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一种彩色立体区域共焦显微成像方法

阅读：443发布：2024-02-21

专利汇可以提供一种彩色立体区域共焦显微成像方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种彩色立体区域共焦显微成像方法，搭建NíN通道波分频分调制激光光路和波分频分复用共焦显微镜的显微成像，通过全息聚合物分散液晶光栅阵列，使白光超连续谱分光，不同波段的光谱经过显微物镜阵列聚焦在轴上的位置有所不同，实现Z轴探测；同时，通过光栅阵列使得同一波段的光谱聚焦到X-Y平面的不同位置，通过驱动电路驱动聚合物分散液晶光栅阵列，对同一个波段的光谱进行斩波，提高样品的横向分辨率，并实现多点并行实时探测；使用了变焦显微物镜，通过改变物镜的焦距使得样品的某一点能够被不同波段的光谱探测，对比每次改变焦距所接收到的图像来判断样品某点的颜色，对所获得的信息进行分析构建带颜色信息的三位立体探测效果图。，下面是一种彩色立体区域共焦显微成像方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种彩色立体区域共焦显微成像方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
1)搭建N×N通道波分频分调制激光光路：将飞秒激光器(1)、光子晶体光纤(2)、扩束镜(3)、H-PDLC光栅阵列(4)、消色散微透镜阵列(5)、分束器(6)、聚焦透镜(7)、由透镜(8)和变焦显微物镜阵列(9)组成的望远镜成像系统依次同轴搭建起来，聚焦到样品(10)上，将飞秒激光器(1)发出的飞秒激光脉冲耦合到光子晶体光纤(2)中得到白光超连续光谱，再耦合进扩束镜(3)；扩束镜(3)出射的光束到达N×N阵列排布的H-PDLC光栅阵列(4)上进行分光和不同频率的调制，分光调制好的光束通过与N×N阵列排布的H-PDLC光栅阵列(4)对应位置的消色散微透镜阵列(5)，将H-PDLC光栅阵列(4)分光后的N×N束光调整为平行光束射出，在空间形成不同波段光谱从上到下依次分布的平行光束，通过分束器(6)使得平行光束一部分透过，一部分反射，透过分束器(6)的平行光束经过聚焦透镜(7)聚焦到轴上，聚焦光束经透镜(8)和变焦显微物镜阵列(9)聚焦到样品(10)上；
2)搭建波分频分复用共焦显微镜的显微成像：样品(10)反射回来的光束经过由透镜(8)和变焦显微物镜阵列(9)构成的望远镜成像系统，再经聚焦透镜(7)后形成平行光束，经分束器(6)反射进入到由消色散物镜(11)、滤波板(12)和物镜(13)组成的滤波系统，其中消色散物镜(11)的焦点和物镜(13)的焦点都位于滤波板(12)中心小孔处，滤波后的平行光束到达分束器(14)，一部分透过被CCD摄像机(15)接收，另一部分被分束器(14)反射，被光电倍增管PMT(16)接收；
3)信号采集及处理：CCD摄像机(15)采集样品信息，并且将三维信息在平面上显示，光栅条纹水平于平台放置或者垂直于平台放置，相应的由N×N式H-PDLC光栅阵列(4)分光后的不同波段光谱以从上到下的顺序或者从左到右的顺序分布，就可以分开记录样品的深度信息和平面信息，即将三维信息转换成平面信息进行记录，送入计算机中根据已检测的样品信息进行三维构建；通过变焦显微物镜阵列(9)调焦，每一次变焦，得到一种波段的光谱探测结果，通过重复调焦操作，在这一位置能够得到不同波段的光谱的探测的结果，通过对比每一次调焦后CCD摄像机(15)所得到的图像信息，找出这一位置探测到的光强最弱的光谱，则此光谱即为样品(10)这一位置的颜色，对样品(10)的每一个位置的探测图像都进行对比，则可以得到样品的颜色信息；光电倍增管PMT(16)将探测到样品上一个深度方向的光强度信号总和进行光电转换，通过A/D转换器(17)将信号输送到计算机(18)，对具有不同频率的光谱进行解调，按各自的频率进行解调，将调制信号与具有相同载波频率的余弦信号相乘，再通过低通滤波器滤去多余的频谱，可以得到原始信号，即获得样品这个深度方向即具有相同频率的光谱所探测的样品的深度信息。
2.根据权利要求1所述彩色立体区域共焦显微成像方法，其特征在于，所述步骤1)中N×N式H-PDLC光栅阵列(4)由N×N个H-PDLC光栅(19)组成，每个H-PDLC光栅(19)是由聚合物(20)和液晶(21)交替组合而成，通过将PDLC材料在两块带有ITO膜的玻璃板之间干涉而形成全息光栅，将H-PDLC光栅(19)以光栅条纹方向与水平面平行的方向放置，白光连续光谱经过每个H-PDLC光栅(19)被分光，分光后的不同波段的光谱从上到下依次被分开，分光后的光谱经过光学系统装置后被聚焦到样品(10)一方向的不同深度位置；调节驱动电路，将光信号调制成方波信号，三角波信号，正弦信号，对不同波段光谱斩波，使同一波段的光谱具有不同的频率，则经过光学系统装置后被聚焦到样品(10)一个平面的不同位置，H-PDLC光栅阵列(4)对白光连续光谱进行分光和斩波调制。
3.根据权利要求2所述彩色立体区域共焦显微成像方法，其特征在于，所述对每个N×N个H-PDLC光栅(19)上分别设定不同的斩波频率，每个频率值满足奈奎斯特抽样定理，不得高于采样频率的一半，同时，任意两个信号的载波频率及它们之差必须要大于或等于最高信号频率的两倍。
4.根据权利要求1所述彩色立体区域共焦显微成像方法，其特征在于，所述步骤1)中消色散微透镜阵列(5)由可以消去光栅衍射一级以外光谱的消色散半透镜(22)N×N式阵列组成，调节消色散微透镜阵列(5)的每个半透镜(22)的焦点，使其位于与之相对应的H-PDLC光栅阵列(4)的每个H-PDLC光栅(19)处，分光调制好的光束通过消色散微透镜阵列(5)，调整为平行光束射出，在空间形成不同波段光谱从上到下依次分布的平行光束。
5.根据权利要求1所述彩色立体区域共焦显微成像方法，其特征在于，所述步骤1)和
2)中变焦显微物镜阵列(9)由与N×N式H-PDLC光栅阵列(4)中的每个H-PDLC光栅(19)一一相对应的放大率为40倍、数值孔径为0.65的变焦显微物镜(23)组成。
6.根据权利要求1所述彩色立体区域共焦显微成像方法，其特征在于，所述步骤2)中滤波板(12)中心小孔(26)直径等于艾利斑大小时，即 R为小孔半径，D为物镜(13)的通光孔径，F为消色散物镜(11)的焦距。

