CN113670870A - 一种基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统及方法，包括：用于产生高斯光束的高斯光束产生模块；用于接收高斯光束，将高斯光束转换为焦深范围大于高斯光束瑞利距离的类无衍射贝塞尔光片，并将类无衍射贝塞尔光片投射至样品面上，激发样品产生荧光信号的类无衍射贝塞尔光片产生模块；用于采集荧光信号，得到样品的图像信息的探测器。本发明通过类无衍射贝塞尔光片产生模块将高斯光束转换为焦深范围大于高斯光束瑞利距离的类无衍射贝塞尔光片，通过类无衍射贝塞尔光片激发样品产生荧光信号，可以减少照明光片的厚度，扩大照明光片的焦深，消除贝塞尔光束的旁瓣，减少背景噪声，实现成像视场和分辨率的同时提升。

Description

一种基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统及方法

技术领域

本发明属于荧光显微成像技术领域，尤其涉及的是一种基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统及方法。

背景技术

光片荧光显微术是一种新型的三维荧光显微成像技术，它采用激发光路与探测光路垂直的特殊设计，使用光束薄片从样品侧面进行激发，并通过显微物镜与探测器在垂直于光片的方向上获取照明层面的荧光图像，从而实现厚样品的三维层析成像。与传统荧光显微成像技术相比，光片荧光显微成像采用面照明取代了传统的点扫描成像方式，光片只激发焦面附近很薄的一层，具有更高的成像速率、信噪比以及更低的光漂白、光毒性等优点，适用于对较大活体生物样品的高质量、长时间三维动态观测。目前，光片显微成像已被广泛应用于细胞生物学、发育生物学和神经生物学等科学的研究。

分辨率和视场是光片显微成像系统的两个重要成像指标，现有的光片显微成像系统为了提高光片显微的视场，通常在照明光片中应用贝塞尔光束、艾里光束等无衍射光束，通过扫描产生虚拟光片，但无衍射光束具有旁瓣，会激发非焦面荧光，产生背景噪声，在提高光片显微的视场的同时会降低分辨率。

因此，现有技术有待于进一步的改进。

发明内容

鉴于上述现有技术中的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统及方法，克服现有光片显微成像系统无法同时提高光片显微的视场和分辨率的缺陷。

本发明所公开的第一实施例为一种基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统，其中，包括：

高斯光束产生模块，用于产生高斯光束；

类无衍射贝塞尔光片产生模块，用于接收所述高斯光束，将所述高斯光束转换为焦深范围大于高斯光束瑞利距离的类无衍射贝塞尔光片，并将所述类无衍射贝塞尔光片投射至样品面上，激发样品产生荧光信号；

探测器，用于采集所述荧光信号，得到所述样品的图像信息。

所述的基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统，其中，所述高斯光束产生模块包括激光器、扩束准直单元、第一反射镜、以及分束镜；

所述激光器用于产生激光光束；

所述扩束准直单元用于接收所述激光光束，并对所述激光光束进行扩束准直；

所述第一反射镜用于接收扩束准直后的激光光束，并将所述激光光束反射至所述分束镜；

所述分束镜用于对所述第一反射镜反射的激光光束进行分束，将所述激光光束分束成第一高斯光束和第二高斯光束；其中，所述第一高斯光束的传播方向与水平方向垂直，所述第二高斯光束的传播方向与水平方向平行。

所述的基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统，其中，所述类无衍射贝塞尔光片产生模块包括沿所述第一高斯光束的传播方向依次设置的第一多缝光学掩模版、第一柱透镜以及第一物镜；

所述第一多缝光学掩模版、所述第一柱透镜以及所述第一物镜用于接收所述第一高斯光束，将所述第一高斯光束转换为焦深范围大于高斯光束瑞利距离的类无衍射贝塞尔光片，并将所述类无衍射贝塞尔光片投射至样品面上，激发样品产生荧光信号。

所述的基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统，其中，所述第一多缝光学掩模版与所述第一柱透镜的前焦面重合，所述第一柱透镜的后焦面与所述第一物镜的前焦面重合。

所述的基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统，其中，所述大视场光片显微成像系统还包括：光反射模块；

