多光束阵列多光子重扫描显微成像装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种多光束阵列多光子重扫描显微成像装置，包括：光源模块，用于产生能用于多光子激发的激光；分束器，用于将激光转化为多束呈等角间距的二维激光阵列；二维扫描头，用于对二维激光阵列进行扫描；聚焦模块，用于将二维激光阵列转化为多束等间距的二维聚焦光斑阵列聚焦至样本，以激发荧光或产生多光子高阶谐波信号；重扫描模块，用于使荧光或多光子高阶谐波信号入射至二维扫描头，以进行重扫描；成像模块，用于收集重扫描后的荧光或多光子高阶谐波信号并进行成像。本发明专利技术提出的装置，通过荧光或多光子高阶谐波信号入射至同一个二维扫描头，从而实现了重扫描，提高空间分辨率。

Multi-beam array multi-photon rescanning microscopic imaging device

The invention provides a multi-beam array multi-photon rescanning microscopic imaging device, which includes: a light source module for generating a laser capable of multi-photon excitation; a beam splitter for converting a laser into a two-dimensional laser array with equal angular spacing; a two-dimensional scanning head for scanning a two-dimensional laser array; and a focusing module for converting a two-dimensional laser array into a multi-beam, etc. The spacing two-dimensional focused spot array focuses on the sample to excite fluorescence or generate multi-photon high-order harmonic signals; the rescanning module is used to incident the fluorescence or multi-photon high-order harmonic signals to the two-dimensional scanning head for rescanning; and the imaging module is used to collect and image the rescanned fluorescence or multi-photon high-order harmonic signals. The device of the invention realizes rescanning and improves spatial resolution by incident fluorescence or multi-photon high-order harmonic signal to the same two-dimensional scanning head.

【技术实现步骤摘要】
多光束阵列多光子重扫描显微成像装置
本专利技术涉及光学
，更具体地，涉及一种多光束阵列多光子重扫描显微成像装置。
技术介绍
