[发明专利]一种多路扫描与探测的线共聚焦成像装置

说明书

本发明公开了一种多路扫描与探测的线共聚焦成像装置，包括：激发光模块、扫描成像模块以及探测模块；激发光模块用于提供由两束激光束整形得到的两条相互分离的线光斑，激光束的倾斜角和发散角均可调节；扫描成像模块用于将两条线光斑聚焦到不同的成像位置，从而产生两束成像光束，并实现三维扫描成像；探测模块用于实现两路成像光束的分离和探测；通过精细调节激发光模块中两路光束的倾斜角和发散角，可以实现双焦面同时扫描成像或者单物镜视场同一焦面双线同时扫描成像。本发明能够有效提高成像速度，同时便于系统调节。

技术领域

本发明属于显微成像领域，更具体地，涉及一种多路扫描与探测的线共聚焦成像装置。

背景技术

显微成像技术广泛应用于生命科学及医学领域，成像速度是显微成像领域中比较重要的参数，尤其对于大体积样本的成像，在短时间获取图像信息尤为重要。按照激发光的形状，显微成像方法可分为点扫描、线扫描和面扫描。点扫描最常见的应用为激光扫描共聚焦显微镜，这种成像方法在探测器前方放置小孔以滤除非焦面信息干扰，形成光学层析，从而提高图像对比度；共聚焦显微镜是逐点扫描样品以获取完整图像，成像速度慢，常用于小样本成像。面扫描，也就是宽场成像模式，一次曝光便可以获取整个物镜视场的信号，但由于没有层析效果，所以不同点之间的信号相互干扰，很难获取高分辨的图像。线扫描成像方式是处于点扫描和面扫描成像方式之间的一种成像方式，它既可以像共聚焦显微镜那样在探测光路中加入狭缝，提高图像信噪比，又可以一定程度上提高扫描速度。

现有的线共聚焦显微镜，一般利用柱面镜产生线光斑，并利用振镜作为扫描器件，这类显微镜在单物镜视场512×512像素尺寸下，帧率可达100Hz。但如果要对厘米级的大体积样本进行成像，则需要引入三维移动品台带动样品进行马赛克式扫描成像，由于平台从当前位置移动到下一成像位置期间，系统是不成像的，样本越大，平台移动次数越多，非成像时间也越多，影响了成像速度和成像效率。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种多路扫描与探测的线共聚焦成像装置，其目的在于，通过重新设计照明光路和探测光路，实现线扫描共聚焦的多路同时扫描和探测，从而提高成像速度和成像效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种多路扫描与探测的线共聚焦成像装置，包括：激发光模块、扫描成像模块以及探测模块；激发光模块用于提供由两束激光束整形得到的两条相互分离的线光斑，激光束的倾斜角和发散角均可调节；扫描成像模块用于将两条线光斑聚焦到不同的成像位置，从而产生两束成像光束，并控制样本沿X方向、Y方向及Z方向移动以实现三维扫描成像；探测模块用于实现两束成像光束的分离和探测；基于激光束的发散角可调节，经激光束整形得到的线光斑被聚焦后的Z方向位置可调节；基于激光束的倾斜角可调节，经激光束整形得到的线光斑被聚焦后的X方向位置可调节；其中，X方向为扫描方向，Z方向为样本轴向，Y方向为同一焦面内成像条带的分布方向，且X方向、Y方向、Z方向构成右手坐标系。

进一步地，激发光模块包括：偏振分光棱镜、柱透镜以及两个光束结构；两个光束结构用于提供两束激光束，每一束激光束的倾斜角和发散角均可调节；偏振分光棱镜用于根据激光束的偏振方向透过或反射激光束，使得两束激光束的传播方向相同；柱透镜用于将传播方向相同的两束激光束整形成两个相互分离的线光斑。

更进一步地，光束结构包括沿光路方向依次设置的激光器、扩束单元、倾斜角调节单元以及半波片；扩束单元用于对激光器产生的激光束进行扩束并调节激光束的发散角，从而调节线光斑被聚焦后的Z方向位置；倾斜角调节单元用于调节激光束的倾斜角，从而调节线光斑被聚焦后的X方向位置；半波片用于改变激光束的偏振方向，使得两束激光束经过偏振分光棱镜后传播方向相同。

更进一步地，扩束单元包括共光轴设置的两个凸透镜，两个凸透镜的轴向相对位置可调节；扩束单元采用开普勒式扩束方法实现扩束，扩束比为两个凸透镜的焦距之比。

更进一步地，倾斜角调节单元包括两个反射镜。