所述光反射模块用于接收所述第二高斯光束，并将所述第二高斯光束转换为与所述第一高斯光束强度相等且传播方向相反的第三高斯光束。

所述的基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统，其中，所述类无衍射贝塞尔光片产生模块还包括沿所述第三高斯光束的传播方向依次设置的第二多缝光学掩模版、第二柱透镜以及第二物镜；

所述第二多缝光学掩模版、所述第二柱透镜以及所述第二物镜用于接收所述第三高斯光束，将所述第三高斯光束转换为焦深范围大于高斯光束瑞利距离的类无衍射贝塞尔光片，并将所述类无衍射贝塞尔光片投射至样品面上，激发样品产生荧光信号。

所述的基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统，其中，所述第二多缝光学掩模版与所述第二柱透镜的前焦面重合，所述第二柱透镜的后焦面与所述第二物镜的前焦面重合。

所述的基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统，其中，所述第一多缝光学掩模版和所述第二多缝光学掩模版均包括玻璃层和设置于所述玻璃层上的金属层，所述玻璃层上未设置所述金属层的区域形成若干狭缝对，每个狭缝对均包括第一狭缝和第二狭缝，每个狭缝对中第一狭缝的宽度和第二狭缝的宽度满足关系式：H1＝2H2，每个狭缝对中第一狭缝的中心到玻璃层中心的距离与第二狭缝的中心到玻璃层中心的距离满足关系式：R2＝2R1，其中，H1为第一狭缝的宽度，H2为第二狭缝的宽度，R1为第一狭缝的中心到玻璃层中心的距离，R2为第二狭缝的中心到玻璃层中心的距离。

所述的基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统，其中，所述大视场光片显微成像系统还包括：样品池、控制终端以及四维电动位移台，所述样品池用于放置样品，所述控制终端分别与所述探测器和所述四维电动位移台连接，所述四维电动位移台分别与所述样品池和所述控制终端连接。

本发明所公开的第二实施例为一种所述的基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统的大视场光片显微成像方法，其中，包括：

产生高斯光束；

将所述高斯光束转换为焦深范围大于高斯光束瑞利距离的类无衍射贝塞尔光片，并将所述类无衍射贝塞尔光片投射至样品面上，激发样品产生荧光信号；

采集所述荧光信号，得到所述样品的图像信息。

有益效果，本发明通过类无衍射贝塞尔光片产生模块将高斯光束转换为焦深范围大于高斯光束瑞利距离的类无衍射贝塞尔光片，通过类无衍射贝塞尔光片激发样品产生荧光信号，可以减少照明光片的厚度，扩大照明光片的焦深，消除贝塞尔光束的旁瓣，减少背景噪声，实现成像视场和分辨率的同时提升。

附图说明

图1是本发明实施例中提供的基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统为单通道照明和单通道探测时的结构示意图；

图2是本发明实施例中提供的基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统为双通道照明和单通道探测时的结构示意图；

图3是本发明实施例中提供的基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统为双通道照明和双通道探测时的结构示意图；

图4是本发明实施例中提供的基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统中第一多缝光学掩模版和第二多缝光学掩模版的结构示意图；

图5是普通狭缝系统产生的单通道照明高斯光片对均匀罗丹明荧光溶液成像结果图；

图6是本发明实施例中提供的类无衍射贝塞尔光片产生模块产生的单通道照明类无衍射贝塞尔光片对均匀罗丹明荧光溶液成像结果图；

图7是普通狭缝系统产生的双通道照明高斯光片对均匀罗丹明荧光溶液成像结果图；

图8是本发明实施例中提供的类无衍射贝塞尔光片产生模块产生的双通道照明类无衍射贝塞尔光片对均匀罗丹明荧光溶液成像结果图；

图9是本发明实施例中利用第一多缝光学掩模版、第一柱透镜以及第一物镜产生的类无衍射贝塞尔光片对标记神经元的斑马鱼进行照明，得到的成像结果图；

图10是本发明实施例中利用双通道照明模式的基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统对标记神经元的斑马鱼进行照明，得到的成像结果图；

