[发明专利]一种并行多区域成像装置

说明书

本发明公开了一种并行多区域成像装置，应用于成像领域，所述装置包括：多焦点生成模块、空间解调模块及探测模块；所述多焦点生成模块，用于对照明光进行调制，以在物方产生多个焦点，形成多个不同的照明区域，进而通过待成像样品产生多路信号光；所述空间解调模块，用于使各路信号光在空间上的能量分布不再重叠或重叠区域小于目标要求；所述探测模块，用于对经所述空间解调模块后的各路信号光进行独立探测，以实现并行多区域成像。本发明可以解决现有并行多区域成像探测技术存在的难以进行弱光探测、信号无法解调及容易出现误判等的技术问题。

技术领域

本发明属于成像领域，更具体地，涉及一种并行多区域成像装置。

背景技术

成像技术用于获取样品的空间信息。宽场成像技术使用面阵式探测，可在一个曝光时间获取成像区域内的光信息，是一种并行获取信息的方式。这种并行获取信息的方式虽然很快(每秒帧数可达几千)，但是没有层析能力。层析是指仅获取某个薄层(例如焦面)内的信号，屏蔽掉空间中其他区域(例如焦面外)的信号，从而减少空间中不同位置的信号的相互干扰，从而获得高分辨率高对比度的图像。具有层析能力的成像技术主要包括共聚焦成像技术和非线性成像技术。

共聚焦成像技术在成像系统的像方设置一个与物方的物点共轭的小孔，成像时采用点照明方式将照明光汇聚于该物点，该物点发出的信号经成像系统成像后汇聚于像方的小孔并通过小孔，然后被探测器所接收。虽然物点外的部分其他区域仍有一定强度的照明光，但是这些位置发出的信号经成像系统后无法通过小孔，不能被探测器接收，从而被隔离掉。共聚焦成像技术通过点照明对物方空间中的照明强度进行调制，再通过小孔隔离掉物点外其他位置的信号，从而获得层析效果。由于照明和探测均只针对空间中的某个点(并非无限小点，而是相对于成像范围来说一个很小的三维区域)，为获得样品在空间上的信息，需要使用扫描器进行点扫描，逐点探测，再将每个点的信号拼接在一起形成图像。

非线性成像技术是一种基于非线性效应的成像技术。由于非线性效应的强度与光子的时空密度具有高阶的非线性关系，因此具有许多区别于线性成像技术的优点，例如分辨率高、具有光学层析能力等。也由于该非线性特征，传统的非线性成像技术需要将照明光进行聚焦，以确保焦点内能够产生足够强的非线性效应，然后使用扫描器进行扫描以形成图像。以上两种具有层析能力的成像技术均需要扫描成像，而空间中对一个面甚至体进行扫描非常耗时。而成像速度对于观测样品的动态过程至关重要。即便使用高速的扫描器，由于对空间中的点采用串行模式进行曝光，单点曝光时间也非常有限，对信号强度和信噪比不利。为提高成像速度，可引入并行探测的模式，例如将单点扫描扩展为多点同时扫描甚至线扫描。目前已经有大量方法和技术付诸实践，但是大多数只是在相对于成像系统光轴来说一个横向的二维平面上进行并行探测，由于物像关系的原因难以对不同轴向位置的空间区域进行并行探测。虽然业内已经发展出来几种对不同轴向位置的空间区域进行并行探测的方法，但是局限性很大。方法之一是采用脉冲式照明，使不同轴向位置的信号在时间上复用，然后将采集到的时序信号进行解调从而进行并行成像。该方法的局限性表现为：首先，该方法需要高速的信号采集系统，由于信号放大器的增益带宽积有限，速度高意味着带宽大，导致增益小，难以进行弱光探测；其次，需要样品对照明光有快速的响应，当样品为荧光样品时，有的荧光物质具有较长的荧光寿命，会导致不同位置的信号在时间上混叠，从而无法解调。方法之二是不加区分的采集到不同轴向位置的多个空间区域的叠加信号后，利用对样品的先验知识采用算法进行图像处理从而将叠加的信号分离为各个空间区域单独的信号。该方法的局限性表现为：首先，需要具有足够的关于样品的先验知识；其次，需要空间中的信号较为稀疏，如果空间中信号较为密集该算法容易出现误判。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种并行多区域成像装置，由此解决现有并行多区域成像探测技术存在的难以进行弱光探测、信号无法解调及容易出现误判等的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种并行多区域成像装置，包括：多焦点生成模块、空间解调模块及探测模块；