一种平衡检测共聚焦显微镜成像系统其三维影像重建方法，包含:光源；光束放大器；聚焦机构；扫瞄机构；等量分束器，将反射光束分成两等量光束；大面积光检测器接收来自该等量分束器的一道光束，并测得使光束的信号强度；针孔接收来自该等量分束器的另一道光束；光束倍增管接收来自该针孔的信号，并测得此信号的强度；处理器，接收来自该光束倍增管及该大面积光检测器所检测的信号的信号强度，并经过校准的程序以得到校准后的反射信号强度；并应用在不同的轴向深度处的不同截面上所得到信号强度，重建该样品的影像。使用三阶非线性拟合，可增加可应用的动态范围。且经由消除光源中的功率的变动，平衡的检测可以改进轴向的分辨率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术的领域属于立体影像重建，尤其是有关于ー种平衡检测共聚焦显微镜(confocal microscope)成像系统及其三维影像重建方法。
技术介绍
共聚焦显微镜早在1957年即为Marvin Minskey所提出，并于1961年获得专利。早先由于没有高功率的空间相干光源(spatial coherent light source),所以共聚焦显微镜并无法善加应用。只是在激光技术产生后，此ー现像才被改迸。 共聚焦显微镜的信号光源主要为激光器或荧光(fluorescence)。由一高数值孔径(numerical aperture)的聚焦装置搜集信号光且应用一光检测器进行检測。在聚焦深度外部的光将被光检测器之前的ー针孔(pinhole)阻挡住。因为聚焦深度外部的光无法被光检测器所检测到，所以共聚焦显微镜具有深度辨识的能力。共聚焦显微镜的反射強度相对于轴向深度为ー sine square的曲线，且深度的分辨率为此曲线该最大值之半的全宽(fullwidth at half maximum of this curve)。在可见光的范为内，其约为300纳米,而侧向的分辨率为入射的激光束的散射能力所限制，其最高值约为200纳米。应用共聚焦显微镜在不同的轴向深度处作ニ维的扫瞄可以重建ー扫瞄物件的三维影像。因为传统上使用的共聚焦显微镜无法对高速变动的物件进行实时的扫瞄，所以也无法进行实时进行三维成像。共聚焦显微镜使用高NA物镜以使得照明的点距相当的紧密，而且在光检测器前方的光共轭平面中的针孔(pinhole)可以消除焦点外的信号。当来自聚焦深度外的光将被在该光检测器前方的针孔(pinhole)所阻档。共聚焦显微镜具有深度辨识的能力，所以可以是ー项理想的表面轮廓量测计. 传统的共聚焦显微镜中，将ー样本对位于该焦点上，且在轴方向进行平面扫描，再堆栈这些平面影像，可以得到三维影像。但是此过程必需精密的控制不同位的图像(sectioningimage)的轴向位置，及影像重建的时间。因此传统的共聚焦显微镜不适于检测高速三维变动的形态及对为微观处理的实时检測。美国专利USP5，804，813(J._P.Wang and C. -H Lee, “Differential 共聚焦显微镜”)中提出ー种可实时检测变动物体的三维影像的方法，该专利应用differential共聚焦显微镜，其中使用共聚焦显微镜的轴响应曲线(axial response curve)中的线性区段以使得深度方向的分辨率可以达到最大。已证明此一方式可以克服传统的共聚焦显微镜的限制。差动共聚焦显微镜(differential confocal microscope)可以使得在深度方向的分辨率高于20纳米,且可以操作在ー开回路的组态(open loop configuration)下,而大大增加成像速度。因此可以达到实时的三维surface成像。但是此一方法的动态范围(dynamic range)不够大,所以当物件瞬时的变化较大时，所得到的三维影像相当的模糊。其次，此ー方法并未考虑表面反射或荧光效应的差异所造成重建影样上的错误。此外，目前此技术的轴向分辨率主要受限于光源功率的变动。本专利技术的目的即在解决此ー现有技术的困难点，利用三阶(three order)非线性拟合来増加其动态范围，利用平衡检测来消除光源功率变动的影响进而提高轴向分辨率和解决表面反射或荧光效应的差异所造成重建影样上的错误，以得到更佳的影像效果。
技术实现思路
