[发明专利]共焦显微镜模式像差矫正方法

说明书

共焦显微镜模式像差矫正方法，属于自适应光学和共焦显微成像技术领域，本发明为了解决现有光学系统的装配误差和光学元件的面形偏差会造成像差，导致焦斑歪曲和分辨率降低的问题。该方法依次加载不同幅值第4‑11阶Zernike项偏置像差，计算相应图像灰度方差函数值，以此利用质心法计算相应像差系数，比较得到像差系数小于0.7rad清零，其余项预先矫正，再重新线性计算像差系数，最后利用两次系数之和进行像差矫正。本发明共焦显微镜模式像差矫正方法，通过空间光调制器反向补偿由光学系统的装配误差与光学元件的面形偏差引起的波前畸变，有效克服共焦显微系统的像差影响，提升其成像质量与分辨率。

技术领域

本发明涉及一种模式像差矫正方法，具体涉及一种利用共焦系统提升共焦成像质量及分辨率的矫正方法，属于自适应光学和共焦显微成像技术领域。

背景技术

共焦显微技术具有高分辨率和可三维深度成像的优点，其高分辨的特性需要焦斑尺寸接近衍射极限附近以获得最佳理论分辨率。然而光学系统的装配误差和光学元件的面形偏差会造成像差，导致焦斑歪曲和分辨率降低。需要动态的纠正这些光学系统所产生的像差，提升成像质量。目前还没有简洁实用的应用于共焦显微系统的像差矫正方法。

发明内容

本发明的目的是提供共焦显微镜模式像差矫正方法，以解决现有光学系统的装配误差和光学元件的面形偏差会造成像差，导致焦斑歪曲和分辨率降低的问题。

所述共焦显微镜模式像差矫正方法所依托的共焦系统，其组成包括激光器、双面45°反光镜、分束镜、半波片、空间光调制器、反射镜、光阑、偏振分束镜、XY扫描振镜、扫描透镜、管镜、物镜、1/4波片、收集透镜、光纤小孔和光电倍增管，激光器发出的激光经双面45°反光镜的一侧反光镜面反射后途经分束镜到达半波片，经半波片调制后射入至空间光调制器，再经空间光调制器调制后射回至分束镜，再经分束镜反射至反射镜，然后经光阑滤除高阶衍射杂光后射到双面45°反光镜的另一侧反光镜面，经双面45°反光镜再次反射后经过偏振分束镜射至XY扫描振镜上，然后经XY扫描振镜反射至扫描透镜，再经过管镜后至1/4波片的偏振面翻转90°被物镜聚焦后打在待测样品上；聚焦后的光斑再从待测样品上反射回物镜，经过1/4波片，偏振面再次翻转90°后依次经过管镜、扫面透镜和XY扫描振镜，射在偏振分束镜上，再经偏振分束镜反射至收集透镜并聚焦到光纤小孔，最后被光电倍增管收集；共焦显微镜模式像差矫正方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤a，建立Zernike多项式；将像差分解为Zernike多项式4-11阶组合；Zernike多项式4-11阶多项式形式如下：

其中i代表Zernike像差阶数，作为判定循环是否继续的条件，r为极坐标系径向坐标，θ为极坐标系角向坐标；

步骤b，加载第i阶Zernike项偏置像差，每阶系数分别为初始值i＝4，s＝0，其中b为Zenike偏置系数，共焦显微系统最佳偏置系数为b＝0.58rad，s为循环次数判定指数；

步骤c，计算五幅图像的灰度方差函数；

步骤d，s＝0:质心法计算像差系数a_i，s＝1:线性计算像差系数a_i’；

步骤e，使i＝i+1，若i12，返回步骤b，若i12则进行步骤f；

步骤f，若s＝0，则使i＝4，s＝1返回步骤b；若s＝1则进行步骤g；

步骤g，计算最佳相差系数，进行共焦像差矫正。

优选的：所述步骤a中的Zernike多项式组合为：i＝4-11，即从4起始，11终结，其中其中Ф为共焦显微波像差，a_i为第i阶像差系数，为累加符号。