CN114034678A - 相位图案生成方法、三光子荧光成像装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多焦点相位图案生成方法及装置，上述方法包括：对二维相位图案样本进行随机初始化，获得二维相位图案样本中的当前强度分布与理想强度分布；通过菲涅尔衍射仿真光束传播方式，将当前强度分布与理想强度分布进行比较得到差别度量；并对差别度量进行优化，生成多焦点相位图案。本发明通过同时扫描多个三光子激发焦点，提高了三光子显微镜的成像速度。

Description

相位图案生成方法、三光子荧光成像装置及方法

技术领域

本发明涉及显微镜成像技术领域，尤其是涉及一种多焦点相位图案生成方法、同时多平面三光子荧光成像装置及方法。

背景技术

光学显微成像作为一种非侵入式的观测方法，在生命科学和生物医学领域发挥着不可替代的作用，新的光学显微成像技术的出现，不断催生新的生物现象的发现，并已经成为生命科学和生物医学进步的重要推动力。

多光子激光扫描显微镜是一种特殊类型的光学显微镜，它使用波长较长、峰值功率较高的脉冲激光序列来照射样本中的荧光探针，使荧光分子能够在极短时间内同时吸收多个激发光子。吸收了多个激发光子的荧光分子，被激发跃升至高能级的激发态，在跃迁回到初始的低能级时辐射出一个荧光光子，这就是多光子激光扫描荧光显微镜的工作原理。多光子显微镜的优点是多方面的，一方面由于使用波长较长的激发光进行激发，多光子显微镜具有较强的穿透能力，在高度散射的生物组织中能够到达更深的位置。另一方面，由于基于高阶非线性效应，荧光光强和激发光强的平方成正比，焦面外的背景荧光能够被有效抑制，因此多光子显微镜具有很强的层析能力。这两个特点使得多光子显微镜在散射样本的三维层析成像方面，具有其他任何光学显微镜不具备的优势。

根据同时吸收光子数的不同，多光子显微镜主要分为两类，一类是基于二阶非线性效应的双光子显微镜，另一类是基于三阶非线性效应的三光子显微镜。双光子显微镜目前的成像深度约为700微米左右，这意味着双光子显微镜只能穿透极薄的一层组织，因此也只能满足很小的一部分生物医学成像需求。三光子显微镜由于使用更长的激发波长和更高的非线性效应，其穿透深度明显提升，在小鼠大脑中的成像深度能够达到1500微米以上，能够跨越整个小鼠的皮层甚至部分海马区，这也使得三光子显微镜正在逐渐成为散射组织深层成像的首选方法。

在目前的三光子显微镜中，为了实现高效率的三光子激发，需要使用低重复频率的脉冲激光，从而在提升激发光峰值功率的同时降低其平均功率。三光子显微镜所使用的激光的重复频率远低于双光子显微镜，这就造成了三光子显微镜的成像速度明显比双光子要慢，通常要慢3－5倍左右，这也是三光子显微镜的主要缺点。如何克服这个缺点，进一步提升三光子显微镜的成像速度，成为技术开发的重点和难点，解决这个问题有利于将三光子荧光成像技术推向更广阔的应用场景，带来更多的生命科学和生物医学突破。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多焦点相位图案生成方法、同时多平面三光子荧光成像装置及方法，旨在解决现有技术中的上述问题。

本发明提供一种多焦点相位图案生成方法，包括：

对二维相位图案样本进行随机初始化，获得二维相位图案样本中的当前强度分布与理想强度分布；

通过菲涅尔衍射仿真光束传播方式，将当前强度分布与理想强度分布进行比较得到差别度量；

通过优化算法对差别度量进行优化，生成多焦点相位图案。

本发明提供一种同时多平面三光子荧光成像装置，包括：脉冲激光器、电光调制器、准直透镜对、第一平面镜、扩束透镜对、空间光调制器、第一级中继透镜、共振扫描镜、第二级中继透镜、物镜、二向色镜、第三级中继透镜、第二平面镜以及光电倍增管；

