基于多面体棱镜及光束调频高分辨率高速成像方法与装置制造方法及图纸

根据本发明专利技术的基于多面体棱镜及光束调频高分辨率高速成像方法与装置，装置包括分束镜、频率调制器、第一反射镜、第二反射镜，第一透镜单元、第二透镜单元、二分之一波片，偏振分光棱镜、二向色镜，二维振镜、聚焦物镜、阵列探测器。分束镜、第一反射镜沿第一光轴线依次设置，分束镜、频率调制器、第二反射镜沿第二光轴线依次设置，第一反射镜、频率调制器、二分之一波片以及偏振分光棱镜沿第三光轴线依次设置，第二反射镜、偏振分光棱镜、多面体棱镜、二向色镜以及二维振镜沿第四光轴线依次设置，二维振镜、第一透镜单元、聚焦物镜沿第五光轴线依次设置，二向色镜，第二透镜单元、阵列探测器沿第六光轴线依次设置。

【技术实现步骤摘要】
基于多面体棱镜及光束调频高分辨率高速成像方法与装置
本专利技术属于光学
，具体涉及一种基于多面体棱镜及光束调频高分辨率高速成像方法与装置。
技术介绍
光学成像由于具有非接触、非破坏性特点，被广泛应用于生命科学、材料科学等研究领域。而光学分辨率则是光学成像系统的一个重要指标，通常分辨率越高越好。光学分辨率包括横向分辨率和轴向分辨率，这两者之间会彼此限制。即横向分辨率越高、轴向分辨率越低；轴向分辨率越高，横向分辨率越低。因此，如何提高横向分辨率与轴向分辨率是研究人员持续努力的目标。如果能够同时实现高横向分辨率与高轴向分辨率则具有重要应用价值。利用线偏振光的矢量特性在光学显微成像等领域中有重要的研究意义。例如，共焦显微镜系统是物象共轭的点对点成像，聚焦的激光束在样品表面扫描，同时光电检测器件接收样品反射的荧光(或透射的荧光)，样品结构的变化使激发的荧光强度改变，因而使光电检测器的输出电流改变，经过信号处理，同步显示在计算机屏幕上。由于照射的线偏振光通过高数值孔径的透镜聚焦，产生的是面积很小的椭圆光斑。如果沿椭圆光斑短轴方向对样品扫描，根据瑞利判据，共焦显微镜扫描步长为两倍椭圆短轴距离时，光电探测器即可响应反射光强度的改变，即分辨出两点的差异，系统分辨率很高。如果沿椭圆光斑长轴方向对样品扫描，且扫描步长小于两倍椭圆长轴距离时，根据瑞利判据，光电探测器将不能响应反射光强度的改变，无法分辨出两点的差异。因此系统的分辨率决定于聚焦光斑长轴大小。在先技术中,参见“K.A.Serrels，E.Ramsay，R.J.WarburtonandD.T.Reid，Nanoscaleopticalmicroscopyinthevectorialfocusingregime，naturephotonics，vol.2，May2008,311-314”，为了提高分辨率，在扫描长轴方向时机械的插入二分之一波片改变入射线偏振光的偏振方向，但是这会降低系统改变扫描方向时的扫描速率及系统分辨精度，而且由于其中一束入射光多经过了一次二分之一波片，因此这两束正交偏振光的入射功率不同，从而使聚焦光束功率发生变化，会增加系统误差，系统稳定性不高。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种多面体棱镜及光束调频高分辨率高速成像方法与装置，通过一种有效的光学结构，同时构建两束偏振方向正交的的线偏振光照明，并且利用双光束的频率调制来区分两束正交线偏振光聚焦后形成的椭圆光斑的重叠区域与其它非重叠区域，利用多面体棱镜产生单列、等距的多焦点，利用阵列探测器接收信号的频率解调来提取两束正交线偏振光聚焦后形成的椭圆光斑的重叠区域对应的有效信号，实现提高三维分辨率的目的。本专利技术提供了一种基于多面体棱镜及光束调频高分辨率高速成像装置，具有这样的特征，包括分束镜、频率调制器、第一反射镜、第二反射镜，第一透镜单元、第二透镜单元、二分之一波片，偏振分光棱镜、二向色镜，二维振镜、聚焦物镜、阵列探测器，其中，分束镜、第一反射镜沿第一光轴线依次设置，分束镜、频率调制器、第二反射镜沿与第一光轴线垂直的第二光轴线依次设置，第一反射镜、频率调制器、二分之一波片以及偏振分光棱镜沿与第一光轴线垂直的第三光轴线依次设置，第三光轴线与第二光轴线平行，第二反射镜、偏振分光棱镜、多面体棱镜、二向色镜以及二维振镜沿与第三光轴线垂直的第四光轴线依次设置，二维振镜、第一透镜单元、聚焦物镜沿与第四光轴线垂直的第五光轴线依次设置，二向色镜，第二透镜单元、阵列探测器沿与第四光轴线垂直的第六光轴线依次设置，第一透镜单元、第二透镜单元均包括一个透镜或多个透镜的组合。