CN110082897B - 一种高速成像装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高速成像装置和方法，包括光源系统(1)、聚焦系统(2)、载物系统(3)、成像系统(4)、引导光系统(5)、跟踪伺服系统(6)和聚焦伺服系统(7)；光源系统(1)产生的成像光(100)经聚焦系统(2)聚焦到载物系统(3)的样品层(3‑4)，经反射后再经聚焦系统(2)进入成像系统(4)，样品层(3‑4)随载物系统(3)转动进行快速成像。本发明利用样品层随载物系统的转动进行快速成像，而且可以结合超分辨成像技术，通过聚焦伺服系统(7)和跟踪伺服系统(6)精准地实现超分辨高速成像，操作简单，灵活方便，成像速度快，信噪比高，能够解决超分辨显微成像速度慢的问题。

Description

一种高速成像装置和方法
技术领域
本发明涉及高速成像的技术领域，特别是涉及一种基于高速转动的载物系统进行高速成像的装置与方法。
背景技术
1873年，德国物理学家恩斯特.阿贝(Ernst Abbe)提出，光学显微镜受限于光的衍射效应和光学系统的有限孔径，存在分辨极限，其数值大约为入射光波长的一半。可以想到，既然波长决定了分辨率的极限，那用更小的波长不就好了，但是波长越短能量越强，会对被观察物体产生损伤，尤其是活细胞，这肯定是不可行的。于是电子显微镜和原子粒显微镜应运而生，但是，凡事有利必有弊，电子显微镜的样本必须在真空环境中才能被观察，所以活细胞之类的都是不可以的，应用局限性太大；虽然原子粒显微镜不需要在真空环境下观察，但缺点是成像范围太小，速度慢，受探头影响太大。
相对原子粒的近场成像，另外一个就是远场成像，我们所说的光学显微镜的超分辨成像技术就是指远场成像，2014年诺贝尔化学奖就授予了在远场超分辨成像技术取得突破的科学家。目前实现超分辨成像的方法有受激发射损耗(STED)、光激活定位显微(PALM)或随机光学重构(STORM)等。在受激发射损耗(STED)中，通过添加一路激光，让这路激光和原先的激光爱里斑重叠，但是新添加的激光光斑会有效抑制爱里斑边缘区域的激发态荧光分子发光，从而大大减小点扩展函数的半高全宽，以此实现超分辨。
但超分辨荧光显微成像技术有一个非常大的缺点，就是使用纳米位移平台时成像速度慢，对系统的信噪比会造成一定影响，不利于信号读取，这必然导致在很多方面会有一定的局限性；扫描振镜的使用虽然可在一定程度上提升扫描速度，但最高频率也就是几十赫兹，仍然算不上高速成像。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高速成像装置和方法，用于解决现有技术中因成像速度较慢所带来的一些的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种高速成像装置，包括：光源系统(1)、聚焦系统(2)、载物系统(3)、成像系统(4)、引导光系统(5)、跟踪伺服系统(6)和聚焦伺服系统(7)；所述聚焦系统(2)包括物镜(2-4)，所述载物系统(3)包括第一盖玻片(3-1)、第二盖玻片(3-2)和引导层(3-3)，样品层(3-4)位于第一盖玻片(3-1)与第二盖玻片(3-2)之间，所述样品层(3-4)随载物系统(3)转动；光源系统(1)产生的成像光(100)进入聚焦系统(2)，由物镜(2-4)聚焦到样品层(3-4)，经样品反射后的第一反射成像光(101)进入成像系统(4)进行高速成像。
所述光源系统(1)产生的成像光束(100)为超分辨激光光束。
