[實用新型]一種基于數字微鏡器件的快速精準光學聚焦增強系統

有效

• 申請號: 201720507452.8
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN206848565U
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發明（設計）人: 龔薇;斯科;胡樂佳
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02B21/00
• 分類號: G02B21/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 林超

技術領域

本實用新型屬于光遺傳學與光學顯微成像領域，特別涉及了一種基于數字微鏡器件的快速精準光學聚焦增強系統，并應用于光遺傳學光刺激與光學顯微成像。

背景技術

在生物醫學光學領域，光學散射是制約光學成像質量的主要因素。多數深部組織成像的光學技術(例如，激光共聚焦成像，雙光子顯微鏡和光學相干層析掃描)主要利用非散射光子(即彈道光子)成像。彈道光子的數量隨深度增加呈指數式衰減，因此將光束聚焦范圍限制在了1mm的深度。

光遺傳學技術需要對特定的神經元進行光刺激，以研究其神經環路機理。但是傳統的光纖植入式光遺傳學對活體生物的損傷嚴重，不利于長期研究。早先應用在天文學中的自適應光學技術，為實現深層生物組織光刺激與成像提供了新的技術支持。

現有的非侵入式自適應光遺傳學技術是基于自適應光學的精確相位校正技術，或基于相干光自適應技術來進行相位補償的。精確相位校正技術通過將空間光調制器分成若干分區，依次等間隔改變分區內的光束附加相位，探測其最佳光束聚焦相位。每個分區依次循環迭代，從而獲得最終校正相位，對入射光束進行相位補償，從而校正其畸變相位，形成良好光束聚焦。

但是以上精確相位校正需要消耗大量的時間，為了獲得更好地光學校正，就需要劃分更多的分區與更細的相位間隔。由于空間光調制器的圖像刷新率較低，導致光學校正消耗大量時間。

相干光自適應技術也是將空間光調制器分成若干分區，利用分塊可變形鏡或數字微鏡器件對入射到空間光調制器上的光束進行快速強度調制，從而利用各光束相干得到的光強值計算出不同分區對應的光束所需的補償相位，然后再將相位加載到空間光調制器上進行光束補償。

雖然利用相干光自適應技術能夠有效地縮短校正光束相位的時間，但是依舊無法克服空間光調制器加載相位進行校正所消耗的時間，不利于活體生物中進行實時光遺傳學刺激與研究，制約了自適應光遺傳技術的推廣。

實用新型內容

為了解決背景技術中存在的問題，本實用新型目的在于利用圖像刷新率較高的數字微鏡器件解決傳統自適應光遺傳學中空間光調制器耗時較長的問題。利用數字微鏡器件快速的刷新率，從光學衍射原理出發，將光束分為若干區域，借鑒相干光自適應技術的快速補償相位探測技術，通過區分不同相位對光束聚焦中心的干涉作用，將對聚焦中心干涉相長的區域保留，并去除對聚焦中心干涉相消的區域，從而提升了光束聚焦的質量，省去了利用空間光調制器加載補償相位所消耗的時間，縮短了自適應光刺激的校正時間。

為了實現上述目的，本實用新型的技術方案包括以下步驟：

系統包括激光器、第一光纖、準直透鏡、數字微鏡器件、光擋、縮束模塊、掃描模塊、二向色鏡、顯微物鏡、實驗樣品和光強探測模塊。第一光纖和準直透鏡布置在激光器之后，激光器發射出光束經第一光纖傳輸之后通過準直透鏡入射到數字微鏡器件，數字微鏡器件旁側出射端置有光擋，數字微鏡器件前側出射端置有縮束模塊，前方設有二向色鏡；光束經二向色鏡反射后經過掃描模塊進入顯微物鏡聚焦，實驗樣品位于顯微物鏡焦平面上；實驗樣品內激發出的熒光經過顯微物鏡與掃描模塊后透過二向色鏡被光強探測模塊接收進行光強探測。

所述的縮束模塊包括前縮束模塊透鏡和后縮束模塊透鏡；前縮束模塊透鏡和后縮束模塊透鏡依次平行布置在數字微鏡器件的正側，數字微鏡器件反射的光束依次經前縮束模塊透鏡和后縮束模塊透鏡平行縮束后入射到二向色鏡的旁側。

所述的掃描模塊包括前掃描振鏡、前光束準直透鏡、后光束準直透鏡、后掃描振鏡、前掃描模塊透鏡和后掃描模塊透鏡；前掃描振鏡、前光束準直透鏡、后光束準直透鏡、后掃描振鏡、前掃描模塊透鏡和后掃描模塊透鏡依次布置在二向色鏡的前側，二向色鏡反射的光束依次經前掃描振鏡、前光束準直透鏡、后光束準直透鏡、后掃描振鏡、前掃描模塊透鏡和后掃描模塊透鏡后入射到顯微物鏡。

所述的光強探測模塊包括光學濾波器、準直聚焦透鏡、第二光纖、聚焦透鏡和光電倍增管；光學濾波器、準直聚焦透鏡、第二光纖、聚焦透鏡和光電倍增管依次布置在二向色的后側，實驗樣品發出的熒光依次經顯微物鏡、后掃描模塊透鏡、前掃描模塊透鏡、后掃描振鏡、后光束準直透鏡、前光束準直透鏡、前掃描振鏡、二向色鏡、光學濾波器、準直聚焦透鏡、第二光纖和聚焦透鏡后進入光電倍增管進行光強探測。

本實用新型的有益效果是：

本實用新型利用數字微鏡器件實現了快速的自適應光束聚焦增強，利用數字微鏡器件快速的圖像刷新速率，克服了以往利用空間光調制器進行相位校正時速度慢的問題，提升了光束聚焦與光學刺激的速度。