随着科学技术的发展，光学显微成像技术已经成为生物学、医学及其相关交叉学科研究中重要的技术和测量手段。由于光学显微成像技术具有无损伤、非侵入性、快速获取等特点，非常适合于活细胞和生物组织以及非生物体系的成像，具有其它技术无法替代的优势。因此，近年来光学显微成像技术一直是技术发展的前沿与热点，并不断取得新的发展与突破，其发展趋势是更高的空间分辨率、更快的速度以及动态生物信息获取等。因此，如何显著提高显微成像的时间与空间分辨率，是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术提供一种多光束阵列多光子重扫描显微成像装置。本专利技术提供一种多光束阵列多光子重扫描显微成像装置，包括：光源模块，用于产生能用于多光子激发的激光；分束器，用于将所述激光转化为多束呈等角间距的二维激光阵列；二维扫描头，用于接收所述多束呈等角间距的二维激光阵列，并对所述多束呈等角间距的二维激光阵列进行扫描；聚焦模块，用于将扫描后的所述多束呈等角间距的二维激光阵列转化为多束等间距的二维聚焦光斑阵列，并聚焦至样本，以激发荧光或产生多光子高阶谐波信号；重扫描模块，用于收集所述荧光或多光子高阶谐波信号，并使所述荧光或多光子高阶谐波信号入射至所述二维扫描头，以进行重扫描；成像模块，用于收集重扫描后的荧光或多光子高阶谐波信号并进行成像；其中，所述荧光或多光子高阶谐波信号的重扫描角度与所述多束呈等角间距的二维激光阵列的扫描角度成比例。优选地，所述荧光或多光子高阶谐波信号的扫描角度与所述多束呈等角间距的二维激光阵列的扫描角度成比例，具体为：所述荧光或多光子高阶谐波信号的扫描角度为所述多束呈等角间距的二维激光阵列的扫描角度的2倍。优选地，所述分束器包括扩束器、二维光整形元件和扫描透镜。优选地，所述二维光整形元件包括：微透镜阵列、空间光调制器、数字微透镜或衍射光学元件。优选地，所述聚焦模块包括沿激光光路方向依次设置的：第一扫描透镜、第一成像透镜、第一二向色镜、物镜。优选地，所述重扫描模块包括沿探测光路方向依次设置的：物镜、反射单元、第二成像透镜、第二扫描透镜、第二二向色镜和二维扫描头。优选地，所述成像模块包括沿探测光路方向依次设置的：所述二维扫描头、第三二向色镜、第三成像透镜和相机。优选地，所述相机的单个像素的物理尺寸满足香农抽样定理，所述单个像素的物理尺寸不大于空间分辨率的1/2。优选地，所述二维扫描头包括共振-振镜扫描头、振镜-振镜扫描头或压电-压电扫描头。优选地，在光路中还包括至少一个中继模块，所述中继模块用于调整所述多束呈等角间距的二维激光阵列的光束直径。本专利技术提出的一种多光束阵列多光子重扫描显微成像装置，通过采用二维扫描头实现多束光扫描，并使样本激发的荧光或多光子高阶谐波信号入射至同一个二维扫描头，从而实现了重扫描，提高空间分辨率。附图说明图1为本专利技术一实施例的多光束阵列多光子重扫描显微成像装置结构示意图；图2为本专利技术实施例的分束器结构示意图；图3为本专利技术一实施例的二维多束激光阵列扫描示意图；图4为本专利技术另一实施例的二维多束激光阵列扫描示意图；图5为本专利技术另一实施例的多光束阵列多光子重扫描显微成像装置结构示意图；图6为本专利技术实施例的扫描动态光路示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。应当清楚，本文中提及的激光光路、探测光路和准直光路均为本领域技术人员所理解的通常意义。本专利技术基于目前光学显微成像技术趋于更高时间和空间分辨率的发展趋势，提出一种多光束阵列多光子重扫描显微成像装置，通过采用二维多光束阵列进行扫描，并使样本激发的荧光或多光子高阶谐波信号入射至同一个二维扫描头，通过控制二维扫描头的扫描方式，使得荧光或多光子高阶谐波信号的扫描角度和多束呈等角间距的二维激光阵列的扫描角度成比例，从而实现了重扫描，显著地提高了空间分辨率。图1为本专利技术一实施例的多光束阵列多光子重扫描显微成像装置结构示意图，如图1所示，包括：光源模块100，用于产生能用于多光子激发的激光。需要说明的是，光源模块包括能用于多光子激发的激光器，通过用于多光子激发的激光器产生激光。在一个具体的实施例中，可采用飞秒激光器产生激光。分束器101，用于将激光转化为多束呈等角间距的二维激光阵列。需要说明的是，首先可以通过扩束器进行扩束。可选的，可采用平顶光整形器，使得强度呈高斯分布的激光变成均匀分布的激光，从而提高显微成像质量。然后通过一个二维光整形元件，得到分布在一个平面上的多束呈等间距的二维聚焦光束阵列。其中，二维光整形元件可以为二维等间距分布的微透镜阵列，或者空间光调制器、数字微透镜、衍射光学元件等等。二维聚焦光束阵列经过扫描透镜，使得每一束重叠到该扫描透镜的焦点处，从而获得多束呈等角间距的二维激光阵列。二维扫描头102，用于接收多束呈等角间距的二维激光阵列，并对多束呈等角间距的二维激光阵列进行扫描。