[发明专利]基于图像扫描的谐波共焦显微测量方法

说明书

基于图像扫描的谐波共焦显微测量方法属于非线性光学测量领域；在谐波显微测量中，用位置敏感CCD探测代替传统共焦扫描显微中的点探测，可将谐波显微测量分辨率提升两倍。飞秒激光脉冲经扫描振镜反射后进入4f光学系统进行光束整形，接着由显微物镜会聚在样品内部形成谐波信号发生所需的激发聚焦光斑。样品激发出的谐波信号，被显微物镜收集后再一次进入4f系统。信号经二向分色镜分离后，基频信号进入光束诊断相机；谐波信号依次经过共焦针孔和窄带滤光片后被位置敏感CCD接收。对于每一个扫描位置，整个图像均被位置敏感CCD记录，通过算法合成所有扫描位置记录的图像，可以提升谐波显微成像分辨率。

技术领域

本发明属于光学显微测量领域，主要涉及一种用于纳米器件和生物样品中三维微细结构测量的超精密非接触测量方法。

背景技术

利用样品自身的非线性光学效应，例如二次谐波生成，三次谐波生成，可进行生物样品无荧光标记的显微成像，纳米器件的微结构探测，疾病机理的诊断等。但谐波显微成像方法的分辨率依然受限于显微系统的光学传递函数和衍射极限。近几年许多超分辨荧光显微技术将成像分辨率提升到衍射极限甚至突破衍射极限。其中结构光照明显微为其中一种重要技术。在结构光照明显微中，样品由经过空间调制的激发强度分布进行照明且激发出的信号由传统宽场成像装置进行收集。通过在不同位置和方向移动和旋转激发强度模式，并记录每次的宽场图像，合成后的图像可将分辨率提升近两倍。但结构光需要对照明光束进行调制且成像装置相对复杂。

另一种基于结构光照明思想的显微成像方法为图像扫描显微成像方法。图像扫描显微成像方法将衍射极限下的激光聚焦看作是一种特殊的结构光照明，携带着物镜数值孔径所允许的所有可能的频谱模式。该方法在传统共焦扫描显微方法的基础上将点探测改为位置敏感CCD探测，对于每个扫描位置，整个图像被记录。通过算法合成所有记录的图像，可以提升显微成像分辨率。将图像扫描显微成像方法与谐波显微成像技术相结合为进一步提升谐波显微成像分辨率提供了一个新的技术途径。

发明内容

本发明设计了一种基于图像扫描的谐波共焦显微测量方法，用位置敏感CCD多像素探测代替传统谐波扫描显微中采用的光电倍增管点探测，从而间接实现了谐波显微成像技术的结构光照明，同时使成像系统相比于传统结构光照明系统更加简单且易操作。将每个扫描位置所探测到的整个谐波信号图像通过算法合成为最终的谐波图像，可以将传统谐波显微的成像分辨率提升近两倍。

本发明的目的是这样实现的：

基于图像扫描的谐波共焦显微测量方法，用位置敏感CCD探测代替传统谐波共焦扫描显微中的点探测。飞秒激光脉冲经扫描振镜反射后进入4f光学系统进行经光束整形，接着由显微物镜会聚在样品内部形成谐波信号发生所需的激发聚焦光斑。样品激发出的谐波信号，被显微物镜收集后再一次进入4f系统。信号经二向分色镜分离后，基频信号进入光束诊断相机；谐波信号依次经过共焦针孔和窄带滤光片后被位置敏感CCD接收。所述的基于图像扫描的谐波共焦显微测量方法其特征在于将带有结构光思想的图像扫描显微方法与谐波显微成像技术有机结合。

上述的基于图像扫描的谐波共焦显微测量方法，其特征在于用位置敏感CCD多像素探测代替传统谐波扫描显微中采用的光电倍增管点探测。

上述的基于图像扫描的谐波共焦显微测量方法，其特征在于对于每一个扫描位置，整个图像均被位置敏感CCD记录，并通过算法将所有扫描位置所记录的谐波图像合成为最终的高分辨率谐波图像。

上述的基于图像扫描的谐波共焦显微测量方法，其特征在于采用共焦针孔对谐波信号进行切趾。

由于在本发明的谐波显微成像方法中，用位置敏感CCD多像素探测代替传统谐波扫描显微中采用的光电倍增管点探测，从而间接实现了谐波显微成像技术的结构光照明，同时使成像系统相比于传统结构光照明系统更加简单且易操作。将每个扫描位置所探测到的整个谐波信号图像通过算法合成为最终的谐波图像，可以将传统谐波显微的成像分辨率提升近两倍。

附图说明