[發(fā)明專利]一種共焦成像裝置及共焦成像方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910476670.3
• 申請日: 2019-06-03
• 公開（公告）號: CN110196232B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉賓;項祎祎;韓焱;潘晉孝;王黎明;陳平;魏交統(tǒng);蘇新彥
• 申請（專利權(quán)）人: 中北大學
• 主分類號: G01N21/21
• 分類號: G01N21/21;G02B26/08
• 代理公司: 北京德琦知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11018
• 代理人: 牛崢;王麗琴

本發(fā)明公開了一種共焦成像裝置及共焦成像方法，本發(fā)明實施例采用孔徑成像方法解決掃描照明過程的繁瑣問題，且設(shè)置可調(diào)控的平面反射鏡陣列，利用對平面反射鏡陣列的調(diào)節(jié)克服共焦照明無法推移的問題，實現(xiàn)諸如水下等應(yīng)用場景下的共焦成像，擴大了應(yīng)用場景范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計算機技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種共焦成像裝置及共焦成像方法。

背景技術(shù)

共焦是指包括激發(fā)和發(fā)射的光路在兩個位置上聚焦。在共焦成像過程中，激發(fā)光聚焦在樣品表面，而發(fā)射光聚焦在照明針孔上。這一針孔限制光路在樣品表面的聚焦深度，有效防止雜質(zhì)信號產(chǎn)生的背景噪音干擾，從而降低背景信號的強度，提升了樣品的成像質(zhì)量。共焦成像方法最早應(yīng)用于共聚焦顯微鏡上，主要采用聚焦模式照明和同步成像來創(chuàng)建三維生物標本的橫斷面。它是一種光聚焦照明和照明針孔調(diào)制來去除樣品非焦點平面的散射光的光學成像手段，相比于其他成像方法可以提高光學分辨率和視覺對比度。共聚焦顯微鏡在生物醫(yī)學方面做出極大的貢獻，擁有很多成果，對研究細胞或大腦等微小的物質(zhì)有極大的意義。

但是，共焦成像一直被限制于顯微鏡的設(shè)計中，應(yīng)用范圍也僅僅限于生物醫(yī)學。為了使共焦成像技術(shù)適用于大規(guī)模場景，提出了使用投影儀和相機陣列來替代顯微鏡使用的光學孔徑。在具體實現(xiàn)時，共焦成像技術(shù)分為兩類：共焦掃描方式和共焦編碼方式。其中，共焦掃描方式是利用設(shè)置在光源單元后的照明針孔及設(shè)置在檢測器前的探測針孔實現(xiàn)點照明和點探測，來自光源單元的光通過照明針孔，得到發(fā)射光聚焦在樣品的焦平面的某個點上，該點成像在探測針孔內(nèi)，檢測器通過探測針孔獲取到樣品的圖像。共焦編碼方式下，在設(shè)置的投影儀前設(shè)置隨機掩膜，在隨機掩膜前設(shè)置分光鏡，利用分光鏡使得投影儀與相機共軸，投影儀發(fā)出的出射投影光源經(jīng)過所設(shè)置的隨機掩膜和分光鏡后，通過所設(shè)置的平面鏡陣列的反射到樣品所在的場景中；樣品的出射光通過所設(shè)置的平面鏡陣列反射后，再經(jīng)過分光鏡進入到相機中，實現(xiàn)相機對樣品圖像的獲取。

但是，采用上述兩種方法進行共焦成像，都存在缺點：共焦掃描方式由于其照明針孔和探測針孔的孔徑小，所以成像范圍小，且采用掃描方式完成共焦照明及成像，掃描過程繁瑣且速度慢，一旦應(yīng)用于稍大的場景就會耗費大量的時間和精力。共焦編碼方式克服了共焦掃描方式的缺點，但是其中的平面鏡陣列是固定設(shè)置好的，無法調(diào)整，不夠簡便靈活，限制了共焦成像的應(yīng)用場景范圍。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明實施例提供一種共焦成像裝置，該系統(tǒng)能夠簡便及靈活地對共焦成像的照明深度進行調(diào)整，擴大共焦成像的應(yīng)用場景范圍。

本發(fā)明實施例還提供一種共焦成像方法，該方法能夠簡便及靈活地對共焦成像的照明深度進行調(diào)整，擴大共焦成像的應(yīng)用場景范圍。

本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的：

一種共焦成像裝置，包括：光源單元、分光鏡、偏振片、平面反射鏡陣列及成像單元，其中，平面反射鏡陣列由多個可旋轉(zhuǎn)的平面反射鏡拼接得到，所述平面反射鏡兩兩之間無縫隙且在拼接后的平面反射鏡陣列具有設(shè)定弧度；

光源單元投射的白光被分光鏡透射到偏振片上；偏振片對該投射光進行偏振信息的調(diào)節(jié)，該調(diào)節(jié)后的白光經(jīng)過平面反射鏡陣列的反射后，形成照明光束聚焦于樣品的聚焦面上；

樣品的聚焦面將照明光束反射，反射的照明光束依次經(jīng)過平面反射鏡陣列的反射、偏振片的透傳及分光鏡的反射后，由成像單元獲取樣品聚焦面圖像。

一種共焦成像方法，設(shè)置如權(quán)利要求1所述的共焦成像裝置，該方法包括：

共焦成像裝置中的光源單元投射的白光被共焦成像裝置中的分光鏡透射到共焦成像裝置中的偏振片上；

共焦成像裝置中的偏振片對該投射光進行偏振信息的調(diào)節(jié)后，該調(diào)節(jié)后的白光經(jīng)過共焦成像裝置中的平面反射鏡陣列的反射后，形成照明光束聚焦于樣品的聚焦面上；