一种简易光束聚焦增强系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种简易光束聚焦增强系统。光束准直扩束模块布置在激光器出射端，激光器发射出光束经准直扩束模块平行扩束并空间滤波后入射到数字微镜器件，数字微镜器件旁侧出射端前方置有光挡，数字微镜器件正侧出射端置有缩束模块，前方设有二向色镜，光束经二向色镜反射后经过扫描模块进入显微物镜聚焦，实验样品位于显微物镜焦平面上，实验样品内激发出的光经过显微物镜与扫描模块后透过二向色镜被光强探测模块接收进行光强探测。本实用新型专利技术从光学干涉原理出发，在提升光学聚焦质量的同时简化了实验步骤，为生物组织内部深处高速光学聚焦和高速高分辨率光学显微成像提供了一种简易可行系统。

【技术实现步骤摘要】
一种简易光束聚焦增强系统
本技术属于光遗传学与光学显微成像领域，特别涉及了一种简易光束聚焦增强系统，并应用于光遗传学光刺激与深穿透光学显微成像。
技术介绍
在生物医学光学领域，光学散射是制约光学成像质量的主要因素。多数深部组织成像的光学技术(例如，激光共聚焦成像，双光子显微镜和光学相干层析扫描)主要利用非散射光子(即弹道光子)成像。弹道光子的数量随深度增加呈指数式衰减，因此将光学聚焦范围限制在了1mm的深度。光遗传学技术需要对特定的神经元进行光刺激，以研究其神经环路机理。但是传统的光纤植入式光遗传学对活体生物的损伤严重，不利于长期研究。早先应用在天文学中的自适应光学技术，为实现深层生物组织光刺激与成像提供了新的技术支持。现有的非侵入式自适应光遗传学技术是基于自适应光学的精确相位校正，通过将空间光调制器分成若干分区，依次等间隔改变分区内的光束附加相位，探测其最佳光学聚焦相位。每个分区依次循环迭代，从而获得最终校正相位，对入射光束进行相位补偿，从而校正其畸变相位，形成良好光学聚焦。但是以上精确相位校正需要消耗大量的时间，为了获得更好地光学校正，就需要划分更多的分区与更细的相位间隔。由于空间光调制器的图像刷新率较低，导致光学校正消耗大量时间，不利于活体生物中进行实时光遗传学刺激与研究，制约了自适应光遗传技术的推广。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的问题，本技术目的在于利用图像刷新率较高的数字微镜器件解决传统自适应光遗传学中空间光调制器耗时较长的问题。从光学干涉原理出发，将光束分为若干区域，并探测各分区内光束对聚焦中心的干涉作用。通过保留对聚焦中心干涉相长的区域，并去除对聚焦中心干涉相消的区域，从而提升了光学聚焦的质量，缩短了自适应光刺激的校正时间。绝大部分生物组织样品自身不透明且光学性质不均匀，导致经物镜聚焦后入射光无法在样品内形成理想聚焦光斑，而是畸变的散射光斑。本技术先对未加载样品时，通过无加载分区的数字微镜器件进行理想光学聚焦所形成的聚焦光斑中心位置进行标定；然后加载实验样品，在样品内激发出的荧光被光电倍增管接收，记此时聚焦中心光强为阈值；然后将数字微镜器件至于物镜后瞳面，并对其进行分区，每个分区依次将该区入射光束反射到旁侧光路，使其不参与聚焦，同时保持其他分区光束不变；光电倍增管记录去除对应分区光束后的聚焦中心光强；接着去除光强大于等于阈值的分区，获得筛选分区；数字微镜器件加载筛选分区后光束再次聚焦，在样品内形成中心光强更强的光斑。