[发明专利]三维扫描微型光学探头

说明书

本发明涉及光学成像技术领域，本发明针对现有的微型探头存在成像速度慢等技术问题，提供了一种三维扫描微型光学探头，包括：准直透镜，用于准直来自激光输入光纤输出的激光；二向色镜扫描器，用于将不同偏振态的激光和非线性光学信号分开，还用于改变激光的入射角角度；物镜，用于将来自二向色镜扫描器的激光会聚到活体样本内部，以激发活体样本产生非线性光学信号；聚焦透镜，用于激光聚焦；波片，用于改变激光的偏振方向；垂直二向色镜扫描器，用于进行远端Z轴扫描以实现三维成像；收集透镜，用于收集非线性光学信号并输入激光输出光纤。

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，具体涉及一种三维扫描微型光学探头。

背景技术

为了在实验动物上进行高分辨率的神经科学研究，通常采用多光子显微镜作为无创光学脑成像的技术。一般来说，在使用台式多光子显微镜时，活体样本(被研究的动物)的头部需要一直被固定，活体样本在实验期间一直都是处于物理约束和情绪压力(恐惧、未知)下，对于活体样本在自由活动的情况下的行为不能进行有效的研究。

为解决上述问题，中国专利公开号为CN107049247A的专利文献中公开了一种微型双光子显微成像装置和方法、活体样本行为成像系统，所述微型双光子显微成像装置包括：飞秒激光器，其用于产生波长为920纳米的激光；飞秒激光调制器，其用于接收所述飞秒激光器输出的激光，并预啁啾补偿激光的展宽至预设值，并输出；微型探头，所述微型探头包括：扫描成像部分，用于接收所述飞秒激光调制器输出的激光，该激光对活体样本内部的组织进行扫描，以激发所述活体样本产生荧光信号；和激光输出光纤，其用于接收所述扫描成像部分输出的所述荧光信号，并进行输出。所述微型双光子显微成像装置能够在自然生理环境中对自由活动的动物的树突和树突棘活动进行稳定的观测。

上述方案在具体使用过程中，微型探头和固定支架的总重量大约为2.15g(记载于上述文件的说明书0035段)，其微型探头包括微机电扫描仪(MEMS)、物镜、扫描透镜、准直器、二向色镜和采集透镜(详见该文件0071-0077段和该文件的附图1的记载)，其成像原理为，微机电扫描仪(MEMS)用于通过转动改变激光入射角角度的方式将激光(920纳米波长的)对活体样本内部组织的平面进行二维扫描。物镜用于将来自微机电扫描仪的激光会聚到所述活体样本内部，以激发活体样本产生所述荧光信号以及用于输出所述荧光信号。扫描透镜布置在微机电扫描仪和物镜之间的光路上，用于将微机电扫描仪二维扫描所产生的角度变化的激光转化成位置变化的激光。准直器布置在激光输入光纤与微机电扫描仪之间，用于准直来自激光输入光纤输出的激光以及减少不同频率激光之间的色差，以与扫描透镜共同匹配物镜的图像。二向色镜设在扫描透镜和物镜之间，用于将激光和荧光信号分开以及输出荧光信号。

在上述方案中，其微型探头的成像速度慢(只有40Hz)，只能用于二维扫描成像，因此其微型探头的结构依然有可优化的空间，其重量也能够继续优化，其体积也能够继续优化，减少在研究过程中活体样本因不适应微型探头的重量，出现异常行为而带来的实验误差。

此外，上述微型探头还存在不能与商用内窥镜结合使用的问题。主要原因为，无法满足商用内窥镜的弯曲直径(20mm-40mm)、无法满足检测无标记信号的缺陷。具体为由于该微型探头的物镜上需要设置镜筒透镜和扫描透镜，导致体积无法进一步缩小(无法缩小至5mm*5mm*5mm)，且由于其主要针对的注射有荧光染料的活体样本进行检测，在商用内窥镜使用时，临床不能对病人注射荧光染料，导致其无法应用于临床。

发明内容

本发明针对现有的微型探头存在成像速度过慢，重量过重，体积过大，无法应用于临床的技术问题，提供了一种三维扫描微型光学探头。

本发明提供的基础方案为：三维扫描微型光学探头，包括：

准直透镜，用于准直来自激光输入光纤输出的激光以及减少不同频率激光之间的色差并输出激光信号。激光输入光纤为大模场单模光纤或保偏光纤或光子晶体光纤；