[发明专利]一种基于螺旋光束的三维超分辨率成像系统

说明书

技术领域

本发明实施例属于超分辨显微技术领域，尤其涉及一种基于螺旋光束的三维超分辨率成像系统。

背景技术

超分辨显微技术即是通过硬件或软件的方法提高原有图像的分辨率得到高分辨率的图像的过程，可以实现时间分辨率向空间分辨率的转换，通常应用于对细胞结构进行定位，实现细胞结构的三维纳米超分辨成像。目前常用的三维纳米超分辨成像方法有柱面镜像散法、双焦面探测法、荧光干涉法、双螺旋点扩展函数法等。

然而，目前常用的这些三维纳米超分辨成像方法均存在不同的局限性，柱面镜像散法所能达到的成像深度有限，双焦面探测法的成像系统结构较为复杂，荧光干涉法对成像系统的要求较高、难以实现，双螺旋点扩展函数法由于需要产生两个光斑而导致光能利用率较低、两个光斑的光信号难以探测且两个光斑的光信号相互串扰，容易产生误判。

发明内容

本发明实施例提供一种基于螺旋光束的三维超分辨率成像系统，旨在解决现有的三维纳米超分辨成像方法存在成像深度有限，成像系统结构复杂、难以实现，光能利用率较低、两个光斑的光信号难以探测且两个光斑的光信号相互串扰，容易产生误判的问题。

本发明实施例提供一种基于螺旋光束的三维超分辨率成像系统，其包括按照光路方向依次排列的激光器、激发滤光片、扩束准直系统、第一显微透镜、共聚焦荧光显微系统、纳米位移台、第一消色差透镜、光调制器件、第二消色差透镜和光探测器件；

所述激光器发射激光光束，所述激发滤光片对所述激光光束进行滤光，所述扩束准直系统对滤光后的所述激光光束进行扩束和准直，所述共聚焦荧光显微系统将扩束和准直后的所述激光光束聚焦并投射至位于所述纳米位移台上的样品，所述共聚焦荧光显微系统还对所述样品反射回来的荧光光束进行滤光并聚焦于所述第一消色差透镜的物方焦点，所述第一消色差透镜对滤光后的所述荧光光束进行消色差后传递至所述光调制器件，所述光调制器件对消色差后的所述荧光光束进行相位调制得到螺旋光束，所述第二消色差透镜对所述螺旋光束进行消色差后传递至所述光探测器件，所述光探测器件对消色差后的所述螺旋光束进行光电转换和模数转换后得到数字图像信号。

在一个实施例中，所述扩束准直系统包括沿光路传播方向依次设置的扩束镜和准直镜，所述扩束镜对滤光后的所述激光光束进行扩束，所述准直镜对扩束后的所述激光光束进行准直。

在一个实施例中，所述共聚焦荧光显微系统包括双色镜、物镜、发射滤光片和第二显微透镜，扩束和准直后的所述激光光束经所述第二显微透镜聚焦后透过所述双色镜并经所述物镜聚焦于所述纳米位移台上的样品，所述样品反射回来的荧光光束经所述物镜消除相差之后经所述双色镜反射至所述发射滤光片进行滤光，所述第二显微镜透镜将滤光后的所述荧光光束聚焦于所述第一消色差透镜。

在一个实施例中，所述纳米位移台为压电纳米位移台。

在一个实施例中，所述第一消色差透镜和所述第二消色差透镜共同构成4F成像系统，所述光调制器件位于所述第一消色差透镜的像方焦平面和所述第二消色差透镜的物防焦平面，所述第二消色差的像方焦平面位于所述光探测器的感光面。

在一个实施例中，所述光调制器件为空间光调制器或相位片。

在一个实施例中，所述光探测器件为电子倍增CCD。

在一个实施例中，所述三维超分辨率成像系统还包括反射镜，所述反射镜位于所述扩束准直系统和所述第一显微透镜之间的光路上，所述反射镜将扩束和准直后的所述激光光束反射至所述第一显微透镜。

在一个实施例中，所述三维超分辨率成像系统还包括控制设备，所述控制设备分别与所述激光器、所述光探测器件和所述纳米位移台通讯连接，所述控制设备对所述数字图像信号进行图像处理得到聚焦光斑图像并对所述聚焦光斑图像进行数据分析处理得到所述样品的三维定位信息，所述控制设备还对所述激光器、所述光探测器件和所述纳米位移台的工作状态进行控制。

在一个实施例中，所述控制设备为PC机。

本发明实施例通过提供一种由激光器、激发滤光片、扩束准直系统、第一显微透镜、共聚焦荧光显微系统、纳米位移台、第一消色差透镜、光调制器件、第二消色差透镜和光探测器件组成的基于螺旋光束的三维超分辨率成像系统，系统结构简单、易于实现，整个系统基于拉盖尔高斯模式叠加的自成像原理实现，成像深度大，通过光调制器件来产生一个螺旋光束、光能利用率高且易于探测。

附图说明