在本专利技术提供的基于多面体棱镜及光束调频高分辨率高速成像装置中，其特征在于，还包括设置在第二光轴线上且位于频率调制器与第二反射镜之间的第三透镜单元，第三透镜单元包括一个透镜或多个透镜的组合。本专利技术提供了一种基于多面体棱镜及光束调频高分辨率高速成像方法，其特征在于,包括以下步骤：步骤1，将分束镜、第一反射镜沿第一光轴线依次设置；步骤2，将分束镜、频率调制器、第二反射镜沿与第一光轴线垂直的第二光轴线依次设置；步骤3，将第一反射镜、频率调制器、二分之一波片以及偏振分光棱镜沿与第一光轴线垂直的第三光轴线依次设置，第三光轴线与第二光轴线平行；步骤4，将第二反射镜、偏振分光棱镜、多面体棱镜所述二向色镜以及二维振镜沿与第三光轴线垂直的第四光轴线依次设置，步骤5，将二维振镜、第一透镜单元、聚焦物镜以及样品沿与第四光轴线垂直的第五光轴线依次设置，步骤6，二向色镜，第二透镜单元、阵列探测器沿与第四光轴线垂直的第六光轴线依次设置，其中，第二透镜单元面对二向色镜的反射面；步骤7，一束沿第一光轴线方向进行入射的第一方向入射线偏振光经过分束镜后输出两束具有第一方向线偏振光的第一光束和第二光束；步骤8，第一光束沿第二光轴线方向经过频率调制器施加载频f1后输出第一载频光束，第一载频光束经第二反射镜反射沿第四光轴线方向经过偏振分光棱镜透射输出第一载频透射光束，第二光束沿第一光轴线方向经过第一反射镜反射后，沿第三光轴线方向经过频率调制器施加载频f2后输出第二载频光束，第二载频光束经过二分之一波片后输出第二方向线偏振光，第二方向线偏振光经过偏振分光棱镜反射后输出沿第四光轴线方向的第二载频反射光束；步骤9，第一载频透射光束和第二载频反射光束叠加合成输出具有混合第一方向和第二方向的线偏振态载频混合光束；步骤10，载频混合光束经过多面体棱镜折射后，得到多束折射载频混合光束；步骤11，多束折射载频混合光束经过二向色镜、二维振镜、第一透镜单元、聚焦物镜后在样品上产生多个聚焦光斑；步骤12，多个聚焦光斑激发样品产生荧光，形成多个与聚焦光斑对应的荧光光斑；步骤13，荧光光斑经过聚焦物镜、第一透镜单元、二维振镜、二向色镜、第二透镜单元后，在阵列探测器上形成多个荧光聚焦光斑；步骤14，利用频率解调算法，提取出阵列探测器接收的重叠的具有载频f1和f2的荧光聚焦光斑信号，并通过分析阵列探测器上的荧光聚焦光斑的强度并随着二维振镜的扫描变化，可以区分出具有不同调制频率的焦点各自激发的荧光信号，从而重构出反映样品信息的二维图像。在本专利技术提供的基于多面体棱镜及光束调频高分辨率高速成像方法中，还可以具有这样的特征：其中，第一方向线偏振光与第二方向线偏振光为正交。另外，在本专利技术提供的基于多面体棱镜及光束调频高分辨率高速成像方法中，还可以具有这样的特征：其中，多面体棱镜为具有底面和多个棱面的柱体，其横截面为多边形，载频混合光束的方向与底面垂直且载频混合光束先进入底面，聚焦光斑为一维阵列分布，聚焦光斑的数量与棱面的数量相同。另外，在本专利技术提供的基于多面体棱镜及光束调频高分辨率高速成像方法中，还可以具有这样的特征：其中，第一透镜单元用于光束变换，将从多面体棱镜出射的多束折射载频混合光束始终充满聚焦物镜的入瞳，实现聚焦物镜的最佳成像性能，第一透镜单元包括两个光束变换透镜或多个光束变换透镜的组合，二向色镜与第四光轴线的夹角为45度。