说明书全文

一种彩色立体区域共焦显微成像方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种显微成像技术，特别涉及一种彩色立体区域共焦显微成像方法。

背景技术

[0002] 共焦显微镜从产生至今有了飞跃性的发展，随着科技的进步，各式各样的共焦显微镜被研制出来，在扫描方式越来越趋向现代科技化的同时，探测信息接收系统也越来越精确，使得仪器能够探测更小更精密的样品，也满足了时代的要求。

[0003] 激光共焦扫描显微技术是集新颖共焦原理、激光扫描技术和计算机图像处理技术于一体的新型显微技术，是一种典型的高新技术光电仪器。同普通显微镜相比，具有较高的横向分辨率和较好的轴向分辨率，而且可以通过对物体不同深度逐层扫描，获得大量断层图像，通过计算机处理合成三维立体图像。同电子显微技术相比，可以不必对样品进行切片，从而可以保留鲜活体样品进行动态观察，因而在生物、医学诊断、工业、农业、国防、科研、生命科学等领域都有广泛应用。

[0004] 目前，已经出现了使用光子晶体光纤产生的超白光作激励光源的彩色共焦显微镜、三维数字共焦拉曼显微镜以及光纤耦合多路复用共焦显微镜等新型显微镜，实验室已经研究出多路频分复用荧光共焦显微系统，采用同轴电控变焦聚合物分散液晶，实现多通道频分复用荧光共焦方法，但是目前只能探测样品平面信息，还不能实现三维探测。目前，也有探测三维信息的共焦显微镜，但由于运用机械斩波，系统体积很大，而且不能实现真正意义上的三维测量，在分辨率和探测速度上都有问题存在。