脉冲激光器，用于发射红外激光到电光调制器；

电光调制器，设置于脉冲激光器前方，用于接收脉冲激光器发射的红外激光，并对红外激光进行光强的调制，将调制后的红外激光出射到准直透镜；

准直透镜对，设置于电光调制器前方，用于将电光调制器出射的激光光束矫正为平行光束，避免光束的汇聚或发散；

第一平面镜，设置于准直透镜对前方，并与准直透镜对呈逆时针45°角摆放，用于将准直透镜出射的激光光束引导至扩束透镜；

扩束透镜对，位于准直透镜对右方，并与准直透镜对呈90°角摆放，用于通过扩大激光光束的直径匹配空间光调制器的孔径；

空间光调制器，与扩束透镜对呈第一特定角度摆放，用于投射多焦点相位图案，并对波前相位进行整形；

第一级中继透镜对，空间光调制器呈第二特定角度摆放，由两个相同焦距的消色差透镜组成，用于将空间光调制器上的多焦点相位图案中继到共振扫描镜上；

第二平面镜，呈第三特定角度设置于第一级中继透镜对后方，用于将第一中继透镜对的出射激光光束引导至共振扫描镜；

共振扫描镜，用于对第一中继透镜对的出射激光光束进行扫描；

第二级中继透镜对，位于共振扫描镜下方，由两个不同焦距的消色差透镜组成，用于将共振扫描镜上的相位图案中继到物镜后焦面；

物镜，位于所述第二级中继透镜对下方，用于将通过空间光调制器投射到物镜后焦面上的多焦点相位图案进行聚焦，产生特定个数三光子激发焦点；

二向色镜，位于第二级中继透镜对与物镜中间，并与第二级中继透镜对呈第四特定角度摆放，用于滤除由多个三光子激发焦点激发出的荧光信号中的混杂激发光；

第三级中继透镜对，位于二向色镜左侧，并与第二中继透镜对呈90°摆放，由两个不同焦距的消色差透镜组成，用于将物镜后焦面共轭到光电倍增管的靶面；

光电倍增管，位于第三级中继透镜对左侧，用于将经过所述第三中继透镜对共轭的所述荧光信号采集，并处理为图像。

本发明提供一种同时多平面三光子荧光成像方法，包括：

将多焦点相位图案通过三光子显微镜的空间光调制器进行显示；

将多焦点相位图案投射在三光子显微镜的物镜后焦面，从而在样本中同时生成特定个数三光子激发焦点；

通过三光子显微镜的共振扫描镜对特定个数三光子激发焦点进行同时扫描，实现同时的多平面成像。

采用本发明实施例，通过将多焦点全息相位图案投射在三光子显微镜的物镜后焦面，从而在样本中同时生成多个激发焦点，这些焦点同时进行扫描，实现同时的多平面成像，有效提升三光子显微镜的成像速度。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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是本发明实施例的多焦点相位图案生成方法流程图；

图2是本发明实施例的同时多平面三光子荧光成像装置示意图；

图3是本发明实施例的同时多平面三光子荧光成像方法流程图；

图4是本发明实施例的实现多焦点生成的二维全息相位生成技术的示意图；

图5是本发明实施例的三种同时多平面成像策略的示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

方法实施例一

根据本发明实施例，提供了一种多焦点相位图案生成方法，图1是本发明实施例的多焦点相位图案生成方法流程图，如图1所示，根据本发明实施例的多焦点相位图案生成方法具体包括：

步骤S101，对二维相位图案样本进行随机初始化，获得二维相位图案样本中的当前强度分布与理想强度分布；

步骤S102，通过菲涅尔衍射仿真光束传播方式，将当前强度分布与所述理想强度分布进行比较得到差别度量；

步骤S103，通过优化算法对差别度量进行优化，生成多焦点相位图案，步骤S103具体包括：根据预先设置，生成具有特定数量和特定强度分布焦点的多焦点相位图案。

图4是本发明实施例的实现多焦点生成的二维全息相位生成技术的示意图，如图4所示为了生成多个三光子激发焦点，本发明给出一种二维高精度相位搜索方法，首先对二维相位图案进行随机初始化，然后使用菲涅尔衍射仿真光束的传播，将其在样本中的强度分布与理想强度分布进行比较得到差别度量，使用优化算法不断缩小该误差，最终会收敛到一个多焦点相位，这个相位就是图3中投射在空间光调制器上并共轭到物镜后焦面的相位图案，这个相位图案将在样本中产生多个同时激发的焦点。本方法能够实现任意数量、任意强度分布焦点的全息相位图案的生成。