所述光源系统(1)为受激发射损耗(STED)系统、光激活定位显微(PALM)系统或随机光学重构(STORM)系统，用于产生成像光束(100)，即所述超分辨激光光束由受激发射损耗(STED)系统、光激活定位显微(PALM)系统或随机光学重构(STORM)系统产生。
所述聚焦系统(2)还可以包括二相色透镜。
所述聚焦系统(2)用于将所述成像光束(100)聚焦至样品层(3-4)，将所述引导光束(300)聚焦至所述引导层(3-3)。
所述样品层(3-4)即成像层。
所述第二盖玻片(3-2)上有样品层沟槽。
所述第一盖玻片(3-1)、第二盖玻片(3-2)为环形、椭圆形、方形、三角形，优选地为环形。
所述环形的第二盖玻片(3-2)上有螺旋状的样品层沟槽。
所述样品层沟槽用于放置待测样品。
所述样品层沟槽的宽度为3微米—10毫米，优选地，为100微米—1毫米。
所述环形的第一盖玻片(3-1)、第二盖玻片(3-2)的直径大小为60mm—200mm，优选地为120mm或80mm，更优选地为80mm。
所述引导层(3-3)形状为环形、椭圆形、方形或三角形，优选地为环形。
所述引导层(3-3)上有沟槽结构。
所述环形的引导层(3-3)上有螺旋状的沟槽结构。
所述引导层沟槽宽度为30-300nm，优选地，为120-200nm，更优选地为160nm。
所述引导层沟槽用于引导物镜(3-4)在半径方向上的精确移动。
所述载物系统(3)的转动由驱动电机控制。
所述载物系统(3)转动速度为平均300转每分钟—3000转每分钟，优选地，为1000转每分钟。
所述引导光系统(5)包括第三激光光源(5-1)、第二偏振分束器(5-3)。
所述引导光系统(5)还可以包括可移动透镜(5-4)。
所述可移动透镜(5-4)用于引导光在光轴方向移动来确保引导光束(300)始终聚焦到引导层(3-3)。
所述跟踪伺服系统(6)包括第七聚焦透镜(6-1)、第二光电二极管(6-2)和跟踪伺服组件(6-3)。
所述聚焦伺服系统(7)包括聚第六焦透镜(7-1)、第一光电二极管(7-2)和聚焦伺服组件(7-3)。
所述成像系统(4)包括CCD(4-2)。
所述跟踪伺服系统(6)用于根据引导层(3-3)产生的跟踪误差信号控制所述物镜(2-4)在半径方向上的移动。
所述跟踪误差信号为反射引导光(301)在载物系统转动时与未转动时反射引导光(301)之间的误差。
所述聚焦伺服系统(7)用于根据被检测样品聚焦误差信号控制所述物镜(2-4)在光轴方向上的移动，保证了成像光(100)始终聚焦在样品层(3-4)。
所述聚焦误差信号为第二反射成像光(102)在载物系统转动时与未转动时第二反射成像光(102)之间的误差。
为了具有较高的信噪比，所述成像光(100)和所述引导光(300)的中心必须重合。
所述第一反射光(101)为激发的样品荧光。
所述成像系统(4)将所述样品层(3-4)上的样品成像于CCD上。
所述受激发射损耗(STED)系统包括激光生成组件、抑制光生成组件和合并组件。
所述激光生长组件用于生成第一线偏振光。
所述抑制生成组件用于生成中心光强为零的空心涡旋偏振光。
所述合并组件用于将所述第一线偏振光和所述空心涡旋偏振光合并为中心重合的成像光束(100)。
所述激光生成组件包括第一激光光源(1-1)和第一二分之一波片(1-4)。
所述第一激光光源(1-1)用于生成高斯光束。
所述二分之一波片(1-4)将高斯光变换为第一线偏振光。
所述抑制光生成组件包括第二激光光源(1-6)、第二二分之一波片(1-9)、涡旋相位板(1-10)和锥棱镜(1-11)。
所述第二激光光源(1-6)用于生成抑制光。
所述第二二分之一波片(1-9)用于将所述抑制光变换为第二线偏振光。
所述涡旋相位板(1-10)将抑制光变换为中心光强为零的空心涡旋偏振光。