图11是本发明实施例中利用第二多缝光学掩模版、第二柱透镜以及第二物镜产生的类无衍射贝塞尔光片对标记神经元的斑马鱼进行照明，得到的成像结果图的结构示意图；

图12是本发明实施例中提供的基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像方法的实施例流程图。

附图中各标记：1、高斯光束产生模块；2、类无衍射贝塞尔光片产生模块；3、探测器；4、光反射模块；5、样品池；6、控制终端；7、四维电动位移台；8、第三物镜；9、管镜；10、滤光片；11、激光器；12、扩束准直单元；13、第一反射镜；14、分束镜；21、第一多缝光学掩模版；22、第一柱透镜；23、第一物镜；24、第二多缝光学掩模版；25、第二柱透镜；26、第二物镜；41、第二反射镜；42、第三反射镜；43、第四反射镜；121、第一透镜；122、第二透镜。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在实施方式和申请专利范围中，除非文中对于冠词有特别限定，否则“一”与“所述”可泛指单一个或复数个。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

光片荧光显微术是一种新型的三维荧光显微成像技术，与传统荧光显微成像技术相比，光片荧光显微成像采用面照明取代了传统的点扫描成像方式，光片只激发焦面附近很薄的一层，具有更高的成像速率、信噪比以及更低的光漂白、光毒性等优点，适用于对较大活体生物样品的高质量、长时间三维动态观测。目前，光片显微成像已被广泛应用于细胞生物学、发育生物学和神经生物学等科学的研究。

随着光片显微成像技术的发展，出现了更多与光片相关的问题与挑战。首先，光片显微成像系统是由高斯光束通过柱面镜聚焦方法产生的，能量利用率低，光片沿传播方向强度不均匀，样品的吸收和散射降低了传播方向光片的性能，引起图像暗线和伪影，也限制了成像视场。其次光片显微系统的分辨率和视场相互制约，更薄的光片意味着更高的分辨率，但视场会更小，这种分辨率和大视场的制约关系是高斯光片显微成像系统中一直以来都难以调和的矛盾。为了提高光片显微的视场，贝塞尔光束、艾里光束等无衍射光束被应用到光片照明中，通过扫描产生虚拟光片，但无衍射光束具有旁瓣，会激发非焦面荧光，产生背景噪声。

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统，如图1～图3所示，所述大视场光片显微成像系统包括：高斯光束产生模块1，用于产生高斯光束；类无衍射贝塞尔光片产生模块2，用于接收所述高斯光束，将所述高斯光束转换为焦深范围大于高斯光束瑞利距离的类无衍射贝塞尔光片，并将所述类无衍射贝塞尔光片投射至样品面上，激发样品产生荧光信号；探测器3，用于采集所述荧光信号，得到所述样品的图像信息。具体成像过程中，高斯光束产生模块1产生高斯光束，类无衍射贝塞尔光片产生模块2接收高斯光束产生模块1产生的高斯光束，将所述高斯光束转换为焦深范围大于高斯光束瑞利距离的类无衍射贝塞尔光片后，将所述类无衍射贝塞尔光片投射至样品面上，激发样品产生荧光信号，样品产生的荧光信号随后经探测器3采集，获得样品的图像信息。本实施例在成像过程中通过类无衍射贝塞尔光片产生模块2将高斯光束转换为焦深范围大于高斯光束瑞利距离的类无衍射贝塞尔光片，再通过类无衍射贝塞尔光片激发样品产生荧光信号，可以减少照明光片的厚度，扩大照明光片的焦深，消除贝塞尔光束的旁瓣，减少背景噪声，实现成像视场和分辨率的同时提升。

在一具体实施方式中，所述高斯光束产生模块1包括激光器11、扩束准直单元12、第一反射镜13以及分束镜14。所述激光器11用于产生激光光束；所述扩束准直单元12包括第一透镜121和第二透镜122，所述扩束准直单元12用于接收所述激光光束，并对所述激光光束进行扩束准直；所述第一反射镜13用于接收扩束准直后的激光光束，并将所述激光光束反射至所述分束镜14；所述分束镜14用于对所述第一反射镜13反射的激光光束进行分束，将所述激光光束分束成第一高斯光束和第二高斯光束，其中，所述第一高斯光束的传播方向与水平方向垂直，所述第二高斯光束的传播方向与水平方向平行。具体成像过程中，激光光源1产生特定波长的连续激光光束，经第一透镜121和第二透镜122扩束准直后投射至第一反射镜13，通过第一反射镜13将扩束准直后的激光光束反射至所述分束镜14，由分束镜14对扩束准直后的激光光束进行分束，将所述激光光束分束成传播方向与水平方向垂直的第一高斯光束和传播方向与水平方向平行的第二高斯光束。