采用本发明实施例，通过对二维相位图案样本进行处理，生成多焦点相位图案，将所述图案射在空间光调制器上并共轭到物镜后焦面，使得相位图案在样本中激发多个焦点，通过共振扫描镜同时扫描这些焦点，会同时激发多个平面，采集到多个平面上的信息，从而提高三光子显微镜的成像速度。

装置实施例一

根据本发明实施例，提供了一种同时多平面三光子荧光成像装置，图2是本发明实施例的同时多平面三光子荧光成像装置，如图2所示，根据本发明实施例的同时多平面三光子荧光成像装置具体包括：脉冲激光器201、电光调制器202、准直透镜对203、第一平面镜204、扩束透镜对205、空间光调制器206、第一级中继透镜对207、第二平面镜208、共振扫描镜209、第二级中继透镜对210、物镜212、二向色镜211、第三级中继透镜214、以及光电倍增管215；

脉冲激光器201，用于发射红外激光到电光调制器；

电光调制器202，设置于脉冲激光器201前方，用于接收脉冲激光器201发射的红外激光，并对红外激光进行光强的调制，将调制后的红外激光出射到准直透镜203；

准直透镜对203，设置于电光调制器202前方，用于将电光调制器202出射的激光光束矫正为平行光束，避免光束的汇聚或发散；

第一平面镜204，设置于准直透镜对203前方，并与准直透镜对203呈逆时针45。角摆放，用于将准直透镜对203出射的激光光束引导至扩束透镜205；

扩束透镜对205，位于准直透镜对203右方，并与准直透镜对203呈90。角摆放，用于通过扩大激光光束的直径匹配空间光调制器206的孔径；

空间光调制器206，与扩束透镜对205呈第一特定角度摆放，用于投射多焦点相位图案，并对波前相位进行整形；

第一级中继透镜对207，与空间光调制器206呈第二特定角度摆放，由两个相同焦距的消色差透镜组成，用于将空间光调制器206上的多焦点相位图案中继到共振扫描镜209上；

第二平面镜208，呈第三特定角度设置于第一级中继透镜对207后方，用于将第一中继透镜对207的出射激光光束引导至共振扫描镜209；

共振扫描镜209，是一种能够以超高频率高速摆动的平面镜，用于对第一中继透镜对207的出射激光光束进行扫描；

第二级中继透镜对210，位于所述共振扫描镜209下方，由两个不同焦距的消色差透镜组成，用于将共振扫描镜209上的相位图案中继到物镜212后焦面；

物镜212，位于所述第二级中继透镜对210下方，用于将通过空间光调制器206投射到物镜212后焦面上的多焦点相位图案进行聚焦，产生特定个数三光子激发焦点；

二向色镜211，位于第二级中继透镜对210与物镜212中间，并与第二级中继透镜对210呈第四特定角度摆放，用于滤除由所述多个三光子激发焦点激发出的荧光信号中的混杂激发光；

第三级中继透镜对214，位于二向色镜211左侧，并与第二中继透镜对210呈90。摆放，由两个不同焦距的消色差透镜组成，用于述物镜212后焦面共轭到光电倍增管的靶面215；

光电倍增管215，位于第三级中继透镜对214左侧，用于将经过所述第三中继透镜对214共轭的所述荧光信号采集，并处理为图像。

图5为三种同时多平面成像策略，如图5所示，通过共振扫描镜同时扫描这些焦点，会同时激发多个平面，采集到多个平面上的信息。以图5为例，自上到下依次是本发明所产生的2个、3个、5个激发焦点，分别对应同时2平面、3平面、5平面的扫描，三光子显微镜的成像速度将分别提升2倍、3倍和5倍。