所述锥棱镜(1-11)用于产生贝塞尔光束。
所述合并组件包括第一二相色透镜(1-13)和第一偏振分束器(1-14)。
所述第一二相色透镜(1-13)用于将所述第一线偏振光和所述空心涡旋偏振光合并为中心重合的成像光束(100)。
所述第一偏振分束器(1-14)只允许和成像光束入射面平行的偏振分量通过。
在利用所述受激发射损耗(STED)系统作为光源系统进行高速成像时，一束受衍射极限约束的高斯形激发光聚焦在载物系统(3)的样品层(3-4)上用来激发荧光，另外一束中心光强为零的涡旋圆形抑制光通过受激辐射来抑制荧光的发生，且这两束光的中心相互重合。此时，荧光只能发生在聚焦光斑的中心而边缘处被抑制，从而减小了有效发射荧光的尺寸，达到超分辨成像的目的；同时，载物系统(3)的转速相对于纳米位移台和扫描振镜(毫秒量级)来讲都是比较快的，所以成像速度较快，可达纳秒量级；综合上述两点即可达到超分辨高速成像。
本发明还提供一种高速成像方法：光源系统(1)产生的成像光束，经聚焦系统(2)聚焦到样品层(3-4)，经样品反射后再经聚焦系统(2)进入成像系统(4)，样品层(3-4)随载物系统(3)转动进行快速成像。
所述方法中，成像光束(100)为超分辨激光光束。
所述方法中，所述载物系统(3)的转动速度为平均300转每分钟(转每分钟)—3000转每分钟，优选地，为1000转每分钟。
所述方法中，聚焦系统(2)中物镜(2-4)的调节由聚焦伺服系统(7)与跟踪伺服系统(6)实现。
所述方法中，引导光系统(5)产生引导光束(300)。
所述方法中，引导层(3-3)用来引导物镜(2-4)在半径方向上的精确移动。
所述方法中，物镜(2-4)半径方向上的调节由跟踪伺服系统(6)根据反射引导光(301)之间的误差进行移动。
所述反射引导光(301)之间的误差为载物系统(3)转动时与未转动时反射引导光(301)之间的差别。
所述方法中，物镜(2-4)轴向方向上的调节由聚焦伺服系统(7)根据由物镜(2-4)反射的第二反射成像光(102)之间的误差进行移动。
所述由物镜反射的第二反射成像光(102)之间的误差为载物系统(3)转动时与未转动时的第二反射成像光(102)之间的差别。
所述方法中，经样品反射后进入成像系统(4)进行成像的光(101)为激发的样品荧光。
所述方法中，参考图2a，光源系统(1)产生成像光(100)，经聚焦系统(2)由物镜(2-4)聚焦到载物系统(3)的样品层(3-4)，由样品反射的第一成像光(101)进入成像系统(4)进行成像，由样品反射的第二成像光(102)经聚焦系统(2)进入聚焦伺服系统(7)，聚焦伺服系统(7)根据被检测样品聚焦误差信号控制物镜(2-4)在光轴方向上的移动，保证了成像光(100)始终聚焦在样品层(3-4)，样品层(3-4)上的样品随载物系统(3)高速转动实现快速成像。参考图2b，由引导光系统(5)产生引导光束(300)，经聚焦系统(2)的物镜(2-4)聚焦到载物系统(3)的引导层(3-3)，经引导层(3-3)反射的反射光(301)经聚焦系统(2)透射与引导光系统(5)反射后进入跟踪伺服系统(6)，跟踪伺服系统(6)根据引导层(3-3)产生的跟踪误差信号控制所述物镜(2-4)在半径方向上的移动，聚焦伺服系统(7)和跟踪伺服系统(6)实现物镜(2-4)的高精度调节。
如上所述，本发明的高速成像装置和高速成像方法，具有以下有益效果：
(1)样品层(3-4)随载物系统(3)高速转动，能够实现快速成像，成像速度可到纳秒量级；
(2)超分辨技术结合载物的伺服系统，通过引导层(3-3)上的沟槽结构来引导物镜(2-4)在半径方向上的移动，通过样品层(3-4)上产生的聚焦误差信号来控制物镜(2-4)在光轴方向上的移动，通过聚焦伺服系统(6)和跟踪伺服系统(7)精准地实现超分辨高速成像；
