CN109884053B - 基于片光显微和共焦狭缝探测的谐波显微测量方法 - Google Patents
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Abstract
基于片光显微和共焦狭缝探测的谐波显微测量方法属于非线性光学测量领域；在谐波显微测量中，将谐波信号的探测方向垂直于样品照明方向，从而实现谐波显微中的片光测量。将sCMOS作为探测器并采用滚动快门工作模式实现共焦狭缝探测。飞秒激光脉冲经扫描振镜反射后进入转接光学系统进行球差补偿，接着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聚焦光斑。样品激发出的谐波信号，被垂直于照明方向的探测物镜收集后经过窄带滤光片滤除杂散光，被工作在滚动快门模式的sCMOS接收探测。扫描过程与滚动快门对接同步，通过算法合成不同位置像素的谐波图像。该方法可有效提升谐波显微成像的对比度和信噪比，并且实现高帧率的谐波显微成像。
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。但在谐波显微成像中，由于谐波信号微弱，常常淹没于背景噪声中，以及厚样品中的光学散射，导致谐波成像对比度和分辨率降低。在共焦扫描显微方法中，针孔可用来消除离焦的杂散光。但这种逐点扫描的方式降低了图像获取速率，导致了样品的长时间曝光，不利于活体样品的显微成像。
通过将荧光信号的探测方向垂直于样品的照明方向，可实现显微成像中的片光测量。片光测量区别于逐点扫描的方式，是一种线扫描，可提升显微成像的帧率，有助于实时获取活体细胞的动态信息。sCMOS探测器区别于CCD探测器，可以控制靶面像素的有效区域。通过采用滚动快门的工作模式可以实现狭缝共焦探测。该探测模式可以有效抑制离焦杂散光，提升显微图像的对比度和分辨率。
发明内容
本发明设计了一种基于片光显微和共焦狭缝探测的谐波显微测量方法，将谐波信号的探测方向垂直于样品照明方向，实现谐波显微中的片光测量。片光测量中所用的扫描方式区别于逐点扫描，是一种线扫描方式，可有效提升成像速率。将sCMOS作为探测器并采用滚动快门工作模式实现共焦狭缝探测。将每帧中sCMOS不同位置有效像素所探测到的谐波信号图像通过算法合成为最终的谐波图像，可以提升谐波显微中的对比度和分辨率。
本发明的目的是这样实现的：
基于片光显微和共焦狭缝探测的谐波显微测量方法，将谐波信号的探测方向垂直于样品照明方向，从而实现谐波显微中的片光测量。将sCMOS作为探测器并采用滚动快门工作模式实现共焦狭缝探测。飞秒激光脉冲经扫描振镜反射后进入转接光学系统进行球差补偿，接着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聚焦光斑。样品激发出的谐波信号，被垂直于照明方向的探测物镜收集后经过窄带滤光片滤除杂散光，被工作在滚动快门模式的sCMOS接收探测。扫描过程与滚动快门对接同步，通过算法合成不同位置像素的谐波图像。所述的基于片光显微和共焦狭缝探测的谐波显微测量方法其特征在于将片光显微以及狭缝共焦探测与谐波显微成像技术有机结合。
上述的基于片光显微和共焦狭缝探测的谐波显微测量方法，其特征在于将谐波信号的探测方向垂直于样品照明方向，从而实现谐波显微中的片光测量。
上述的基于片光显微和共焦狭缝探测的谐波显微测量方法，其特征在于将sCMOS作为探测器并采用滚动快门工作模式实现共焦狭缝探测。
由于在本发明的谐波显微成像方法中，将谐波信号的探测方向垂直于样品照明方向，从而实现谐波显微中的片光测量，将传统的逐点扫描的方式变为了线扫描，增加了谐波显微成像的速率。将sCMOS作为探测器并采用滚动快门工作模式实现共焦狭缝探测，抑制了背景噪声，增强了谐波显微成像的对比度和分辨率。
附图说明
图1是基于片光显微和共焦狭缝探测的谐波显微测量方法示意图。
图2是sCMOS探测器滚动快门工作模式示意图
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。
本实施例的基于片光显微和共焦狭缝探测的谐波显微测量方法示意图如图1所示。将谐波信号的探测方向垂直于样品照明方向，从而实现谐波显微中的片光测量。将sCMOS作为探测器并采用滚动快门工作模式实现共焦狭缝探测。飞秒激光脉冲经扫描振镜反射后进入转接光学系统进行球差补偿，接着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聚焦光斑。样品激发出的谐波信号，被垂直于照明方向的探测物镜收集后经过窄带滤光片滤除杂散光，被工作在滚动快门模式的sCMOS接收探测。扫描过程与滚动快门对接同步，通过算法合成不同位置像素的谐波图像。
本实施例的sCMOS探测器滚动快门工作模式如图2所示。每次读取有效区域顶端一行像素的数据同时，激活有效区域底端一行像素开始曝光。滚动快门依次读取和激活，固定大小的有效像素区域从传感器顶部至底部移动，移动速率与扫描振镜速率协同配合，实现共焦狭缝探测。
Claims (1)
1.基于片光显微和共焦狭缝探测的谐波显微测量方法，飞秒激光脉冲经扫描振镜反射后进入转接光学系统进行球差补偿，接着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聚焦光斑，样品激发出的谐波信号，被垂直于照明方向的探测物镜收集后经过窄带滤光片滤除杂散光，被工作在滚动快门模式的sCMOS接收探测，扫描过程与滚动快门对接同步，通过算法合成不同位置像素的谐波图像，其特征在于sCMOS探测器滚动快门工作模式为每次读取有效区域顶端一行像素的数据同时，激活有效区域底端一行像素开始曝光，滚动快门依次读取和激活，固定大小的有效像素区域从传感器顶部至底部移动，移动速率与扫描振镜速率协同配合，实现共焦狭缝探测。
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