[发明专利]基于扫描振镜的单点去卷积显微系统与成像方法

摘要

本发明基于扫描振镜的单点去卷积显微系统与成像方法属于光学显微测量领域；该显微系统包括螺旋相位板等元件；第一平行光和第二平行光最终在荧光样品上分别形成环形光斑和圆形光斑；荧光样品表面激发出的荧光被光电探测器接收并成像；在上述系统上实现的成像方法，首先得到坐标为(i,j)的物点的灰度值，再通过调整两个扫描振镜，遍历i和j的所有取值，利用所有物点的灰度值信息，构造完整的二维图像；本发明与传统STED技术的不同在于在不同时刻照射两束波长相同的激光束，并利用两幅图像求差来缩小感兴趣区域的范围，同时引入去卷积运算，去除非焦平面上的模糊，减少探测器的卷积效应带来的测量误差，最终提高成像系统的分辨率。

主权项

基于扫描振镜的单点去卷积显微系统，其特征在于，包括螺旋相位板(1)、分光棱镜(2)、偏振分束器(3)、X轴扫描振镜(4)、Y轴扫描振镜(5)、扫描透镜(6)、管镜(7)、聚焦物镜(8)、长波通滤光片(9)、收集物镜(10)和光电探测器(11)；第一平行光经过螺旋相位板(1)调制后，依次经过分光棱镜(2)和偏振分束器(3)透射，X轴扫描振镜(4)和Y轴扫描振镜(5)反射，扫描透镜(6)和管镜(7)透射，由聚焦物镜(8)汇聚在荧光样品上，形成环形光斑；所述的螺旋相位板(1)使第一平行光附加螺旋相位因子exp(ilθ)；其中，i为虚数单位，l为螺旋相位板(1)的拓扑荷数，θ为旋转方位角；所述X轴扫描振镜(4)由X轴电机带动、受X轴伺服系统控制，Y轴扫描振镜(5)由Y轴电机带动、受Y轴伺服系统控制，X轴扫描振镜(4)与Y轴扫描振镜(5)相互配合，实现对样品进行XY面的逐点扫描；第二平行光经过分光棱镜(2)反射后，依次经过偏振分束器(3)透射，X轴扫描振镜(4)和Y轴扫描振镜(5)反射，扫描透镜(6)和管镜(7)透射，由聚焦物镜(8)汇聚在荧光样品上，形成圆形光斑；所述第一平行光与第二平行光波长相同，在经过分光棱镜(2)后同轴传递，将荧光样品表面激发出荧光，所述荧光依次经过聚焦物镜(8)、管镜(7)和扫描透镜(6)透射，Y轴扫描振镜(5)、X轴扫描振镜(4)和偏振分束器(3)反射，长波通滤光片(9)透射，由收集物镜(10)汇聚到光电探测器(11)上进行成像；所述长波通滤光片(9)的截止波长λ选取应满足：λ1＜λ＜λ2，其中，λ1为激发光波长，λ2为荧光样品表面激发出的荧光波长；首先得到坐标为(i,j)的物点的灰度值sumi,j，再通过调整X轴扫描振镜(4)和Y轴扫描振镜(5)的角度，遍历i和j的所有取值，利用所有物点的灰度值信息，构造完整的二维图像；所述的坐标为(i,j)的物点的灰度值信息，通过以下步骤得到：步骤a、在只照射第一平行光，不照射第二平行光的条件下，光电探测器(11)以坐标(i,j)为中心对荧光样品进行成像，得到分辨率为m×n的第一图像Image1m,n；步骤b、在只照射第二平行光，不照射第一平行光的条件下，光电探测器(11)以坐标(i,j)为中心对荧光样品进行成像，得到分辨率为m×n的第二图像Image2m,n；步骤c、按照以下公式对第一图像Image1m,n和第二图像Image2m,n进行运算：Temp1m,n＝deconv(Image1m,n)Temp2m,n＝deconv(Image2m,n)式中，deconv表示去卷积运算；步骤d、按照以下公式计算得到中心感兴趣区域信息Tempm,n：Tempm,n=Temp2m,n-n×Temp1m,n,Temp2m,n>Temp1m,n0,Temp2m,n≤Temp1m,n]]>式中，n大于0；步骤e、按照以下公式对中心感兴趣区域信息Tempm,n进行求和运算：sumi,j=ΣmΣnTempm,n]]>式中，sumi,j表示坐标为(i,j)的物点的灰度值；构造完整的二维图像通过以下步骤得到：步骤a、构造一个空白矩阵；步骤b、将sumi,j依次填到对应元素位置。