(3)利用两个大小一样的盖玻片将被检测样品夹在中间，保证了成像的连续性和准确性；
(4)操作简单，灵活方便，成像速度快，信噪比高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1：本发明的简易结构示意图。
图2a：本发明的成像光光路图：100：成像光；101第一反射成像光；102：第二反射成像光。
图2b：本发明的引导光光路图：300：引导光；301：反射引导光。
图3a：载物系统结构示意图。
图3b：载物系统中环形的第二盖玻片结构示意图。
图4：本发明实施例2的系统结构示意图。
图5：本发明实施例3的系统结构示意图。
1-1 第一激光光源
1-2 第一聚焦透镜
1-3 第二聚焦透镜
1-4 第一二分之一波片
1-5 反光镜
1-6 第二激光光源
1-7 第三聚焦透镜
1-8 第四聚焦透镜
1-9 第二二分之一波片
1-10 涡旋相位板
1-11 锥棱镜
1-12 第五聚焦透镜
1-13 第一二相色透镜
1-14 第一偏振分束器
1-15 第四激光光源
1-16 第五激光光源
1-17 第四二相色透镜
2-1 第二二相色透镜
2-2 第三二相色透镜
2-3 四分之一波片
2-4 物镜
3-1 第一盖玻片
3-2 第二盖玻片
3-3 引导层
3-4 样品层(成像层)
4-1 第八聚焦透镜
4-2 CCD
4-3 滤波片
4-4 管透镜
5-1 第三激光光源
5-2 第三二分之一波片
5-3 第二偏振分束器
5-4 可移动透镜
6-1 第七聚焦透镜
6-2 第二光电二极管
6-3 跟踪伺服组件
7-1 第六聚焦透镜
7-2 第一光电二极管
7-3 聚焦伺服组件
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1：
参见图3a、3b，本发明所述的载物系统结构图，具体的，如3a所示，载物系统3包括引导层3-3、第一盖玻片3-1和第二盖玻片3-2；第二盖玻片上有样品层沟槽，用于放置待测样品，样品填充进入样品层沟槽后用第一盖玻片3-1封盖住；引导层3-3上有引导层沟槽，用于引导物镜在半径方向上的精确移动。如图3b所示为环形的第二盖玻片3-2上样品层沟槽的结构示意图。
实施例2：
请参照图4，图4为本发明实施例2的系统结构示意图。本实施例的光源系统1为受激发射损耗(STED)系统，具体地，光源系统1包括由激光发生组件、抑制光生成组件、合并组件组成的受激发射损耗(STED)系统，具体地：激光发生组件包括第一激光光源1-1、第一聚焦透镜1-2、第二聚焦透镜1-3、第一二分之一波片1-4和反光镜1-5；所述第一激光光源1-1生成高斯激发光，所述第一聚焦透镜1-2和第二聚焦透镜1-3进行激光扩束，所述第一二分之一波片1-4将所述高斯光处理为第一线偏振光，而后通过反光镜1-5改变光束的传播方向。抑制光生成组件包括第二激光光源1-6、第三聚焦透镜1-7、第四聚焦透镜1-8、第二二分之一波片1-9、涡旋相位板1-10、锥棱镜1-11、第五聚焦透镜1-12；所述第二激光光源1-6生成抑制光，所述第三聚焦透镜1-7和第四聚焦透镜1-8进行激光扩束，所述第二二分之一波片1-9将所述抑制光变换为第二线偏振光，所述涡旋相位板1-10将抑制光变换为中心光强为零的空心涡旋偏振光，所述锥棱镜1-11产生贝塞尔光束，所述第五聚焦透镜1-12对贝塞尔光束进行准直。合并组件包括第一二相色透镜1-13和第一偏振分束器1-14；第一二相色透镜1-13将所述第一线偏振光和所述空心涡旋偏振光合并为中心重合的成像光束100，第一偏振分束器1-14只允许和成像光束100入射面平行的偏振分量通过。