发明内容

[0005] 本发明是针对目前没有真正意义上的探测三维信息的共焦显微镜的问题，提出了一种彩色立体区域共焦显微成像方法，提出采用电控变焦聚合物分散液晶光栅，在实现频分复用的同时实现波分复用的共焦显微成像方法，实现对样品的实时三维探测。该系统采用全息聚合物分散液晶光栅阵列和微透镜阵列，具有集成式设计，便于控制，也减少了机械噪声和机器体积，提高了共焦显微镜的分辨率和速度。

[0006] 本发明的技术方案为：一种彩色立体区域共焦显微成像方法，具体包括如下步骤：

[0007] 1）搭建NÍN通道波分频分调制激光光路：将飞秒激光器、光子晶体光纤、扩束镜、H-PDLC光栅阵列、消色散微透镜阵列、分束器、聚焦透镜、由透镜和变焦显微物镜阵列组成的望远镜成像系统依次同轴搭建起来，聚焦到样品上，将飞秒激光器发出的飞秒激光脉冲耦合到光子晶体光纤中得到白光超连续光谱，再耦合进扩束镜；扩束镜出射的光束到达NÍN式H-PDLC光栅阵列上进行分光和不同频率的调制，分光调制好的光束通过消色散微透镜阵列，调整为平行光束射出，在空间形成不同波段光谱从上到下依次分布的平行光束，通过分束器使得平行光束一部分透过，一部分反射，透过分束器的平行光束经过聚焦透镜聚焦到轴上，聚焦光束经透镜和变焦显微物镜阵列聚焦到样品上；

[0008] 2）搭建波分频分复用共焦显微镜的显微成像：样品反射回来的光束经过由透镜和变焦显微物镜阵列构成的望远镜成像系统，再经聚焦透镜后形成平行光束，经分束器反射进入到由消色散物镜、滤波板和物镜组成的滤波系统，其中消色散物镜的焦点和物镜的焦点都位于滤波板中心小孔处，滤波后的平行光束到达分束器，一部分透过被CCD摄像机接收，另一部分被分束器反射，被光电倍增管PMT接收；

[0009] 3）信号采集及处理： CCD摄像机采集样品信息，并且将三维信息在平面上显示，光栅条纹水平于平台放置或者垂直于平台放置，相应的由NÍN式H-PDLC光栅阵列分光后的不同波段光谱以从上到下的顺序或者从左到右的顺序分布，就可以分开记录样品的深度信息和平面信息，即将三维信息转换成平面信息进行记录，送入计算机中根据已检测的样品信息进行三维构建；通过变焦显微物镜阵列调焦，每一次变焦，得到一种波段的光谱探测结果，通过重复调焦操作，在这一位置能够得到不同波段的光谱的探测的结果，通过对比每一次调焦后CCD摄像机所得到的图像信息，找出这一位置探测到的光强最弱的光谱，则此光谱即为样品这一位置的颜色，对样品的每一个位置的探测图像都进行对比，则可以得到样品的颜色信息；光电倍增管PMT将探测到样品上一个深度方向的光强度信号总和进行光电转换，通过A/D转换器将信号输送到计算机，对具有不同频率的光谱进行解调，按各自的频率进行解调，将调制信号与具有相同载波频率的余弦信号相乘，再通过低通滤波器滤去多余的频谱，可以得到原始信号，即获得样品这个深度方向即具有相同频率的光谱所探测的样品的深度信息。