在一具体实施例中，所述类无衍射贝塞尔光片产生模块2包括第一多缝光学掩模版21、第一柱透镜22以及第一物镜23，所述第一多缝光学掩模版21、所述第一柱透镜22以及所述第一物镜23沿所述第一高斯光束的传播方向依次设置，所述第一多缝光学掩模版21与所述第一柱透镜22的前焦面重合，所述第一柱透镜22的后焦面与所述第一物镜23的前焦面重合；所述第一多缝光学掩模版21、所述第一柱透镜22以及所述第一物镜23用于接收所述第一高斯光束，将所述第一高斯光束转换为焦深范围大于高斯光束瑞利距离的类无衍射贝塞尔光片，并将所述类无衍射贝塞尔光片投射至样品面上，激发样品产生荧光信号。具体成像过程中，分束镜14分束出的第一高斯光束依次经过所述第一多缝光学掩模版21、所述第一柱透镜22以及所述第一物镜23后，转换为焦深范围大于高斯光束瑞利距离的类无衍射贝塞尔光片，通过类无衍射贝塞尔光片激发样品产生荧光信号，减少照明光片的厚度，扩大照明光片的焦深，消除贝塞尔光束的旁瓣，减少背景噪声，实现成像视场和分辨率的同时提升。

考虑到由高斯光束通过柱面镜聚焦产生的光片能量利用率低，光片传播方向强度不均匀，容易引起图像暗线和伪影，限制成像视场，如图2所示，本实施例中所述大视场光片显微成像系统还包括：光反射模块4；所述光反射模块4用于接收所述第二高斯光束，并将所述第二高斯光束转换为与所述第一高斯光束强度相等且传播方向相反的第三高斯光束。在一具体实施方式中，所述光反射模块4包括第二反射镜41，第三反射镜42以及第四反射镜43，所述第二反射镜41接收到所述分束镜14分束出的第二高斯光束后，将所述第二高斯光束反射至所述第三反射镜42；所述第三反射镜42接收到所述第二反射镜41反射的第二高斯光束后，将所述第二高斯光束反射至所述第四反射镜43；所述第四反射镜43接收到所述第三反射镜42反射的第二高斯光束后，将所述第二高斯光束转换为与所述第一高斯光束强度相等且传播方向相反的第三高斯光束。

继续参照图2所示，在一具体实施方式中，所述类无衍射贝塞尔光片产生模块2还包括第二多缝光学掩模版24、第二柱透镜25以及第二物镜26，所述第二多缝光学掩模版24、所述第二柱透镜25以及所述第二物镜26沿所述第三高斯光束的传播方向依次设置，所述第二多缝光学掩模版24与所述第二柱透镜25的前焦面重合，所述第二柱透镜25的后焦面与所述第二物镜26的前焦面重合；所述第二多缝光学掩模版24、所述第二柱透镜25以及所述第二物镜26用于接收所述第三高斯光束，将所述第三高斯光束转换为焦深范围大于高斯光束瑞利距离的类无衍射贝塞尔光片，并将所述类无衍射贝塞尔光片聚焦到样品面上，激发样品产生荧光信号。具体成像过程中，所述第三高斯光束依次经过所述第二多缝光学掩模版24、所述第二柱透镜25以及所述第二物镜26后，转换为焦深范围大于高斯光束瑞利距离的类无衍射贝塞尔光片，通过第一多缝光学掩模版、第一柱透镜以及第一物镜产生的类无衍射贝塞尔光片和第二多缝光学掩模版、第二柱透镜以及第二物镜产生的类无衍射贝塞尔光片从相反方向同时照射样品，激发样品产生荧光信号，可以减少图像暗线和伪影，提升成像时的照明深度，扩大视场。。