需要说明的是，二维扫描头中两个扫描头分别用于控制光束的两个扫描方向。二维扫描头对入射的多束呈等角间距的二维激光阵列进行扫描，通过控制二维扫描头的扫描方向，改变多束呈等角间距的二维激光阵列的出射方向。通过控制二维扫描头的扫描方式，从而当二维扫描头的角度偏转时，出射的多束呈等角间距的二维激光阵列也随之发生偏转，进而实现对样本的各部分扫描。二维扫描头可以是共振-振镜扫描头、振镜-振镜扫描头或者是压电-压电扫描头等等，其作用都是通过两个扫描头，分别对光束进行不同方向上的扫描。本领域技术人员应当清楚，任意两个扫描头组成二维扫描头均能达到上述效果，均在本专利技术的保护范围之内。聚焦模块103，用于将扫描后的多束呈等角间距的二维激光阵列转化为多束等间距的二维聚焦光斑阵列，并聚焦至样本，以激发荧光或产生多光子高阶谐波信号。需要说明的是，从二维扫描头出射的多束呈等角间距的二维激光阵列经过光路调整，实现等角间距的二维激光阵列向等间距的二维聚焦光斑阵列的转化，以保证聚焦至样本的聚焦光斑为等间距的；其中，光路调整可以为至少一个成像透镜和一个扫描透镜的组合，本专利技术实施例不作具体限制。从而，当二维扫描头的扫描方向改变时，多束等间距的二维聚集光斑阵列能够刚好无重复地扫描完样本的待测区域。在多束等间距的二维聚焦光斑阵列扫描样本的同时，样本吸收了能量，从而激发出荧光或多光子高阶谐波信号。样本可以由探针、荧光蛋白、量子点、纳米荧光粒子等荧光物质进行染色或标记，包括活体样本、固定生物样本、其他非生命体系样本以及多光子非标记高阶谐波成像。重扫描模块104，用于收集荧光或多光子高阶谐波信号，并使荧光或多光子高阶谐波信号入射至二维扫描头，以进行重扫描；其中，荧光或多光子高阶谐波信号的重扫描角度与多束呈等角间距本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多光束阵列多光子重扫描显微成像装置，其特征在于，包括：光源模块，用于产生能用于多光子激发的激光；分束器，用于将所述激光转化为多束呈等角间距的二维激光阵列；二维扫描头，用于接收所述多束呈等角间距的二维激光阵列，并对所述多束呈等角间距的二维激光阵列进行扫描；聚焦模块，用于将扫描后的所述多束呈等角间距的二维激光阵列转化为多束等间距的二维聚焦光斑阵列，并聚焦至样本，以激发荧光或产生多光子高阶谐波信号；重扫描模块，用于收集所述荧光或多光子高阶谐波信号，并使所述荧光或多光子高阶谐波信号入射至所述二维扫描头，以进行重扫描；成像模块，用于收集重扫描后的荧光或多光子高阶谐波信号并进行成像；其中，所述荧光或多光子高阶谐波信号的重扫描角度与所述多束呈等角间距的二维激光阵列的扫描角度成比例。

【技术特征摘要】
1.一种多光束阵列多光子重扫描显微成像装置，其特征在于，包括：光源模块，用于产生能用于多光子激发的激光；分束器，用于将所述激光转化为多束呈等角间距的二维激光阵列；二维扫描头，用于接收所述多束呈等角间距的二维激光阵列，并对所述多束呈等角间距的二维激光阵列进行扫描；聚焦模块，用于将扫描后的所述多束呈等角间距的二维激光阵列转化为多束等间距的二维聚焦光斑阵列，并聚焦至样本，以激发荧光或产生多光子高阶谐波信号；重扫描模块，用于收集所述荧光或多光子高阶谐波信号，并使所述荧光或多光子高阶谐波信号入射至所述二维扫描头，以进行重扫描；成像模块，用于收集重扫描后的荧光或多光子高阶谐波信号并进行成像；其中，所述荧光或多光子高阶谐波信号的重扫描角度与所述多束呈等角间距的二维激光阵列的扫描角度成比例。2.根据权利要求1所述的多光束阵列多光子重扫描显微成像装置，其特征在于，所述荧光或多光子高阶谐波信号的扫描角度与所述多束呈等角间距的二维激光阵列的扫描角度成比例，具体为：所述荧光或多光子高阶谐波信号的扫描角度为所述多束呈等角间距的二维激光阵列的扫描角度的2倍。3.根据权利要求1所述的多光束阵列多光子重扫描显微成像装置，其特征在于，所述分束器包括扩束器、二维光整形元件和扫描透镜。4.根据权利要求3所述的多光束阵列多光子...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐云青，张硕，戴陆如，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京,11