CN103033514A - 一种基于声光偏转器的多路扫描与探测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种基于声光偏转器的多路扫描与探测方法及装置。本发明采用多个声光偏转器对多个激光束进行相互独立的并行扫描，各个声光偏转器或声光偏转器对能独立控制相应的激光束进行快速逐点扫描或随机扫描，并采用多通道探测器或阵列探测器进行探测。大大提高了基于声光偏转器的逐点扫描和随机扫描的速度和通量。在显微成像、激光显示与记录系统、激光打印、激光加工等领域有推广应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及激光扫描技术领域，具体涉及一种采用多个声光偏转器对多个激光束进行相互独立的并行扫描，并采用多通道探测器或阵列探测器进行探测的方法。主要应用领域为显微成像、激光显示与记录系统，激光打印，激光加工等。
背景技术
声光偏转器是一种基于声光效应来改变激光方向的衍射光学器件。它相对机械式偏转器具有无机械惯性的特点，因此可以获得更快的扫描速度，既能实现快速的逐点扫描又能实现随机跳变式的扫描，简称随机扫描，在显微成像，激光打印等领域有广泛的运用。
随着现代工业和科技的发展，要求扫描仪器的速度越来越快。特别对于大面积或体积的样品的扫描，通量要求特别地大。虽然声光偏转器具有无惯性的特点，相对机械式偏转器具有更快的扫描速度，但由于它的行扫描速度仍受限声波穿越声光偏转器的渡越时间。而且对于荧光生物样品，探测到的荧光信号较弱，如果激光扫描速度极快，能激发出的荧光很少，最终图像的信噪比会很小。
在期刊文献”Multifocal multiphoton microscopy(MMM)at a framerate beyond 600Hz”,Karsten Bahlmann at el,Optics Express,2007里采用机械式偏转器结合多个激光焦点并行扫描的方案提高了扫描速度，但机械式偏转器在高速扫描时存在不规则抖动和一行内扫描速度不恒定等缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出的一种基于声光偏转器的多路激光扫描与探测的方法，结合了声光偏转器无惯性扫描和多路并行扫描的特点，能够提供一种既快速又稳定可靠的扫描和探测方法，满足现代工业和科学研究对高通量扫描仪器的需求。
为解决上述技术问题，本发明所提出的一种基于声光偏转器的多路激光扫描与探测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
多个激光束分别进入多个声光偏转器或相互垂直放置的声光偏转器对后，通过扫描透镜对待测样本进行独立并行扫描，多通道探测器或阵列探测器进行并行探测；
探测信号通过信号采集模块发送到工作站进行采集分析。
所述声光偏转器为一维声光偏转器，启动扫描时，所述待测样本沿垂直于所述声光偏转器的扫描方向运动。
在采用多通道探测器进行探测时，每路光束在所述多通道探测器面上对应的扫描区域完全落在其中一个通道的光敏感面内，两路光束不同时落在同一个通道的光敏感面内；在采用阵列探测器进行探测时，所有光束在所述阵列探测器面上对应的扫描区域全部落在该阵列探测器的光敏面内。这种基于声光偏转器的多路激光扫描与探测的方法，各个（对）声光偏转器独立控制的激光束在样品上形成的扫描区域（或多个扫描点或扫描线）既可以是能够无缝地拼接的，也可以是相互不连接的、分离的。
本发明同时还提供了一种实现上述基于声光偏转器的多路激光扫描与探测方法的装置，包括激光光源、分束器、若干个声光偏转器或相互垂直放置的声光偏转器对、扫描透镜、多通道探测器或阵列探测器、信号采集模块和工作站，所述激光光源发出的激光通过分束器分成多束激光，每束激光进入一个所述声光偏转器或相互垂直放置的声光偏转器对，每个所述声光偏转器或相互垂直放置的声光偏转器对在所述扫描透镜的焦平面上，所述多通道探测器或阵列探测器通过所述信号采集模块连接所述工作站。
