CN109884052B - 基于ccd探测的减法式谐波显微成像方法 - Google Patents
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Abstract
基于CCD探测的减法式谐波显微成像方法属于非线性光学显微成像领域；用CCD相机代替传统谐波显微成像中的光电倍增管，作为谐波信号探测器。飞秒激光器发出的脉冲经过整形扩束后由显微物镜会聚在样品内部形成谐波信号发生所需的激发光斑。样品激发出的谐波信号，被同一物镜收集后经过管镜、滤光片后被CCD相机探测。计算机控制CCD有效像素个数来形成不同大小的等效共焦针孔。用小针孔获得的谐波信号减去乘上系数后的大针孔下形成的谐波信号，由计算机将减法处理后的谐波信号整合成最终的谐波图像。白光光源搭配CCD可在获得亮场图像的同时，定位样品中感兴趣的成像区域。该方法可有效提升谐波显微成像的分辨率，且系统结构简单，调试方便，操作简单。
Description
技术领域
本发明属于光学显微测量领域，主要涉及一种用于纳米器件和生物样品中三维微细结构测量的超精密非接触测量方法。
背景技术
利用样品自身的非线性光学效应，例如二次谐波生成，三次谐波生成，可进行生物样品无荧光标记的显微成像，纳米器件的微结构探测，疾病机理的诊断等。但随着生物研究和纳米技术的不断发展，对显微成像的分辨率要求也越来越高。传统的谐波显微成像技术的分辨率也需要进一步提升以满足科研人员的研究需要。由于谐波是只发生在聚焦场焦点区域附近的非线性光学现象，因此谐波本身具有光学切片特性。在传统谐波显微成像方法中再引入共焦针孔，可进一步提升谐波显微成像的分辨率。
随着CCD相机的快速发展，CCD相机的动态范围和帧率已经有了巨大的提升。此外，CCD相机的像素尺寸已经达到微米量级。这些发展使得用CCD相机代替显微成像中的光电倍增管成为可能。通过计算机控制CCD的部分有效像素来成像可实现单点成像，来达到类似共焦针孔的效果。这种形成等效针孔的方法具有简单、快速的优点。这些优点为图像相减的成像方法奠定了硬件基础。
发明内容
本发明设计了一种基于CCD探测的减法式谐波显微成像方法，对传统谐波显微成像系统的信号探测模式进行了改进。区别于传统谐波显微成像的光电倍增管单点探测模式，本发明用CCD相机代替传统谐波显微成像中的光电倍增管，来作为谐波信号的探测器。通过计算机控制CCD的有效像素来实现扫描过程中的单点成像。改变像素的个数可生成不同大小的等效针孔。用小尺寸针孔获得的谐波信号减去乘上系数(小于1)的大尺寸针孔下形成的谐波信号，由计算机将减法处理后的单点谐波信号整合成最终的谐波图像，可有效提升谐波显微成像的分辨率。引入白光光源搭配CCD同时获得亮场图像。
本发明的目的是这样实现的：
基于CCD探测的减法式谐波显微成像方法，用CCD相机代替传统谐波显微成像中的光电倍增管，来作为谐波信号的探测器。飞秒激光器发出的脉冲经过整形扩束后由显微物镜会聚在样品内部形成谐波信号发生所需的激发光斑。样品激发出的谐波信号，被同一物镜收集后依次经过分束器、管镜、窄带滤光片后被CCD相机探测。通过计算机控制CCD有效像素个数来形成不同尺寸大小的等效共焦针孔。用小尺寸针孔获得的谐波信号减去乘上系数(小于1)的大尺寸针孔下形成的谐波信号，由计算机将减法处理后的单点谐波信号整合成最终的谐波图像。白光光源搭配CCD在获得亮场图像的同时，更容易地定位样品中感兴趣的成像区域。所述的基于CCD探测的减法式谐波显微成像方法其特征在于用CCD相机代替传统谐波显微成像中的光电倍增管，来作为谐波信号的探测器。
上述的基于CCD探测的减法式谐波显微成像方法，其特征在于通过计算机控制CCD有效像素的个数来形成不同尺寸大小的等效共焦针孔。
上述的基于CCD探测的减法式谐波显微成像方法，其特征在于用小尺寸针孔获得的谐波信号减去乘上系数(小于1)后的大尺寸针孔下形成的谐波信号，并由计算机将减法处理后的单点谐波信号整合成最终的谐波图像。
上述的基于CCD探测的减法式谐波显微成像方法，其特征在于在系统中为CCD搭配白光光源来获得亮场图像。
由于在本发明的谐波显微成像方法中，通过控制CCD像素来实现不同尺寸等效针孔下的谐波信号探测，不需要多路探测，所以该系统结构简单紧凑，实施方便。通过不同尺寸针孔所得信号相减的过程，抑制了成像过程中的背景噪声，提升了谐波显微成像的对比度和分辨率。
附图说明
图1是基于CCD探测的减法式谐波显微成像方法示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施实例进行详细的描述。
本实施例的基于CCD探测的减法式谐波显微成像方法示意图如图1所示。用CCD相机代替传统谐波显微成像中的光电倍增管，来作为谐波信号的探测器。飞秒激光器发出的脉冲经过整形扩束后由显微物镜会聚在样品内部形成谐波信号发生所需的激发光斑。样品激发出的谐波信号，被同一物镜收集后依次经过分束器、管镜、窄带滤光片后被CCD相机探测。通过计算机控制CCD有效像素个数来形成不同尺寸大小的等效共焦针孔。用小尺寸针孔获得的谐波信号减去乘上系数(小于1)的大尺寸针孔下形成的谐波信号，由计算机将做减法处理后的单点谐波信号整合成最终的谐波图像。白光光源搭配CCD在获得亮场图像的同时，更容易地定位样品中感兴趣的成像区域。
Claims (1)
1.基于CCD探测的减法式谐波显微成像方法，飞秒激光器发出的脉冲经过整形扩束后由显微物镜会聚在样品内部形成谐波信号发生所需的激发光斑，样品激发出的谐波信号，被同一物镜收集后依次经过分束器、管镜、窄带滤光片后被CCD相机探测，通过计算机控制CCD有效像素个数来形成不同尺寸大小的等效共焦针孔，用小尺寸针孔获得的谐波信号减去乘上小于1的系数的大尺寸针孔下形成的谐波信号，由计算机将减法处理后的单点谐波信号整合成最终的谐波图像，白光光源搭配CCD在获得亮场图像的同时，更容易地定位样品中感兴趣的成像区域，其特征在于用CCD相机代替传统谐波显微成像中的光电倍增管，来作为谐波信号的探测器。
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