聚焦系统2包括第二二相色透镜2-1、第三二相色透镜2-2、1/4波片2-3和物镜2-4；所述第二二相色透镜2-1用于将成像光束反射并将引导光束300透射；第三二相色透镜2-2透射成像光束100和引导光束300、反射第一反射成像光束101；所述1/4波片2-3把成像光束100和引导光束300变为圆偏振光；所述物镜2-4用于将处理后的成像光束100聚焦至所述样品层3-4，将处理后的引导光束300聚焦至所述引导层。
载物系统3包括第一盖玻片3-1、第二盖玻片3-2和引导层3-3，两个盖玻片之间为样品层3-4，即成像层。第一盖玻片、第二盖玻片和引导层都为环形，第二盖玻片上有螺旋状样品层沟槽，引导层上有螺旋形的引导层沟槽。
成像系统4包括第八聚焦透镜4-1和CCD4-2；所述第八聚焦透镜4-1将所述样品层的物体成像于CCD4-2上，CCD4-2对被检测物体成像。
引导光系统5包括第三激光光源5-1、第三二分之一波片5-2、第二偏振分束器5-3和可移动透镜5-4；所述第三激光光源5-1生成引导光，所述第三二分之一波片5-2把所述引导光变为线偏振光，所述第二偏振分束器5-3只允许与入射面平行的偏振分量通过，所述可移动透镜5-4用于在光轴方向移动来确保引导光束始终聚焦到引导层。
跟踪伺服系统6包括第七聚焦透镜6-1、第二光电二极管6-2和跟踪伺服组件6-3；所述第七聚焦透镜用于将跟踪误差光聚焦至所述第二光电二极管；所述第二光电二极管用于将所述聚焦后的跟踪误差光信号转换为跟踪误差电信号；所述跟踪伺服组件6-3用于根据所述跟踪误差电信号控制所述物镜2-4在半径方向上的移动。
聚焦伺服系统7包括第六聚焦透镜7-1、第一光电二极管7-2和聚焦伺服组件7-3；所述第六聚焦透镜7-1用于将聚焦误差光聚焦至所述第一光电二极管7-2，所述第一光电二极管7-2用于将所述聚焦后的聚焦误差光信号转换为聚焦误差电信号；所述聚焦伺服组件7-3用于根据所述聚焦误差电信号控制所述物镜2-4在光轴方向上的移动。
第一二相色透镜1-13对第一激光光源1-1生成高斯激发光反射，对第二激光光源1-1生成的抑制光透射；第二二相色透镜2-1对成像光束100反射并对引导光束300透射；第三二相色透镜2-2透射成像光束100和引导光束300、反射第一反射成像光束101；所述的所有二相色透镜为镀膜的熔融石英、K9玻璃或CaF2玻璃，反射率≥95％，透过率≥95％。引导层沟槽宽度为160nm；样品层沟槽宽度为1mm；环形盖玻片的直径大小80mm。载物系统的转动速度1000转每分钟时，成像速度可达ns量级。
实施例3：
请参照图5，图5为本发明实施例3的系统结构示意图。本发明实施例的装置包括光源系统1、聚焦系统2、载物系统3、成像系统4、引导光系统5、跟踪伺服系统6和聚焦伺服系统7。
具体地，光源系统1包括第四激光光源1-15、第五激光光源1-16、第一聚焦透镜1-2、第二聚焦透镜1-3、第三聚焦透镜1-7、第四聚焦透镜1-8和第四二相色透镜1-17。
聚焦系统2包括第二二相色透镜2-1、第三二相色透镜2-2、1/4波片2-3和物镜2-4；所述第二二相色透镜2-1用于将成像光束反射并将引导光束300透射；第三二相色透镜2-2透射成像光束和引导光束并反射激发的样品荧光信号；所述1/4波片2-3把成像光束100和引导光束300变为圆偏振光；所述物镜2-4用于将处理后的成像光束100聚焦至所述样品层，将处理后的引导光束300聚焦至所述引导层。
载物系统3包括环形的第一盖玻片3-1、第二盖玻片3-2和引导层3-3，两个环形盖玻片之间为样品层3-4，即成像层。第二盖玻片3-2上有螺旋状的沟槽结构，用来填充样品，将样品填充进去以后将第一盖玻片3-1中心对齐封盖住。