在一具体实施方式中，所述第一多缝光学掩模版21和所述第二多缝光学掩模版24为经过特殊设计的多缝光学掩膜版，如图4所示，所述第一多缝光学掩模版21和所述第二多缝光学掩模版24均包括玻璃层和设置于所述玻璃层上的金属层，所述玻璃层上未设置所述金属层的区域形成若干狭缝对，每个狭缝对均包括第一狭缝和第二狭缝，每个狭缝对中第一狭缝的宽度和第二狭缝的宽度满足关系式：H1＝2H2，每个狭缝对中第一狭缝的中心到玻璃层中心的距离与第二狭缝的中心到玻璃层中心的距离满足关系式：R2＝2R1，其中，H1为第一狭缝的宽度，H2为第二狭缝的宽度，R1为第一狭缝的中心到玻璃层中心的距离，R2为第二狭缝的中心到玻璃层中心的距离。本实施例中通过切换不同设计参数的多缝光学掩模版可以改变产生的类无衍射贝塞尔光片的厚度和视场，满足不同样品对分辨率和视场的要求。

为了验证本实施例中经过特殊设计的所述第一多缝光学掩模版21和所述第二多缝光学掩模版24对光片视场的影响，发明人将本实施例提供的多缝光学掩模版和普通多缝光片掩模版的参数均调整为R1＝1.1mm，R2＝2.2mm，H1＝1.3mm，H2＝0.65mm，并利用均匀的罗丹明荧光溶液对由普通多缝光片掩模版组成的普通狭缝系统产生的单通道照明高斯光片和本实施例提供的多缝光学掩模版组成的类无衍射贝塞尔光片产生模块产生的单通道照明类无衍射贝塞尔光片的厚度与视场进行测量，得到如图5和图6所示的成像结果图，由图5和图6可以看出，本实施例提供的类无衍射贝塞尔光片产生模块产生的单通道照明类无衍射贝塞尔光片具有更大的视场，且成像效果更好。

在一具体实施方式中，所述大视场光片显微成像系统还包括：样品池5、控制终端6和四维电动位移台7，所述样品池5用于放置样品，所述控制终端6分别与所述探测器3和所述四维电动位移台7连接，所述四维电动位移台7分别与所述样品池5和所述控制终端6连接。具体成像过程中，所述控制终端6与所述四维电动位移台7通过数据线连接，通过所述控制终端6和所述四维电动位移台7可以控制样品在样品池5中的移动和旋转，从而获取样品不同深度和角度的信息，所述控制终端6与所述探测器3通过数据线连接，通过所述控制终端6可以控制探测器3的曝光时间、拍摄状态以及探测器3获得的样品图像的存储位置，所述探测器3也可以通过数据线将获得的样品图像传输至所述控制终端6。

在一具体实施方式中，如图1和图2所示，所述样品池5与所述探测器3之间沿光路依次设置有第三物镜8、管镜9以及滤光片10，在荧光信号采集过程中，所述第三物镜8和所述管镜9构成4f系统，样品产生的荧光信号经物镜和管镜9构成的4f系统以及滤光片10过滤后，被探测器3采集，得到所述样品的图像信息。