采用本发明实施例，通过将多焦点全息相位图案投射在三光子显微镜的物镜后焦面，从而在样本中同时生成多个激发焦点，这些焦点同时进行扫描，实现同时的多平面成像，从而提高三光子显微镜的成像速度。

方法实施例二

根据本发明实施例，提供了一种同时多平面三光子荧光成像方法，图3是本发明实施例的同时多平面三光子荧光成像方法流程图，如图3所示，根据本发明实施例的同时多平面三光子荧光成像方法具体包括：

步骤S301，将多焦点相位图案通过三光子显微镜的空间光调制器进行显示，在步骤S301之前，同时多平面三光子荧光成像方法还包括：

通过脉冲激光器发射出红外激光，红外激光经过光电调制器的调制作用实现光强的灵活调制；

光电调制器出射的激光光束经过准直透镜对和扩束透镜对之后，以合适的光斑大小和角度入射到空间光调制器上。

步骤S302，将所述多焦点相位图案投射在三光子显微镜的物镜后焦面，从而在样本中同时生成特定个数三光子激发焦点；

在样本中同时生成特定个数三光子激发焦点之后，特定个数三光子激发焦点激发出的荧光信号通过二向色镜滤除混杂的激发光，再经过第三级中继镜对，由光电倍增管采集并处理为图像。

步骤S303，通过所述三光子显微镜的共振扫描镜对所述特定个数三光子激发焦点进行同时扫描，实现同时的多平面成像，步骤S303具体包括：通过所述共振扫描镜同时扫描多个焦点激发多个平面，从而采集多个平面上的信息。

采用本发明实施例，通过将多焦点全息相位图案投射在三光子显微镜的物镜后焦面，从而在样本中同时生成多个激发焦点，这些焦点同时进行扫描，实现同时的多平面成像，从而提高三光子显微镜的成像速度。

上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

在20世纪30年代，对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，PLD)(例如现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA))就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器(logic compiler)”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)，而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL(Advanced Boolean Expression Language)、AHDL(Altera Hardware DescriptionLanguage)、Confluence、CUPL(Cornell University Programming Language)、HDCal、JHDL(Java Hardware Description Language)、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL(RubyHardware Description Language)等，目前最普遍使用的是VHDL(Very-High-SpeedIntegrated Circuit Hardware Description Language)与Verilog。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。

控制器可以按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本说明书实施例时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本说明书一个或多个实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书一个或多个实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本说明书是参照根据本说明书实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书一个或多个实施例可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书的一个或多个实施例，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本文件的实施例而已，并不用于限制本文件。对于本领域技术人员来说，本文件可以有各种更改和变化。凡在本文件的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本文件的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种多焦点相位图案生成方法，其特征在于，包括：

对二维相位图案样本进行随机初始化，获得二维相位图案样本中的当前强度分布与理想强度分布；

通过菲涅尔衍射仿真光束传播方式，将所述当前强度分布与所述理想强度分布进行比较得到差别度量；

通过优化算法对所述差别度量进行优化，生成多焦点相位图案。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生成多焦点相位图案具体包括：

根据预先设置，生成具有特定数量和特定强度分布焦点的多焦点相位图案。

3.一种同时多平面三光子荧光成像装置，其特征在于，基于权利要求1至2中任一项所述的多焦点相位图案生成方法，所述装置具体包括：脉冲激光器、电光调制器、准直透镜对、第一平面镜、扩束透镜对、空间光调制器、第一级中继透镜、共振扫描镜、第二级中继透镜、物镜、二向色镜、第三级中继透镜、第二平面镜以及光电倍增管；