另外，在本专利技术提供的基于多面体棱镜及光束调频高分辨率高速成像方法中，还可以具有这样的特征：其中，当多面体棱镜为具有底面和多个棱面的锥棱镜，棱镜的底面与载频混合光束方向垂直，聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多面体棱镜及光束调频高分辨率高速成像装置，其特征在于，包括：分束镜、频率调制器、第一反射镜、第二反射镜，第一透镜单元、第二透镜单元、二分之一波片，偏振分光棱镜、二向色镜，二维振镜、聚焦物镜、阵列探测器，其中，所述分束镜、所述第一反射镜沿第一光轴线依次设置，所述分束镜、所述频率调制器、所述第二反射镜沿与所述第一光轴线垂直的第二光轴线依次设置，所述第一反射镜、所述频率调制器、所述二分之一波片以及所述偏振分光棱镜沿与所述第一光轴线垂直的第三光轴线依次设置，所述第三光轴线与所述第二光轴线平行，所述第二反射镜、所述偏振分光棱镜、所述多面体棱镜、所述二向色镜以及所述二维振镜沿与所述第三光轴线垂直的第四光轴线依次设置，所述二维振镜、所述第一透镜单元、所述聚焦物镜沿与所述第四光轴线垂直的第五光轴线依次设置，所述二向色镜，所述第二透镜单元、所述阵列探测器沿与所述第四光轴线垂直的第六光轴线依次设置，所述第一透镜单元、所述第二透镜单元均包括一个透镜或多个透镜的组合。

【技术特征摘要】
1.一种基于多面体棱镜及光束调频高分辨率高速成像装置，其特征在于，包括：分束镜、频率调制器、第一反射镜、第二反射镜，第一透镜单元、第二透镜单元、二分之一波片，偏振分光棱镜、二向色镜，二维振镜、聚焦物镜、阵列探测器，其中，所述分束镜、所述第一反射镜沿第一光轴线依次设置，所述分束镜、所述频率调制器、所述第二反射镜沿与所述第一光轴线垂直的第二光轴线依次设置，所述第一反射镜、所述频率调制器、所述二分之一波片以及所述偏振分光棱镜沿与所述第一光轴线垂直的第三光轴线依次设置，所述第三光轴线与所述第二光轴线平行，所述第二反射镜、所述偏振分光棱镜、所述多面体棱镜、所述二向色镜以及所述二维振镜沿与所述第三光轴线垂直的第四光轴线依次设置，所述二维振镜、所述第一透镜单元、所述聚焦物镜沿与所述第四光轴线垂直的第五光轴线依次设置，所述二向色镜，所述第二透镜单元、所述阵列探测器沿与所述第四光轴线垂直的第六光轴线依次设置，所述第一透镜单元、所述第二透镜单元均包括一个透镜或多个透镜的组合。2.根据权利要求1所述的基于多面体棱镜及光束调频高分辨率高速成像装置装置，其特征在于，还包括：设置在所述第二光轴线上且位于所述频率调制器与所述第二反射镜之间的第三透镜单元，所述第三透镜单元包括一个透镜或多个透镜的组合。3.一种基于多面体棱镜及光束调频高分辨率高速成像装置方法，利用权利要求1所述的基于多面体棱镜及光束调频高分辨率高速成像装置，其特征在于,包括以下步骤：步骤1，将所述分束镜、所述第一反射镜沿第一光轴线依次设置；步骤2，将所述分束镜、所述频率调制器、所述第二反射镜沿与所述第一光轴线垂直的第二光轴线依次设置；步骤3，将所述第一反射镜、所述频率调制器、二分之一波片以及偏振分光棱镜沿与所述第一光轴线垂直的第三光轴线依次设置，所述第三光轴线与所述第二光轴线平行；步骤4，将所述第二反射镜、所述偏振分光棱镜、多面体棱镜所述二向色镜以及所述二维振镜沿与所述第三光轴线垂直的第四光轴线依次设置；步骤5，将所述二维振镜、所述第一透镜单元、所述聚焦物镜以及样品沿与所述第四光轴线垂直的第五光轴线依次设置；步骤6，所述二向色镜，所述第二透镜单元、所述阵列探测器沿与所述第四光轴线垂直的第六光轴线依次设置，其中，所述第二透镜单元面对所述二向色镜的反射面；步骤7，一束沿所述第一光轴线方向进行入射的第一方向入射线偏振光经过所述分束镜后输出两束具有第一方向线偏振光的第一光束和第二光束；步骤8，所述第一光束沿所述第二光轴线方向经过所述频率调制器施加载频f1后输出第一载频光束，所述第一载频光束经所述第二反射镜反射沿所述第四光轴线方向经过所述偏振分光棱镜透射输出第一载频透射光束，所述第二光束沿所述第一光轴线方向经过所述第一反射镜反射后，沿所述第三光轴线方向经过所述频率调制器施加载频f2后输出第二载频光束，所述第二载频光束经过所述二分之一波片后输出第二方向线偏振光，所述第二方向线偏振光经过所述偏振分光棱镜反射后输出沿所述第四光轴线方向的第二载频反射光束；步骤9，所述第一载频透射光束和所述第二载频...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭汉明，朱圣明，陈益祺，金长利，
申请(专利权)人：苏州闻道电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32