在一具体实施方式中，本发明实施例提供的基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统包括单通道照明和单通道探测模式、双通道照明和单通道探测模式以及双通道照明和双通道探测模式，如图1所示，当所述类无衍射贝塞尔光片产生模块2只包括第一多缝光学掩模版21、第一柱透镜22以及第一物镜23，且所述探测器3为一个时，所述基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统为单通道照明和单通道探测模式；如图2所示，当所述类无衍射贝塞尔光片产生模块2包括第一多缝光学掩模版21、第一柱透镜22、第一物镜23、第二多缝光学掩模版24、第二柱透镜25以及第二物镜26，且所述探测器3为一个时，所述基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统为双通道照明和单通道探测模式；如图3所示，当所述类无衍射贝塞尔光片产生模块2包括第一多缝光学掩模版21、第一柱透镜22、第一物镜23、第二多缝光学掩模版24、第二柱透镜25以及第二物镜26，且所述探测器3为两个时，所述基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统为双通道照明和双通道探测模式。所述荧光信号的传播方向与所述类无衍射贝塞尔光片的传播方向垂直，而所述无衍射贝塞尔光片的传播方向与所述第一高斯光束或所述第三高斯光束的传播方向相同，当所述基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统为单通道探测模式时，所述探测器3设置于所述样品池5与所述第一高斯光和所述第三高斯光的传播方向垂直的一侧；当所述基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统为双通道探测模式时，两个探测器3对称设置于所述样品池5与所述第一高斯光和所述第三高斯光的传播方向垂直的两侧。如图7和图8所示，为利用均匀的罗丹明荧光溶液对由普通多缝光片掩模版组成的普通狭缝系统产生的双通道照明高斯光片和本实施例提供的多缝光学掩模版组成的类无衍射贝塞尔光片产生模块产生的双通道照明类无衍射贝塞尔光片的厚度与视场进行测量，得到的成像结果图，由图7和图8可以看出，本实施例提供的类无衍射贝塞尔光片产生模块产生的双通道照明类无衍射贝塞尔光片具有更大的视场，且成像效果更好。

为了验证双通道照明能够扩大本发明实施例提供的基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统的成像视场，发明人分别利用第一多缝光学掩模版、第一柱透镜以及第一物镜产生的类无衍射贝塞尔光片对标记神经元的斑马鱼进行照明，双通道照明模式的基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统对标记神经元的斑马鱼进行照明，以及第二多缝光学掩模版、第二柱透镜以及第二物镜产生的类无衍射贝塞尔光片对标记神经元的斑马鱼进行照明，得到如图9～图11所述的成像结果图，从图9～图11可以看出，本发明实施例提供的基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统利用双通道照明可以进一步扩大成像视场。

此外，本发明还提供了一种上述基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统的大视场光片显微成像方法，如图12所示，其包括以下步骤：

S1、产生高斯光束；

S2、将所述高斯光束转换为焦深范围大于高斯光束瑞利距离的类无衍射贝塞尔光片，并将所述类无衍射贝塞尔光片投射至样品面上，激发样品产生荧光信号；

S3、采集所述荧光信号，得到所述样品的图像信息。

具体成像过程中，首先通过高斯光束产生模块产生高斯光束，然后通过类无衍射贝塞尔光片产生模块将所述高斯光束转换为焦深范围大于高斯光束瑞利距离的类无衍射贝塞尔光片，并将所述类无衍射贝塞尔光片投射至样品面上，激发样品产生荧光信号,最后通过探测器对荧光信号进行曝光成像，得到所述样品的图像信息。本实施例成像方法简单，成像过程中通过类无衍射贝塞尔光片产生模块将高斯光束转换为焦深范围大于高斯光束瑞利距离的类无衍射贝塞尔光片，通过类无衍射贝塞尔光片激发样品产生荧光信号，可以减少照明光片的厚度，扩大照明光片的焦深，消除贝塞尔光束的旁瓣，减少背景噪声，实现成像视场和分辨率的同时提升。

综上所述，本发明提供了一种基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统及方法，包括：用于产生高斯光束的高斯光束产生模块；用于接收高斯光束，将高斯光束转换为焦深范围大于高斯光束瑞利距离的类无衍射贝塞尔光片，并将类无衍射贝塞尔光片投射至样品面上，激发样品产生荧光信号的类无衍射贝塞尔光片产生模块；用于采集荧光信号，得到样品的图像信息的探测器。本发明通过类无衍射贝塞尔光片产生模块将高斯光束转换为焦深范围大于高斯光束瑞利距离的类无衍射贝塞尔光片，通过类无衍射贝塞尔光片激发样品产生荧光信号，可以减少照明光片的厚度，扩大照明光谱的焦深，消除贝塞尔光束的旁瓣，减少背景噪声，实现成像视场和分辨率的同时提升。

应当理解的是，本发明的系统应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统，其特征在于，包括：

高斯光束产生模块，用于产生高斯光束；

类无衍射贝塞尔光片产生模块，用于接收所述高斯光束，将所述高斯光束转换为焦深范围大于高斯光束瑞利距离的类无衍射贝塞尔光片，并将所述类无衍射贝塞尔光片投射至样品面上，激发样品产生荧光信号；