所述的基于声光偏转器的多路激光扫描与探测方法的装置，还包括二色片、筒镜和物镜，所述待测样本位于所述物镜的焦平面上，所述多通道探测器或阵列探测器位于所述筒镜的焦平面上，所述二色片位于所述扫描透镜的焦平面上。
所述的基于声光偏转器的多路激光扫描与探测方法的装置还包括运动平台，所述待测样本位于所述运动平台上，所述运动平台能够沿垂直于所述声光偏转器的扫描方向运动。
优选的，所述多通道探测器包括多阳极光电倍增管、多通道光电二极管、多通道雪崩光电二极管中的一种；所述阵列式探测器包括面/线阵列CCD、面/线阵列CMOS、面/线阵列EMCCD中的一种。
本发明采用多个声光偏转器对多个激光束进行相互独立的并行扫描，各个声光偏转器或声光偏转器对能独立控制相应的激光束进行快速逐点扫描或随机扫描，并采用多通道探测器或阵列探测器进行探测。大大提高了基于声光偏转器的逐点扫描和随机扫描的速度和通量。在显微成像、激光显示与记录系统、激光打印、激光加工等领域有推广应用价值。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。
图1是采用两路一维声光偏转器和两通道探测器的扫描系统示意图。
图2是两路光束在样品上形成的扫描线（左）和在两通道探测器面上对应的扫描线（右）的相对位置示意图。
图3是采用两路二维声光偏转器和面阵列探测器的扫描系统示意图。
图4是两路光束在样品上形成的扫描区域（左）和在面阵列探测器面上对应的扫描区域（右）的相对位置示意图。
图5是两路光束在样品上形成的多个扫描点（左）和在面阵列探测器面上对应的多个扫描点（右）的相对位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是采用两路一维声光偏转器和两通道探测器的扫描系统示意图。激光器10产生一束激光分别经过二分之一玻片11、扩束器12、色散补偿棱镜13、柱透镜14，再由分束器21将激光分成两束激光，分束器21一般为消偏振分光棱镜。一束激光经过一号声光偏转器23，二分之一玻片24，号折射镜25；另一束激光经过二号折射镜28后经过二号声光偏转器26，二分之一玻片27；之后，两束激光都到达合束器22，合束器22一般为偏振分光棱镜。合理选择一号声光偏转器23和二号声光偏转器27的位置，使得补偿棱镜13分别到一号声光偏转器23和二号声光偏转器27的光程相同，而且一号声光偏转器23和二号声光偏转器27都分别位于扫描透镜30的焦平面上。选择二分之一玻片24、27的偏振方向使得光通过合束器22的效率最高。
二色片31、筒镜32、物镜33是显微镜的组成部分。样品34放置在运动平台35上，位于物镜33的焦平面上。两通道探测器40放置在筒镜32的焦平面上。
控制和信号采集模块包括工作站50、数据采集卡51、I/O通信口52、声光偏转器驱动器53、运动平台驱动器54。探测器40和数据采集卡51之间还可以放置信号放大器。工作站50运行软件控制程序，通过数据采集卡51，实现对声光偏转器23、26的控制，从探测器40采集信号；通过通信口52控制运动平台35。
图2的是两路光束在样品上形成的扫描线（图2左边）和在两通道探测器面上对应的扫描线（图2右边）的相对位置示意图。通过一维声光偏转器23、26的连续扫描，会在样品34上形成两条不同的扫描线a、b（图2用a、b区分两路激光扫描形成的图案），这两条扫描线1、2经过显微镜系统会成像在探测器40上。由于成像系统的作用，样品上的扫描图案与探测面上的扫描图案是旋转180度的。401、402是两通道探测器40的两个光敏面，调整探测器40的位置使得两条扫描线分别完全落在光敏面401和402上。
