[发明专利]一种基于反望远系统和自由曲面反射的侧向成像方法及装置

说明书

本发明公开一种基于反望远系统和自由曲面反射的侧向成像装置，包括：激光器，用于发出激发光；单模光纤，传输所述的激发光，对荧光样品的照明激发；显微物镜模块，包含将单模光纤出射的激发光会聚的物镜，以及位于物镜前焦点处并用于将激发光反射到狭小空间样品面上的自由曲面反射棱镜；光电探测器，用于采集由所述显微物镜模块收集的荧光信号；计算机，用于处理所述的荧光信号，得到物点所对应的图像。本发明还公开一种基于反望远系统和自由曲面反射的侧向成像方法。本发明可以突破侧向成像这一技术瓶颈；高分辨率与长工作距兼得；装置结构简单，数据处理方便。

技术领域

本发明属于共聚焦显微镜领域，特别涉及一种基于反望远系统和自由曲面反射的侧向成像方法及装置。

背景技术

随着共聚焦技术的发展，其应用也越来越广泛，小型化成为这一领域的趋势。由于共聚焦显微成像样品需与光轴垂直，而在对狭小空间的观测中，如对成管状且直径较小的物体侧壁进行观测时，普通的共聚焦探头无法自由活动，大视场的探头也无法实现90度垂直观测，因此侧向成像技术的实现是一项重大的突破。尤其是临床应用中，在食管、胃及肠道，甚至胆、胰管等狭小空间进行激光共聚焦显微内镜检查时，内镜镜体无法自由活动，会存在检查的死角。标准的前向探头无法获得满意的组织侧面病灶图像(尤其在胆胰管)，导致无法进行诊断或无法获得准确的诊断，影响疾病的治疗。通过在探头前端微型显微物镜前增加反射棱镜的方式，可以实现光束的90度转向，从而实现侧向成像，克服传统前向探头在观测中存在死角的缺点。

传统的前向微型高分辨物镜的高分辨率可以通过普通大数值孔径(NA)物镜实现，而大NA物镜的工作距离也相对较短，在应用中，探头通常需要紧贴被测面(如图1所示)。而侧向成像由于光需转向，因此物镜最小的工作距离也只比其直径略小。实现侧向成像既需要高分辨率的物镜，也需要长工作距的物镜。对于直径为毫米量级的物镜来说，要同时实现大NA和毫米量级的工作距离是矛盾的，非常困难。目前国际上还没有相关的报道。

发明内容

本发明提供了一种基于反望远系统和自由曲面反射的侧向成像方法及装置，提出反望远系统结合自由曲面反射技术设计物镜，反望远系统保证物镜高分辨率的同时增大工作距离，自由曲面反射镜使物镜主面外移克服侧向成像工作距离长这一难点。相对于其他共聚焦显微镜，该装置是基于光纤扫描式共聚焦显微镜，其结构简单，便于使用，物镜高分辨率和长工作距同时兼得，实现狭小空间内侧壁的高分辨观察，可用于共聚焦显微镜领域。

本发明的具体技术方案如下：

一种基于反望远系统和自由曲面反射的侧向成像方法，针对荧光样品包括以下步骤：

(1)激光器发出照明光束，透过一个二色镜后被耦合进一根光纤，激发光从光纤的另一端出射，经过一个由反望远系统和自由曲面反射镜的微型显微物镜模块实现90度转向后聚焦到狭小空间样品上，对样品进行激发；

(2)所述狭小空间样品被激发出荧光后，得到的荧光先经过微型显微物镜模块，再被光纤收集，经二色镜反射，再经第二透镜聚焦并滤除杂散光后，被光电探测器接收；

(3)所述光电探测器将光信号转换为电信号并传给计算机，完成了对样品一个点的信息读入和处理；

(4)通过X/Y/Z向独立的压电陶瓷在共振模式下进行图像高速扫描，压电陶瓷在具有共振频率的驱动信号下伸缩，驱动光纤悬臂以螺旋线轨迹运动,完成对图像的三维扫描。

本发明还提供了一种基于反远距系统和自由曲面反射的侧向成像装置，包括：

(1)激光器，用于发出激发光，实现对荧光样品的照明激发；

(2)耦合系统，用于将激发照明光耦合进单模光纤中；

(3)单模光纤，用于出射激发照明光并偏转实现对样品的二维扫描；