为了实现上述目的，本技术的具体技术方案包括以下步骤：本技术系统包括激光器、光束准直扩束模块、数字微镜器件、光挡、缩束模块、扫描模块、二向色镜、显微物镜、实验样品和光强探测模块；光束准直扩束模块布置在激光器出射端，激光器发射出光束经准直扩束模块平行扩束并空间滤波后入射到数字微镜器件，数字微镜器件旁侧出射端前方置有光挡，数字微镜器件正侧出射端置有缩束模块，前方设有二向色镜，光束经二向色镜反射后经过扫描模块进入显微物镜聚焦，实验样品位于显微物镜焦平面上，实验样品内激发出的光经过显微物镜与扫描模块后透过二向色镜被光强探测模块接收进行光强探测。所述的光束准直扩束模块包括前光束准直扩束模块透镜、光束空间滤波器和后光束准直扩束模块透镜；前光束准直扩束模块透镜、光束空间滤波器和后光束准直扩束模块透镜依次平行布置在激光器出射端的前方，入射光束依次经前光束准直扩束模块透镜、光束空间滤波器和后光束准直扩束模块透镜平行扩束后入射到数字微镜器件；所述的缩束模块包括前缩束模块透镜和后缩束模块透镜；前缩束模块透镜和后缩束模块透镜依次平行布置在数字微镜器件的前侧，数字微镜器件反射的光束依次经前缩束模块透镜和后缩束模块透镜平行缩束后入射到二向色镜的斜侧；所述的扫描模块包括前扫描振镜、前光束准直透镜、后光束准直透镜、后扫描振镜、前扫描模块透镜和后扫描模块透镜；前扫描振镜、前光束准直透镜、后光束准直透镜、后扫描振镜、前扫描模块透镜和后扫描模块透镜依次布置在二向色镜的前侧，二向色镜反射的光束依次经前扫描振镜、前光束准直透镜、后光束准直透镜、后扫描振镜、前扫描模块透镜和后扫描模块透镜后入射到显微物镜；所述的光强探测模块包括光学滤波器、聚焦透镜、空间滤波器和光电倍增管；光学滤波器、聚焦透镜、空间滤波器和光电倍增管依次布置在二向色镜的后侧，实验样品发出的荧光依次经显微物镜、后扫描模块透镜、前扫描模块透镜、后扫描振镜、后光束准直透镜、前光束准直透镜、前扫描振镜、二向色镜、光学滤波器、聚焦透镜和空间滤波器后进入光电倍增管进行光强探测。本技术的有益效果是：本技术利用数字微镜器件实现了简易的自适应光学聚焦校正，利用数字微镜器件快速的图像刷新速率，克服了以往利用空间光调制器进行串行相位校正时速度慢的问题，提升了光学聚焦与光学刺激的速度。本技术基于光学干涉成像原理，可以通过数字微镜器件筛选出对聚焦光斑有干涉相消作用的分区光束，从而使得聚焦中心的光强显著提升，提高了自适应光学聚焦质量。本技术使用数字微镜器件进行自适应光学校正，降低了实验成本，更利于系统在研究实验中的应用。并且本技术可方便地与已有的各种显微成像技术相结合，实现同步的光刺激与显微成像，有利于基于光遗传学对行为学与神经环路等面向大脑不同区域的研究发展。附图说明图1为本技术系统的结构示意图；图2为实施例中无数字微镜器件校正时的散射聚焦光斑图像；图3为实施例中数字微镜器件分区依次去除后所得光强值与阈值的比较图；图4为实施例中数字微镜器件筛选后需要去除的分区分布图；图5为实施例中数字微镜器件加载筛选分区进行校正后的聚焦光斑图像。具体实施方式以下自适应光学聚焦校正实施例可以更详细的说明本技术，但不以任何形式限制本技术。如图1所示，本技术系统包括激光器1、前光束准直扩束模块透镜2、光束空间滤波器3和后光束准直扩束模块透镜4、数字微镜器件5、光挡6、前缩束模块透镜7和后缩束模块透镜8、二向色镜9、前扫描振镜10、前光束准直透镜11、后光束准直透镜12、后扫描振镜13、前扫描模块透镜14和后扫描模块透镜15、显微物镜16、实验样品17、光学滤波器18、聚焦透镜19、空间滤波器20和光电倍增管21。