图3是采用两路二维声光偏转器和面阵列探测器的扫描系统示意图，与图1的区别是一号声光偏转器23被相互垂直放置的两个声光偏转器231、232代替，同样二号声光偏转器26被相互垂直放置的声光偏转器262、262代替，还有的是两通道探测器40被面阵列探测器41代替。声光偏转器对相对单个偏转器的优势是可以进行二维的扫描。面阵列探测器可以理解为由非常多小探测单元组成的多通道探测器。
图4是两路光束在样品上形成的扫描区域（图4左边）和在面阵列探测器面上对应的扫描区域（图4右边）的相对位置示意图。通过二维声光偏转器对231和232、261和262的连续扫描，会在样品34上形成两个扫描区域c、d（图4注上用c、d区分两路激光扫描形成的图案），这两个扫描区域经过显微镜系统会成像在探测器41上。由于成像系统的作用，样品上的扫描图案与探测面上的扫描图案是旋转180度的。411是面阵列探测器41的光敏面，调整探测器41的位置使得两个扫描区域都完全落在光敏面411上。
图5是两路光束在样品上形成的多个扫描点（图5左边）和在面阵列探测器面上对应的多个扫描点（图4右边）的相对位置示意图。通过二维声光偏转器对231和232、261和262的随机扫描（飞点扫描），会在样品34上形成多个扫描点e、f（图5注上用e、f区分两路激光扫描形成的图案），这些扫描点经过显微镜系统会成像在探测器41上。由于成像系统的作用，样品上的扫描图案与探测面上的扫描图案是旋转180度的。合理调整探测器41的位置使得这些扫描点图像都完全落在光敏面411上。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种基于声光偏转器的多路激光扫描与探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
多个激光束分别进入多个声光偏转器或相互垂直放置的声光偏转器对后，通过扫描透镜对待测样本进行独立并行扫描，多通道探测器或阵列探测器进行并行探测；
探测信号通过信号采集模块发送到工作站进行采集分析。
2.根据权利要求1所述的基于声光偏转器的多路激光扫描与探测方法，其特征在于，所述声光偏转器为一维声光偏转器，启动扫描时，所述待测样本沿垂直于所述声光偏转器的扫描方向运动。
3.根据权利要求1或2所述的基于声光偏转器的多路激光扫描与探测方法，其特征在于，在采用多通道探测器进行探测时，每路光束在所述多通道探测器面上对应的扫描区域完全落在其中一个通道的光敏感面内，两路光束不同时落在同一个通道的光敏感面内；在采用阵列探测器进行探测时，所有光束在所述阵列探测器面上对应的扫描区域全部落在该阵列探测器的光敏面内。
4.一种实现上述基于声光偏转器的多路激光扫描与探测方法的装置，其特征在于，包括激光光源、分束器、若干个声光偏转器或相互垂直放置的声光偏转器对、扫描透镜、多通道探测器或阵列探测器、信号采集模块和工作站，所述激光光源发出的激光通过分束器分成多束激光，每束激光进入一个所述声光偏转器或相互垂直放置的声光偏转器对，每个所述声光偏转器或相互垂直放置的声光偏转器对在所述扫描透镜的焦平面上，所述多通道探测器或阵列探测器通过所述信号采集模块连接所述工作站。
5.根据权利要求4所述的基于声光偏转器的多路激光扫描与探测方法的装置，其特征在于，还包括二色片、筒镜和物镜，所述待测样本位于所述物镜的焦平面上，所述多通道探测器或阵列探测器位于所述筒镜的焦平面上，所述二色片位于所述扫描透镜的焦平面上。
6.根据权利要求5所述的基于声光偏转器的多路激光扫描与探测方法的装置，其特征在于，还包括运动平台，所述待测样本位于所述运动平台上，所述运动平台能够沿垂直于所述声光偏转器的扫描方向运动。
7.根据权利要求5所述的基于声光偏转器的多路激光扫描与探测方法的装置，其特征在于，所述多通道探测器包括多阳极光电倍增管、多通道光电二极管、多通道雪崩光电二极管中的一种；所述阵列式探测器包括面/线阵列CCD、面/线阵列CMOS、面/线阵列EMCCD中的一种。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150729 |