成像系统4包括CCD4-1、滤镜4-3和管透镜4-4。
引导光系统5包括第三激光光源5-1、第三二分之一波片5-2、第二偏振分束器5-3和可移动透镜5-4；所述第三激光光源5-1生成引导光，所述第三二分之一波片5-2把所述引导光变为线偏振光，所述第二偏振分束器5-3只允许与入射面平行的偏振分量通过，所述可移动透镜5-4用于在光轴方向移动来确保引导光束始终聚焦到引导层。
跟踪伺服系统6包括第七聚焦透镜6-1、第二光电二极管6-2和跟踪伺服组件6-3；所述第七聚焦透镜用于将跟踪误差光聚焦至所述第二光电二极管；所述第二光电二极管用于将所述聚焦后的跟踪误差光信号转换为跟踪误差电信号；所述跟踪伺服组件6-3用于根据所述跟踪误差电信号控制所述物镜在半径方向上的移动。
聚焦伺服系统7包括第六聚焦透镜7-1、第一光电二极管7-2和聚焦伺服组件7-3；所述第六聚焦透镜7-1用于将聚焦误差光聚焦至所述第一光电二极管7-2，所述第一光电二极管7-2用于将所述聚焦后的聚焦误差光信号转换为聚焦误差电信号；所述聚焦伺服组件7-3用于根据所述聚焦误差电信号控制所述物镜在光轴方向上的移动。
本实施例与实施例2的不同之处在于：实施例2的光源系统1为受激发射损耗(STED)系统，实施例2的光源系统为光激活定位显微(PALM)系统，具体地，本实施例光源系统1包括第四激光光源1-15、第五激光光源1-16、第一聚焦透镜1-2、第二聚焦透镜1-3、第三聚焦透镜1-7、第四聚焦透镜1-8和第四二相色透镜1-17。另外，本实施例的成像系统4包括CCD4-1、滤镜4-3和管透镜4-4。
所述第四激光光源1-15为Ar+离子激光器，用于读出，第五激光光源1-16为405nm二极管激光器，用于激活。405nm激活激光经扩术后被第四二相色透镜1-17反射，使其与Ar+读出激光共线，然后经聚焦系统2的物镜2-4聚焦到载物系统3的样品层3-4，反射由物镜收集的荧光，通过第三二相色透镜2-2反射至成像系统4，经滤镜4-3后由管透镜4-4聚焦到CCD4-1上成像。
第四二相色透镜1-17对第五激光光源1-16生成的激光光束反射，对第六激光光源1-15生成激光光束透射；第四二相色透镜为镀膜的熔融石英、K9玻璃或CaF2玻璃，反射率≥95％，透过率≥95％。引导层沟槽宽度为120nm；样品层沟槽宽度为300微米；环形盖玻片的直径大小120mm。载物系统的转动速度800转每分钟时，成像速度可达ns量级。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (12)

1.一种高速成像装置，其特征在于，包括：光源系统(1)、聚焦系统(2)、载物系统(3)、成像系统(4)、引导光系统(5)、跟踪伺服系统(6)和聚焦伺服系统(7)；所述聚焦系统(2)包括物镜(2-4)，所述载物系统(3)包括第一盖玻片(3-1)、第二盖玻片(3-2)和引导层(3-3)，样品层(3-4)位于第一盖玻片(3-1)与第二盖玻片(3-2)之间，所述样品层(3-4)随载物系统(3)转动；所述光源系统(1)产生成像光束(100)；所述聚焦系统(2)将所述成像光束(100)聚焦至样品层(3-4)，将所述引导光束(300)聚焦至所述引导层(3-3)；所述跟踪伺服系统(6)用于根据引导层(3-3)产生的跟踪误差信号控制所述物镜(2-4)在半径方向上的移动，所述跟踪误差信号为反射引导光(301)在载物系统转动时与未转动时反射引导光(301)之间的误差；所述聚焦伺服系统(7)用于根据被检测样品聚焦误差信号控制所述物镜(2-4)