[發(fā)明專利]一種并行多區(qū)域成像裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810937498.2
• 申請(qǐng)日: 2018-08-17
• 公開（公告）號(hào): CN108802989B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂曉華;曾紹群;胡慶磊;李培
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B21/00
• 分類號(hào): G02B21/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李智;曹葆青

本發(fā)明公開了一種并行多區(qū)域成像裝置，應(yīng)用于成像領(lǐng)域，所述裝置包括：多焦點(diǎn)生成模塊、空間解調(diào)模塊及探測模塊；所述多焦點(diǎn)生成模塊，用于對(duì)照明光進(jìn)行調(diào)制，以在物方產(chǎn)生多個(gè)焦點(diǎn)，形成多個(gè)不同的照明區(qū)域，進(jìn)而通過待成像樣品產(chǎn)生多路信號(hào)光；所述空間解調(diào)模塊，用于使各路信號(hào)光在空間上的能量分布不再重疊或重疊區(qū)域小于目標(biāo)要求；所述探測模塊，用于對(duì)經(jīng)所述空間解調(diào)模塊后的各路信號(hào)光進(jìn)行獨(dú)立探測，以實(shí)現(xiàn)并行多區(qū)域成像。本發(fā)明可以解決現(xiàn)有并行多區(qū)域成像探測技術(shù)存在的難以進(jìn)行弱光探測、信號(hào)無法解調(diào)及容易出現(xiàn)誤判等的技術(shù)問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于成像領(lǐng)域，更具體地，涉及一種并行多區(qū)域成像裝置。

背景技術(shù)

成像技術(shù)用于獲取樣品的空間信息。寬場成像技術(shù)使用面陣式探測，可在一個(gè)曝光時(shí)間獲取成像區(qū)域內(nèi)的光信息，是一種并行獲取信息的方式。這種并行獲取信息的方式雖然很快(每秒幀數(shù)可達(dá)幾千)，但是沒有層析能力。層析是指僅獲取某個(gè)薄層(例如焦面)內(nèi)的信號(hào)，屏蔽掉空間中其他區(qū)域(例如焦面外)的信號(hào)，從而減少空間中不同位置的信號(hào)的相互干擾，從而獲得高分辨率高對(duì)比度的圖像。具有層析能力的成像技術(shù)主要包括共聚焦成像技術(shù)和非線性成像技術(shù)。

共聚焦成像技術(shù)在成像系統(tǒng)的像方設(shè)置一個(gè)與物方的物點(diǎn)共軛的小孔，成像時(shí)采用點(diǎn)照明方式將照明光匯聚于該物點(diǎn)，該物點(diǎn)發(fā)出的信號(hào)經(jīng)成像系統(tǒng)成像后匯聚于像方的小孔并通過小孔，然后被探測器所接收。雖然物點(diǎn)外的部分其他區(qū)域仍有一定強(qiáng)度的照明光，但是這些位置發(fā)出的信號(hào)經(jīng)成像系統(tǒng)后無法通過小孔，不能被探測器接收，從而被隔離掉。共聚焦成像技術(shù)通過點(diǎn)照明對(duì)物方空間中的照明強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制，再通過小孔隔離掉物點(diǎn)外其他位置的信號(hào)，從而獲得層析效果。由于照明和探測均只針對(duì)空間中的某個(gè)點(diǎn)(并非無限小點(diǎn)，而是相對(duì)于成像范圍來說一個(gè)很小的三維區(qū)域)，為獲得樣品在空間上的信息，需要使用掃描器進(jìn)行點(diǎn)掃描，逐點(diǎn)探測，再將每個(gè)點(diǎn)的信號(hào)拼接在一起形成圖像。

非線性成像技術(shù)是一種基于非線性效應(yīng)的成像技術(shù)。由于非線性效應(yīng)的強(qiáng)度與光子的時(shí)空密度具有高階的非線性關(guān)系，因此具有許多區(qū)別于線性成像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，例如分辨率高、具有光學(xué)層析能力等。也由于該非線性特征，傳統(tǒng)的非線性成像技術(shù)需要將照明光進(jìn)行聚焦，以確保焦點(diǎn)內(nèi)能夠產(chǎn)生足夠強(qiáng)的非線性效應(yīng)，然后使用掃描器進(jìn)行掃描以形成圖像。以上兩種具有層析能力的成像技術(shù)均需要掃描成像，而空間中對(duì)一個(gè)面甚至體進(jìn)行掃描非常耗時(shí)。而成像速度對(duì)于觀測樣品的動(dòng)態(tài)過程至關(guān)重要。即便使用高速的掃描器，由于對(duì)空間中的點(diǎn)采用串行模式進(jìn)行曝光，單點(diǎn)曝光時(shí)間也非常有限，對(duì)信號(hào)強(qiáng)度和信噪比不利。為提高成像速度，可引入并行探測的模式，例如將單點(diǎn)掃描擴(kuò)展為多點(diǎn)同時(shí)掃描甚至線掃描。目前已經(jīng)有大量方法和技術(shù)付諸實(shí)踐，但是大多數(shù)只是在相對(duì)于成像系統(tǒng)光軸來說一個(gè)橫向的二維平面上進(jìn)行并行探測，由于物像關(guān)系的原因難以對(duì)不同軸向位置的空間區(qū)域進(jìn)行并行探測。雖然業(yè)內(nèi)已經(jīng)發(fā)展出來幾種對(duì)不同軸向位置的空間區(qū)域進(jìn)行并行探測的方法，但是局限性很大。方法之一是采用脈沖式照明，使不同軸向位置的信號(hào)在時(shí)間上復(fù)用，然后將采集到的時(shí)序信號(hào)進(jìn)行解調(diào)從而進(jìn)行并行成像。該方法的局限性表現(xiàn)為：首先，該方法需要高速的信號(hào)采集系統(tǒng)，由于信號(hào)放大器的增益帶寬積有限，速度高意味著帶寬大，導(dǎo)致增益小，難以進(jìn)行弱光探測；其次，需要樣品對(duì)照明光有快速的響應(yīng)，當(dāng)樣品為熒光樣品時(shí)，有的熒光物質(zhì)具有較長的熒光壽命，會(huì)導(dǎo)致不同位置的信號(hào)在時(shí)間上混疊，從而無法解調(diào)。方法之二是不加區(qū)分的采集到不同軸向位置的多個(gè)空間區(qū)域的疊加信號(hào)后，利用對(duì)樣品的先驗(yàn)知識(shí)采用算法進(jìn)行圖像處理從而將疊加的信號(hào)分離為各個(gè)空間區(qū)域單獨(dú)的信號(hào)。該方法的局限性表現(xiàn)為：首先，需要具有足夠的關(guān)于樣品的先驗(yàn)知識(shí)；其次，需要空間中的信號(hào)較為稀疏，如果空間中信號(hào)較為密集該算法容易出現(xiàn)誤判。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種并行多區(qū)域成像裝置，由此解決現(xiàn)有并行多區(qū)域成像探測技術(shù)存在的難以進(jìn)行弱光探測、信號(hào)無法解調(diào)及容易出現(xiàn)誤判等的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種并行多區(qū)域成像裝置，包括：多焦點(diǎn)生成模塊、空間解調(diào)模塊及探測模塊；