本技术的实施工作过程是：1)物镜的焦平面处不放置实验样品，即不加载实验样品，用无加载分区的数字微镜器件进行光束聚焦，在物镜的焦平面处得到理想聚焦光斑，记录理想聚焦光斑的聚焦中心位置Of；束聚焦具体是激光器发射出光束，经过准直扩束后，在数字微镜器件上反射，然后经过物镜聚焦。2)将实验样品置于物镜的焦平面处，即加载实验样品，用无加载分区的数字微镜器件进行光强探测，记录获得聚焦中心位置Of的光强值，作为光强阈值Ith；3)将数字微镜器件的反射面分为多块区域，以每一区域依次作为目标区域，遍历各个区域用加载分区的数字微镜器件进行光强探测，获得一系列各个区域对应记录到的聚焦中心位置Of处的光强值；光强探测时，数字微镜器件上的目标区域将自身接收的入射光束调整反射角度，使反射光束到旁侧光路而不参与物镜聚焦，同时除目标区域以外的其他区域保持反射光束的反射角度与所述步骤2)光强探测时反射光束的反射角度相同。在聚焦中心位置Of为无实验本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种简易光束聚焦增强系统，其特征在于：包括激光器(1)、光束准直扩束模块、数字微镜器件(5)、光挡(6)、缩束模块、扫描模块、二向色镜(9)、显微物镜(16)、实验样品(17)和光强探测模块；光束准直扩束模块布置在激光器(1)出射端，激光器发射出光束经准直扩束模块平行扩束并空间滤波后入射到数字微镜器件(5)，数字微镜器件(5)旁侧出射端前方置有光挡(6)，数字微镜器件(5)正侧出射端置有缩束模块，前方设有二向色镜(9)，光束经二向色镜(9)反射后经过扫描模块进入显微物镜(16)聚焦，实验样品(17)位于显微物镜(16)焦平面上，实验样品(17)内激发出的光经过显微物镜(16)与扫描模块后透过二向色镜(9)被光强探测模块接收。

【技术特征摘要】
1.一种简易光束聚焦增强系统，其特征在于：包括激光器(1)、光束准直扩束模块、数字微镜器件(5)、光挡(6)、缩束模块、扫描模块、二向色镜(9)、显微物镜(16)、实验样品(17)和光强探测模块；光束准直扩束模块布置在激光器(1)出射端，激光器发射出光束经准直扩束模块平行扩束并空间滤波后入射到数字微镜器件(5)，数字微镜器件(5)旁侧出射端前方置有光挡(6)，数字微镜器件(5)正侧出射端置有缩束模块，前方设有二向色镜(9)，光束经二向色镜(9)反射后经过扫描模块进入显微物镜(16)聚焦，实验样品(17)位于显微物镜(16)焦平面上，实验样品(17)内激发出的光经过显微物镜(16)与扫描模块后透过二向色镜(9)被光强探测模块接收。2.根据权利要求1所述的一种简易光束聚焦增强系统，其特征在于：所述的光束准直扩束模块包括前光束准直扩束模块透镜(2)、光束空间滤波器(3)和后光束准直扩束模块透镜(4)；前光束准直扩束模块透镜(2)、光束空间滤波器(3)和后光束准直扩束模块透镜(4)依次平行布置在激光器(1)出射端的前方，入射光束依次经前光束准直扩束模块透镜(2)、光束空间滤波器(3)和后光束准直扩束模块透镜(4)平行扩束后入射到数字微镜器件(5)。3.根据权利要求1所述的一种简易光束聚焦增强系统，其特征在于：所述的缩束模块包括前缩束模块透镜(7)和后缩束模块透镜(8)；前缩束模块透镜(7)和后缩束模块透镜(8)依次平行布置在数字微镜器件(5)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚薇，斯科，胡乐佳，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33