[0010] 所述步骤1）中NÍN式H-PDLC光栅阵列由NÍN个H-PDLC光栅组成，每个H-PDLC光栅是由聚合物和液晶交替组合而成，通过将PDLC材料在两块带有ITO膜的玻璃板之间干涉而形成全息光栅，将H-PDLC光栅以光栅条纹方向与水平面平行的方向放置，白光连续光谱经过每个H-PDLC光栅被分光，分光后的不同波段的光谱从上到下依次被分开，分光后的光谱经过光学系统装置后被聚焦到样品一方向的不同深度位置；调节驱动电路，将光信号调制成方波信号，三角波信号，正弦信号，对不同波段光谱斩波，使同一波段的光谱具有不同的频率，则经过光学系统装置后被聚焦到样品一个平面的不同位置，H-PDLC光栅阵列对白光连续光谱进行分光和斩波调制。所述对每个NÍN个H-PDLC光栅上分别设定不同的斩波频率，每个频率值满足奈奎斯特抽样定理，不得高于采样频率的一半，同时，任意两个信号的载波频率及它们之差必须要大于或等于最高信号频率的两倍。

[0011] 所述步骤1）中消色散微透镜阵列由可以消去光栅衍射一级以外光谱的消色散半透镜NÍN式阵列组成，调节消色散微透镜阵列的每个半透镜的焦点，使其位于与之相对应的H-PDLC光栅阵列的每个H-PDLC光栅处，分光调制好的光束通过消色散微透镜阵列，调整为平行光束射出，在空间形成不同波段光谱从上到下依次分布的平行光束。

[0012] 所述步骤1）和2）中变焦显微物镜阵列由与NÍN式H-PDLC光栅阵列中的每个H-PDLC光栅一一相对应的放大率为40倍、数值孔径为0.65的变焦显微物镜组成。

[0013] 所述步骤2）中滤波板中心小孔直径等于艾利斑大小时，即R = ，R为小孔半径，D为物镜的通光孔径，F为消色散物镜的焦距。

[0014] 本发明的有益效果在于：本发明彩色立体区域共焦显微成像方法，将波分复用与频分复用相结合，对样品进行立体探测，实时获取样品信息，并对所获得的信息进行分析，可以构建三位立体探测效果图，同时能够得到样品的颜色信息，比目前一般的共焦显微探测系统更加快捷、高效。附图说明