所述脉冲激光器，用于发射红外激光到电光调制器；

所述电光调制器，设置于所述脉冲激光器前方，用于接收所述脉冲激光器发射的红外激光，并对所述红外激光进行光强的调制，将调制后的所述红外激光出射到所述准直透镜；

所述准直透镜对，设置于所述电光调制器前方，用于将所述电光调制器出射的激光光束矫正为平行光束，避免光束的汇聚或发散；

所述第一平面镜，设置于所述准直透镜对前方，并与所述准直透镜对呈逆时针45°角摆放，用于将所述准直透镜出射的激光光束引导至扩束透镜；

所述扩束透镜对，位于所述准直透镜对右方，并与所述准直透镜对呈90°角摆放，用于通过扩大所述激光光束的直径匹配所述空间光调制器的孔径；

所述空间光调制器，与所述扩束透镜对呈第一特定角度摆放，用于投射多焦点相位图案，并对波前相位进行整形；

所述第一级中继透镜对，所述空间光调制器呈第二特定角度摆放，由两个相同焦距的消色差透镜组成，用于将所述空间光调制器上的所述多焦点相位图案中继到所述共振扫描镜上；

所述第二平面镜，呈第三特定角度设置于所述第一级中继透镜对后方，用于将所述第一中继透镜对的出射激光光束引导至共振扫描镜；

所述共振扫描镜，用于对所述第一中继透镜对的出射激光光束进行扫描；

所述第二级中继透镜对，位于所述共振扫描镜下方，由两个不同焦距的消色差透镜组成，用于将所述共振扫描镜上的相位图案中继到物镜后焦面；

所述物镜，位于所述第二级中继透镜对下方，用于将通过所述空间光调制器投射到物镜后焦面上的多焦点相位图案进行聚焦，产生特定个数三光子激发焦点；

所述二向色镜，位于所述第二级中继透镜对与所述物镜中间，并与所述第二级中继透镜对呈第四特定角度摆放，用于滤除由所述多个三光子激发焦点激发出的荧光信号中的混杂激发光；

所述第三级中继透镜对，位于所述二向色镜左侧，并与所述第二中继透镜对呈90°摆放，由两个不同焦距的消色差透镜组成，用于将所述物镜后焦面共轭到光电倍增管的靶面；

所述光电倍增管，位于所述第三级中继透镜对左侧，用于将经过所述第三中继透镜对共轭的所述荧光信号采集，并处理为图像。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述空间光调制器用于投射多焦点相位图案具体包括：

所述空间光调制器出射的光束经过所述第一级中继透镜对共轭到共振扫描镜，再经过第二级中继透镜对共轭到物镜后焦面。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述共振扫瞄镜具体用于：

基于预先设置，同时扫描所述物镜产生的特定个数三光子激发焦点，从而采集多个平面上的信息。

6.一种同时多平面三光子荧光成像方法，其特征在于，基于权利要求1至2中任一项所述的多焦点相位图案生成方法，所述同时多平面三光子荧光成像方法具体包括：

将多焦点相位图案通过三光子显微镜的空间光调制器进行显示；

将所述多焦点相位图案投射在三光子显微镜的物镜后焦面，从而在样本中同时生成特定个数三光子激发焦点；

通过所述三光子显微镜的共振扫描镜对所述特定个数三光子激发焦点进行同时扫描，实现同时的多平面成像。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在将所述多焦点相位图案通过所述空间光调制器进行显示之前，所述方法进一步包括：

通过脉冲激光器发射出红外激光，所述红外激光经过光电调制器的调制作用实现光强的灵活调制；

所述光电调制器出射的激光光束经过准直透镜对和扩束透镜对之后，以合适的光斑大小和角度入射到空间光调制器上。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将所述多焦点相位图案投射在三光子显微镜的物镜后焦面，具体包括：

所述空间光调制器出射的光束经过第一级中继透镜对共轭到共振扫描镜，再经过第二级中继透镜对共轭到物镜后焦面。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在样本中同时生成特定个数三光子激发焦点之后，所述方法进一步包括：

所述特定个数三光子激发焦点激发出的荧光信号通过二向色镜滤除混杂的激发光，再经过第三级中继镜对，由光电倍增管采集并处理为图像。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述通过所述共振扫描镜对所述特定个数三光子激发焦点进行同时扫描，实现同时的多平面成像具体包括：

通过所述共振扫描镜同时扫描多个焦点激发多个平面，从而采集多个平面上的信息。

Images