、激光器(2)、激光扫描装置(3)、显微镜模块(4)、共聚焦探测模块(5)和数字采集卡(6)。同时，本发明还公开了一种基于变频激光的扫描成像方法。本发明可提高荧光图像的空间分辨率，同时可获得成像样品的荧光寿命数据，为物质种类的分析提供时间维度的信号。

技术领域

本发明涉及一种扫描成像系统,尤其涉及一种基于变频激光的扫描成像系统及其方法，属于光学成像技术领域。

背景技术

近年来，光学成像工具在科学研究中的地位越来越突出。为了能够获得更高的分辨率，大量新颖的显微成像方法涌现出来。其中，激光共聚焦显微系统由于其良好的成像分辨率、三维成像能力以及突出的成像模式拓展能力，成为了科研工作者的首选。

在激光共聚焦显微系统中，分辨率的提高是一个重要的课题，当前，通过使用双光束耗散激发、空间频率调制激发等方式，均实现了激光共聚焦扫描的空间分辨率的提高，然而，即便是在多种创新性方法的提出，激光共聚焦显微镜的分辨率仍旧没有达到科研工作者的最终需求。人们对激光共聚焦显微镜的空间分辨率的追求没有止境。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提出一种基于变频激光的扫描成像方法及其系统，进一步提高激光共聚焦显微镜的空间分辨率。

为此，本发明采用如下技术方案：

一种基于变频激光的扫描成像系统,包括：数字信号发生器(1)、激光器(2)、激光扫描装置(3)、显微镜模块(4)、共聚焦探测模块(5)和数字采集卡(6)；

所述激光扫描装置(3)包括分别沿X轴和Y轴设置的两套扫描模块及一块反射镜，每一扫描模块均包括：扫描振镜(31)、扫描透镜(32)以及管透镜(33)；反射镜(34)设置在后一个管透镜的后方。

所述显微镜模块(4)，包括二向色镜(41)、显微物镜(42)和样品(43)；

所述数字信号发生器(1)中设置有三路模拟信号，以及一路数字脉冲信号(1a)，三路模拟信号分别为一路变频信号(1b)，两路锯齿波信号(1c，1d)；变频信号(1b)驱动激光器(2)，产生变频强度激光；两路锯齿波信号(1c，1d)作为X轴和Y轴的扫描信号，驱动激光扫描装置中的两个振镜(31)；数字脉冲信号(1a)用于驱动数字采集卡(6)启动数据采集，实现同步探测；当上述三路模拟信号发出后，系统处于变频激光扫描，样品也随之被激发出变频强度荧光，荧光信号被共聚焦探测模块(5)所探测，并转换为电信号被数字采集卡(6)同步采集。

进一步地，所述扫描振镜(31)在电信号驱动下，其镜面角度发生改变，进而改变入射激光的出射角度，所述扫描透镜的后焦点可与扫描振镜的镜面中点重合；所述管透镜的后焦点可与所述扫描透镜的前焦点重合，扫描透镜和管透镜共同将扫描振镜的中点共轭到下一个模块的入瞳处。

进一步地，所述扫描振镜(31)、扫描透镜(32)以及管透镜(33)的后焦点到前焦点的连线与光线传输方向重合。

进一步地，所述显微镜模块(4)包括二向色镜(41)、显微物镜(42)和样品(43)，激光通过激光扫描装置后，由二向色镜反射，到达显微物镜，显微物镜的入瞳与上一级的管透镜的前焦点重合，在两路锯齿波信号的驱动下，激光扫描装置实现激光角度的高速扫描，上述激光通过显微物镜后，聚焦在样品面上，其聚焦激光点实现二维网格点扫描，激发样品上M×N个离散区域的荧光信号，荧光信号反向通过显微物镜，进而透过二向色镜模块，进入共聚焦探测模块。

进一步地，所述共聚焦探测模块(5)，包括反射镜(51)、消色差透镜(52)、共聚焦小孔(53)、以及高速探测器(54)组成，通过二向色镜的荧光信号，经过消色差透镜后，聚焦于共聚焦小孔处，共聚焦小孔与消色差透镜的前焦点重合。荧光信号通过共聚焦小孔后，实现了空间滤波，并被紧贴着共聚焦小孔的高速探测器收集，高速探测器将光信号转换为电信号，输出到数字采集卡。