[0015] 图1为本发明彩色立体区域共焦显微成像方法的光路示意图；

[0016] 图2为本发明NÍN式H-PDLC光栅阵列示意图；

[0017] 图3为本发明NÍN式消色散微透镜阵列示意图；

[0018] 图4为本发明NÍN式变焦显微物镜阵列示意图；

[0019] 图5为本发明CCD采集图像信息示意图；

[0020] 图6为本发明滤波板示意图。

具体实施方式

[0021] 对彩色立体区域共焦显微成像方法进行具体阐述：

[0022] A：搭建NÍN通道波分频分调制激光光路：如图1所示光路示意图，将飞秒激光器1、光子晶体光纤2、扩束镜3、H-PDLC光栅阵列4、消色散微透镜阵列5、分束器6、聚焦透镜
7、由透镜8和变焦显微物镜阵列9组成的望远镜成像系统依次同轴搭建起来。轴线与平台始终保持水平。首先将飞秒激光器1发出的飞秒激光脉冲耦合到光子晶体光纤2中得到白光超连续光谱，再耦合进扩束镜3；扩束镜3出射的光束到达NÍN式H-PDLC光栅阵列4上进行分光和不同频率的调制，如图2所示NÍN式H-PDLC光栅阵列示意图，由NÍN个H-PDLC光栅19组成，每个H-PDLC光栅19是由聚合物20和液晶21交替组合而成，通过将PDLC材料在两块带有ITO膜的玻璃板之间干涉而形成全息光栅，将H-PDLC光栅19以光栅条纹方向与水平面平行的方向放置，白光连续光谱经过每个H-PDLC光栅19被分光，并且由于H-PDLC光栅19条纹方向平行于水平面，分光后的不同波段的光谱从上到下依次被分开，分光后的光谱经过光学系统装置后被聚焦到样品10某一方向24的不同深度位置，从而可以探测样品10某一深度方向24的深度信息，由于H-PDLC光栅阵列4是由NÍN个H-PDLC光栅19组成，则分光后的不同波段的光谱分布在整个空间。可以调节驱动电路，将光信号调制成方波信号，三角波信号，正弦信号或其它信号，一般情况下，会将连续强度的光信号调制成方波信号，从而对不同波段光谱斩波，使同一波段的光谱具有不同的频率，则经过光学系统装置后被聚焦到样品10某一个平面25的不同位置，从而可以探测样品10某一个平面25的信息，H-PDLC光栅阵列4对白光连续光谱起到了分光、斩波调制的作用。如图3所示消色散微透镜阵列示意图，消色散微透镜阵列5中除形成阵列的消色散半透镜22以外是不透光的，由于我们只利用光栅的衍射一级光进行实验，选用消色散半透镜22可以消去光栅衍射一级以外的光谱和由于给H-PDLC光栅阵列4加电时产生的透射光的影响，调节消色散微透镜阵列5的每个半透镜22的焦点，使其位于与之相对应的H-PDLC光栅阵列4的每个H-PDLC光栅19处，分光调制好的光束通过消色散微透镜阵列5，将经H-PDLC透镜阵列4出射的聚焦的光束调整为平行光束射出，在空间形成不同波段光谱从上到下依次分布的平行光束。
通过分束器6使得平行光束一部分透过，一部分反射，透过分束器6的平行光束经过聚焦透镜7聚焦到轴上，聚焦光束经由透镜8和放大率为40倍、数值孔径为0.65的变焦显微物镜阵列9组成的望远镜成像系统，如图4所示变焦显微物镜阵列示意图，变焦显微物镜阵列9由与NÍN式H-PDLC光栅阵列4中的每个H-PDLC光栅19一一相对应的放大率为40倍、数值孔径为0.65的变焦显微物镜23组成，将经过透镜8的不同波段的光谱分别会聚到样品
10上，如图5所示样品上CCD采集图像信息示意图，由于变焦显微物镜阵列9由NÍN个变焦显微物镜23组成，实现将不同波段的光谱会聚到样品10某一深度方向24的不同深度，而同一波段光谱，由于其频率不同，则被会聚到样品10某一平面25上，最终实现三维探测，同时可以调节变焦显微物镜23的焦距，对于样品10的某一位置，每一次变焦，得到一种波段的光谱探测结果，通过重复调焦操作，在这一位置能够得到不同波段的光谱的探测的结果，通过对比得到的探测图像，从而可以得到样品10某一个位置的颜色，则可以探知样品的颜色信息。

[0023] B：搭建波分频分复用共焦显微镜的显微成像：由样品10反射回来的光束经过由透镜8和放大率为40倍、数值孔径为0.65的变焦显微物镜阵列9构成的望远镜成像系统和聚焦透镜7后形成平行光束，经分束器6反射进入到由消色散物镜11、滤波板12和物镜13组成的滤波系统，其中消色散物镜11的焦点和物镜13的焦点都位于滤波板12小孔中心处，此方法为小孔滤波。在滤波板12的中心有一个小孔26，用来滤去杂光，如图6所示滤波板示意图，小孔光阑尺寸越接近理想点，则分辨率越高，成像质量越好，理论计算小孔26的直径等于艾利斑大小时，即R = ，R为小孔半径，D为物镜13的通光孔径，F为消色散物镜11的焦距，这样既能保证共焦成像的高分辨率和层析能力，又有足够的光能够通过小孔被探测器接收。滤波后的平行光束到达分束器14，一部分透过被CCD摄像机15接收，由CCD摄像机15采集样品的信号，最后在计算机软件中得到样品三维图像，并且通过对比CCD摄像机15所接收到的图像来判断样品的颜色信息，另一部分被分束器14反射，被光电倍增管PMT16接收。该共焦显微镜的横向分辨率∆r和轴向分辨率∆z分别表示为：∆r =、∆z = ，其中，λ为样品反射回来的波长，N·A表示变焦显微物镜23的数值孔径，为变焦显微物镜折射系数，时间分辨率与斩波频率有关。