本专利技术的目的为提出ー种平衡检测的共聚焦显微镜成像系统及其三维影像重建方法，其中本专利技术使用非线性拟合(fitting)，可以增加可应用的动态范围。本专利技术中消除光源中的功率的变动。应用平衡检测可以改进轴向的分辨率。为达到上述目的，本专利技术的ー种平衡侦测的共聚焦显微镜成像系统包含一光源；一光束放大器接收来自该光源的光束并经散射后放大该光束的截面；ー聚焦机构，用于聚焦通过该光束放大器的光，以将在光束聚焦到一待测样品上；ー扫瞄机构，可以调整该聚焦机构相对于该样品的轴向深度，并在不同深度处的样品平面上的移动，以使得该光束在不同的样品点上聚焦后并产生反射光束；一等量分束器，将反射光束分成两等量光束；一大面积光检测器接收来自该等量分束器的一道光束，并测得使光束的信号強度；一针孔接收来自该等量分束器的另一道光束；一光束倍増管接收来自该针孔的信号，并测得此信号的強度；ー处理器，接收来自该光束倍増管及该大面积光检测器所检测的信号的信号強度，并经过校准的程序以得到校准后的反射信号強度；并应用在不同的轴向深度处的不同截面上所得到信号強度，重建该样品的影像。进ー步的，其尚包含 ー控制器用于控制该ニ维扫描光学装置及该物镜的位置以使得该ニ维扫描光学装置及该物镜可以沿着轴向进行不同轴向点处的ニ维扫瞄；一存储器用于记录相关资料，其中包含来自该大面积光检测器及该光束倍増管的信号值，该ニ维扫描光学装置及该PZT驱动的物镜的相对位置及坐标。进ー步的，其尚包含ー导光装置用于导引该截面放大的光束进入该扫瞄机构，且导引该反射光束进入该分束器，其中的导光机构包含一极化分束器(polarizationbeamsplitter)位于该光束放大器的后方，主要是由两介电系数不同的棱镜所构成；利用介电系数的不同，使得当光束从第一面射入时可以直接穿过该分束器，反之当光从第二面射入时，碰到第一面的边界处将使得入射在该边界处产生全反射；一四分之一波长光板(quarter wave plate)为在该极化分束器该后方,该四分之一波长光板包含反向的第一端及第ニ端，使得进入第一端的入射光及从第二端通过的反射光之间的极性相差90度，所以反射光束再如第二端进入该极化分束器之两棱镜的界面时会被反射，而不会穿过该界面。进ー步的，该扫猫机构为一二维扫描光学装置，其包含ー镜面，且可以由一驱动装置驱动，应用该ニ维扫描光学装置的移动可以改变入射光反射后的路径，所以该反射后的光束可以扫瞄过一照射物体。该聚焦机构为ー PZT驱动的物镜，可以随者该ニ维扫描光学装置的位置改变而改变此PZT驱动的物镜使得该PZT驱动的物镜对准由该ニ维扫描光学装置反射的光线。该光源为线性极化光源。 本专利技术另提供一种应用成像系统进行三维影像重建的方法，其包含步骤为 由该光源发射一光束，该光束经过ー光束放大器将该光束的截面放大；经该极化分束器后的光束入射一二维扫描光学装置，必经由该ニ维扫描光学装置的镜面反射，改变的光束的行进方向； 由ー驱动装置驱动该ニ维扫描光学装置以改变入射光束后的路径； 将经过该ニ维扫描光学装置的光束投射向一物镜；其中，该物镜可以随着该ニ维扫描光学装置的位置改变而改变其轴向深度，及在垂直于此轴向深度之平面上的位置，使得该物镜对准由该ニ维扫描光学装置所传送过来的光束； 反射光束经过该等量分束器后分成两等量的光束； 其中之一等量光束入射到一大面积光检测器，以检测到一信号功率；此信号功率的平均值表示在不同的轴向深度处的功率的平均值，其中已避免由于光源的不稳定所产生的功率不稳定； 其中另一等量光束入射到该针孔后在入射到该光束倍增管以检测并放大该信号； 将上述结果相关的资料储存起来，储存的资料包含来自该大面积光检测器及该光束倍本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种平衡检测共聚焦显微镜成像系统，其特征在于，包含:一光源；一光束放大器接收来自该光源的光束并经散射后放大该光束的截面；？一聚焦机构，用于聚焦通过该光束放大器的光，以将在光束聚焦到一待测样品上；一扫瞄机构，能调整该聚焦机构相对于该样品的轴向深度，并在不同深度处的样品平面上的移动，以使得该光束在不同的样品点上聚焦后并产生反射光束；一等量分束器，将该反射光束分成两等量光束；一大面积光检测器接收来自该等量分束器的一道光束，并测得该光束的信号强度；一针孔接收来自该等量分束器的另一道光束；一光束倍增管接收来自该针孔的光束的信号，并测得此光束的信号的强度；一处理器，接收来自该光束倍增管及该大面积光检测器所检测的信号的信号强度，并经过校准的程序以得到校准后的反射信号强度；并应用在不同的轴向深度处的不同截面上所得到信号强度重建该样品的影像。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄书伟，李选德，
申请(专利权)人：黄书伟，李选德，
类型：发明
国别省市：
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