探测器，用于采集所述荧光信号，得到所述样品的图像信息。

2.根据权利要求1所述的基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统，其特征在于，所述高斯光束产生模块包括激光器、扩束准直单元、第一反射镜、以及分束镜；

所述激光器用于产生激光光束；

所述扩束准直单元用于接收所述激光光束，并对所述激光光束进行扩束准直；

所述第一反射镜用于接收扩束准直后的激光光束，并将所述激光光束反射至所述分束镜；

所述分束镜用于对所述第一反射镜反射的激光光束进行分束，将所述激光光束分束成第一高斯光束和第二高斯光束；其中，所述第一高斯光束的传播方向与水平方向垂直，所述第二高斯光束的传播方向与水平方向平行。

3.根据权利要求2所述的基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统，其特征在于，所述类无衍射贝塞尔光片产生模块包括沿所述第一高斯光束的传播方向依次设置的第一多缝光学掩模版、第一柱透镜以及第一物镜；

所述第一多缝光学掩模版、所述第一柱透镜以及所述第一物镜用于接收所述第一高斯光束，将所述第一高斯光束转换为焦深范围大于高斯光束瑞利距离的类无衍射贝塞尔光片，并将所述类无衍射贝塞尔光片投射至样品面上，激发样品产生荧光信号。

4.根据权利要求3所述的基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统，其特征在于，所述第一多缝光学掩模版与所述第一柱透镜的前焦面重合，所述第一柱透镜的后焦面与所述第一物镜的前焦面重合。

5.根据权利要求3所述的基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统，其特征在于，所述大视场光片显微成像系统还包括：光反射模块；

所述光反射模块用于接收所述第二高斯光束，并将所述第二高斯光束转换为与所述第一高斯光束强度相等且传播方向相反的第三高斯光束。

6.根据权利要求5所述的基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统，其特征在于，所述类无衍射贝塞尔光片产生模块还包括沿所述第三高斯光束的传播方向依次设置的第二多缝光学掩模版、第二柱透镜以及第二物镜；

所述第二多缝光学掩模版、所述第二柱透镜以及所述第二物镜用于接收所述第三高斯光束，将所述第三高斯光束转换为焦深范围大于高斯光束瑞利距离的类无衍射贝塞尔光片，并将所述类无衍射贝塞尔光片投射至样品面上，激发样品产生荧光信号。

7.根据权利要求6所述的基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统，其特征在于，所述第二多缝光学掩模版与所述第二柱透镜的前焦面重合，所述第二柱透镜的后焦面与所述第二物镜的前焦面重合。

8.根据权利要求6所述的基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统，其特征在于，所述第一多缝光学掩模版和所述第二多缝光学掩模版均包括玻璃层和设置于所述玻璃层上的金属层，所述玻璃层上未设置所述金属层的区域形成若干狭缝对，每个狭缝对均包括第一狭缝和第二狭缝，每个狭缝对中第一狭缝的宽度和第二狭缝的宽度满足关系式：H1＝2H2，每个狭缝对中第一狭缝的中心到玻璃层中心的距离与第二狭缝的中心到玻璃层中心的距离满足关系式：R2＝2R1，其中，H1为第一狭缝的宽度，H2为第二狭缝的宽度，R1为第一狭缝的中心到玻璃层中心的距离，R2为第二狭缝的中心到玻璃层中心的距离。

9.根据权利要求1所述的基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统，其特征在于，所述大视场光片显微成像系统还包括：样品池、控制终端以及四维电动位移台，所述样品池用于放置样品，所述控制终端分别与所述探测器和所述四维电动位移台连接，所述四维电动位移台分别与所述样品池和所述控制终端连接。

10.一种如权利要求1～9任一项所述的基于多缝干涉照明的大视场光片显微成像系统的大视场光片显微成像方法，其特征在于，包括：

产生高斯光束；

将所述高斯光束转换为焦深范围大于高斯光束瑞利距离的类无衍射贝塞尔光片，并将所述类无衍射贝塞尔光片投射至样品面上，激发样品产生荧光信号；

采集所述荧光信号，得到所述样品的图像信息。

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