[0024] C：基于聚合物分散液晶光栅阵列分光斩波调制的制作和特性：作为彩色立体区域共焦显微成像设计的关键部分，NÍN式H-PDLC光栅阵列4，能同时实现分光、调频的功能。如图2所示H-PDLC光栅阵列示意图，H-PDLC光栅阵列4由NÍN个H-PDLC光栅19组成，每个H-PDLC光栅19是由聚合物20和液晶21组合而成，通过将PDLC材料在两块带有ITO膜的玻璃板之间干涉而形成全息光栅。将H-PDLC光栅19以光栅条纹方向与水平面平行的方向放置，白光连续光谱经过每个H-PDLC光栅19被分光，并且由于H-PDLC光栅19条纹方向平行于水平面，分光后的不同波段的光谱从上到下依次被分开，分光后的光谱经过光学系统装置后被聚焦到样品10某一方向24的不同深度位置，从而可以探测样品10某一深度方向
24的深度信息，由于H-PDLC光栅阵列4是由NÍN个H-PDLC光栅19组成，则分光后的不同波段的光谱分布在整个空间。可以调节驱动电路，将光信号调制成方波信号，三角波信号，正弦信号或其它信号，一般情况下，会将连续强度的光信号调制成方波信号，从而对不同波段光谱斩波，使同一波段的光谱具有不同的频率。对NÍN H-PDLC光栅阵列4中每个H-PDLC光栅19分别设定不同的斩波频率，每个频率值应该满足奈奎斯特抽样定理，不得高于采样频率的一半，同时，任意两个信号的载波频率及它们之差必须要大于或等于最高信号频率的两倍，防止各个通道之间产生串扰，从而影响检测结果，则经过光学系统装置后被聚焦到样品10某一个平面24的不同位置，从而可以探测样品10某一个平面25的信息，H-PDLC光栅阵列4对白光连续光谱起到了分光、斩波调制的作用。

[0025] D：基于变焦显微物镜阵列的调焦特性：作为彩色立体区域共焦显微成像设计的关键部分，NÍN式变焦显微物镜阵列9具有调焦功能。如图4所示变焦显微物镜阵列示意图，变焦显微物镜阵列9由与NÍN式H-PDLC光栅阵列4中的每个H-PDLC光栅19一一相对应的放大率为40倍、数值孔径为0.65的变焦显微物镜23组成，将经过透镜8的不同波段的光谱分别会聚到样品10上。由于变焦显微物镜阵列9由NÍN个变焦显微物镜23组成，实现将不同波段的光谱会聚到样品10某一深度方向24的不同深度，而同一波段光谱，由于其频率不同，则被会聚到样品10某一平面25上，最终实现三维探测；同时可以调节变焦显微物镜23的焦距，对于样品10的某一位置，每一次变焦，得到一种波段的光谱探测结果，通过重复调焦操作，在这一位置能够得到不同波段的光谱的探测的结果，通过对比得到的探测图像，从而可以得到样品10某一个位置的颜色，则可以探知样品的颜色信息。

[0026] E：信号采集与处理部分的实现：CCD摄像机15采集样品信息，并且将三维信息在平面上显示，光栅条纹水平于平台放置或者垂直于平台放置，相应的由H-PDLC光栅分光后的不同波段光谱以从上到下的顺序或者从左到右的顺序分布，就可以分开记录样品的深度信息和平面信息。如果光栅条纹水平于平台放置，那么经光栅分光后的不同光谱在空间上从上到下分布，这样，不同颜色的光谱分散在竖直方向上，CCD摄像机15在竖直面上接收到的不同颜色信息即为样品10的某一深度方向24的深度信息，由于是NÍN式H-PDLC光栅阵列4，CCD摄像机15再将经过调制的每种光谱的各个通道的信息依次记录在平面上，记录的同一颜色位于不同位置的信息即为样品10某一平面25的信息，形成了将三维信息转换成平面信息进行记录，在计算机上根据已检测的样品信息进行三维构建。同时利用变焦显微物镜23的特性，例如对于样品10的某一位置，每一次变焦，得到一种波段的光谱探测结果，通过重复调焦操作，在这一位置能够得到不同波段的光谱的探测的结果，通过对比每一次调焦后CCD摄像机15所得到的图像信息，找出这一位置探测到的光强最弱的光谱，则此光谱即为样品10某一位置的颜色，对样品10的每一个位置的探测图像都进行对比，则可以得到样品的颜色信息，绘制样品三维效果图。光电倍增管PMT16将探测到的样品的某一深度方向24的光强度信号总和进行光电转换，通过A/D转换器17将信号输送到计算机18，对具有不同频率的光谱进行解调，按各自的频率进行解调，将调制信号与具有相同载波频率的余弦信号相乘，再通过低通滤波器滤去多余的频谱，可以得到原始信号，即获得样品某一个深度方向24即具有相同频率的光谱所探测的样品的深度信息，提高了系统的横向分辨率。