在光轴方向上的移动，保证了成像光(100)始终聚焦在样品层(3-4)，所述聚焦误差信号为第二反射成像光(102)在载物系统转动时与未转动时第二反射成像光(102)之间的误差；光源系统(1)产生成像光(100)，经聚焦系统(2)由物镜(2-4)聚焦到载物系统(3)的样品层(3-4)，由样品反射的第一成像光(101)进入成像系统(4)进行成像；由样品反射的第二成像光(102)经聚焦系统(2)进入聚焦伺服系统(7)，聚焦伺服系统(7)根据被检测样品聚焦误差信号控制物镜(2-4)在光轴方向上的移动，保证了成像光(100)始终聚焦在样品层(3-4)，样品层(3-4)上的样品随载物系统(3)高速转动实现快速成像；由引导光系统(5)产生引导光束(300)，经聚焦系统(2)的物镜(2-4)聚焦到载物系统(3)的引导层(3-3)，经引导层(3-3)反射的反射光(301)经聚焦系统(2)透射与引导光系统(5)反射后进入跟踪伺服系统(6)，跟踪伺服系统(6)根据引导层(3-3)产生的跟踪误差信号控制所述物镜(2-4)在半径方向上的移动，聚焦伺服系统(7)和跟踪伺服系统(6)实现物镜(2-4)的高精度调节。
2.如权利要求1所述的高速成像装置，其特征在于，所述成像光(100)为超分辨激光光束。
3.如权利要求2所述的高速成像装置，其特征在于，所述超分辨激光光束由受激发射损耗(STED)系统、光激活定位显微(PALM)系统或随机光学重构(STORM)系统产生。
4.如权利要求1所述的高速成像装置，其特征在于，所述第一盖玻片(3-1)、第二盖玻片(3-2)为环形，所述环形的第二盖玻片(3-2)上有螺旋状的样品层沟槽。
5.如权利要求1所述的高速成像装置，其特征在于，所述引导层(3-3)上有沟槽结构，所述引导层沟槽宽度为30-300nm。
6.如权利要求1所述的高速成像装置，其特征在于，所述引导光系统(5)包括第三激光光源(5-1)、第二偏振分束器(5-3)。
7.如权利要求1所述的高速成像装置，其特征在于，所述跟踪伺服系统(6)包括第七聚焦透镜(6-1)、第二光电二极管(6-2)和跟踪伺服组件(6-3)。
8.如权利要求1所述的高速成像装置，其特征在于，所述聚焦伺服系统(7)包括第六聚焦透镜(7-1)、第一光电二极管(7-2)和聚焦伺服组件(7-3)。
9.一种高速成像方法，其特征在于，成像光束(100)经聚焦系统(2)聚焦到样品层(3-4)，经样品反射后再经聚焦系统(2)进入成像系统(4)，样品层(3-4)随载物系统(3)转动进行高速成像；所述聚焦系统(2)中物镜(2-4)的调节由聚焦伺服系统(7)与跟踪伺服系统(6)实现；所述物镜(2-4)半径方向上的调节由跟踪伺服系统(6)根据反射引导光(301)之间的误差进行移动；所述反射引导光(301)之间的误差为载物系统(3)转动时与未转动时反射引导光(301)之间的差别；所述聚焦系统(2)的物镜(2-4)轴向方向上的调节由聚焦伺服系统(7)根据由物镜(2-4)反射的第二反射成像光(102)之间的误差进行移动，所述由物镜(2-4)反射的第二反射成像光(102)之间的误差为载物系统(3)转动时与未转动时的第二反射成像光(102)之间的差别。
10.如权利要求9所述的高速成像方法，其特征在于，所述成像光束(100)为超分辨激光光束。
11.如权利要求9所述的高速成像方法，其特征在于，所述载物系统(3)转动的平均速度为300转每分钟至3000转每分钟。
12.如权利要求9所述的高速成像方法，其特征在于，所述经样品反射后用于成像的光为激发的样品荧光。
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