[0027] 彩色立体区域共焦显微成像是结合了波分复用技术与频分复用技术的共焦显微成像方法。本发明通过全息聚合物分散液晶光栅阵列，使白光超连续谱分光，由于色差的存在，不同波段的光谱经过显微物镜阵列聚焦在轴上的位置有所不同，从而实现Z轴探测，即深度探测；同时，通过光栅阵列，使得同一波段的光谱聚焦到X-Y平面的不同位置，可以通过驱动电路驱动聚合物分散液晶光栅阵列，对同一个波段的光谱进行斩波，提高样品的横向分辨率，由于使用的是NÍN式光栅阵列，可以实现多点并行实时探测；使用了变焦显微物镜，通过改变物镜的焦距使得样品的某一点能够被不同波段的光谱探测，对比每次改变焦距所接收到的图像来判断样品某点的颜色，这样即能实现对样品的彩色探测；将波分复用与频分复用相结合，对样品进行立体探测，实时获取样品信息，并对所获得的信息进行分析，可以构建三位立体探测效果图，同时能够得到样品的颜色信息，比目前一般的共焦显微探测系统更加快捷、高效。

[0028] 本专利设计了彩色立体区域共焦显微成像系统。系统的主要构成包括：采用将飞秒激光器发出的飞秒激光脉冲耦合到一个高非线性光子晶体光纤中得到的白光超连续光谱，NÍN式聚合物分散液晶光栅阵列，消色散微透镜阵列，半透半返的分束器，放大率为40倍的变焦显微物镜阵列，高分辨率彩色CCD摄像机和光电倍增管PMT。此外，还包括聚焦透镜、以及在光路中有聚焦、准直、放大等作用的透镜。

[0029] 所搭建的彩色立体区域共焦显微成像方法的光路示意图如附图1所示，首先将飞秒激光器1发出的飞秒激光脉冲耦合到光子晶体光纤2中得到白光超连续光谱，耦合进扩束镜3，扩束镜3出射的光束到达NÍN式H-PDLC光栅阵列4上进行分光和不同频率的调制，分光调制好的光束通过消色散微透镜阵列5，将经H-PDLC光栅阵列4出射的聚焦的光束调整为平行光束射出。通过分束器6使得平行光束一部分透过，一部分反射，透过分束器6的平行光束经过聚焦透镜7聚焦到轴上，聚焦光束经由透镜8和放大率为40倍、数值孔径为0.65的变焦显微物镜阵列9组成的望远镜成像系统聚焦到样品10，由样品10反射回来的光束经过由透镜8和放大率为40倍的变焦显微物镜阵列9构成的望远镜成像系统和聚焦透镜7后形成平行光束，经分束器6反射进入到由消色散物镜11、滤波板12和物镜13组成的滤波系统，滤波后的平行光束到达分束器14，一部分透过被CCD摄像机15接收，由CCD摄像机15采集样品的信号，最后在计算机软件中得到样品三维图像，并且通过对比CCD摄像机15所接收到的图像来判断样品的颜色信息，绘制样品三维效果图，另一部分被分束器14反射，被光电倍增管PMT16接收，通过A/D转换器17将信号输送到计算机18，进行解调。

[0030] 系统采用由飞秒激光器发出的飞秒激光脉冲耦合到一个高非线性光子晶体光纤中，得到的白光超连续光谱作为光源，采用NÍN式H-PDLC光栅阵列实现分光和斩波，能够实现对样品的Z轴和X-Y平面的实时探测，实现了三维探测，同时利用变焦透镜的特性，使得不同波段的光谱能够探测到同一位置，通过对比所探测得到的图像，最后得到样品的颜色信息，并且具有高的空间分辨率和时间分辨率等特点。

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一种彩色立体区域共焦显微成像方法

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