專利名稱：一種實(shí)時(shí)可調(diào)諧共聚焦顯微成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)成像系統(tǒng)，特別是關(guān)于一種適用于在體檢測(cè)的實(shí)時(shí)可調(diào)諧共聚焦顯微成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
與傳統(tǒng)顯微鏡相比，共焦顯微鏡具有高分辨率尤其是縱向高分辨率的特點(diǎn)，它能夠?qū)悠返妮S向進(jìn)行光學(xué)層析，并可以重構(gòu)出樣品的三維圖像。另外，共聚焦顯微鏡還突破了普通光學(xué)顯微鏡衍射極限的限制，橫向分辨率是相同數(shù)值孔徑的普通光學(xué)顯微鏡的1.4倍，縱向分辨率可以達(dá)到亞微米級(jí)，因此可以對(duì)厚的生物樣品進(jìn)行軸向?qū)游觥Ｔ谔綔y(cè)器和樣品前面加的小孔光闌使得只有當(dāng)樣品處于焦平面時(shí)的散射光才能被探測(cè)器所接收，大大削弱了雜散光的影響，所以系統(tǒng)有很高的信噪比，圖像具有很高的對(duì)比度和清晰度。共聚焦顯微的最大優(yōu)勢(shì)是提供了一種高分辨、無(wú)需染料、非侵入式的活體檢測(cè)成像手段，并且能夠在厚的透明或半透明物質(zhì)內(nèi)幾百微米的范圍內(nèi)成像，因此越來(lái)越廣泛的應(yīng)用在皮膚醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域。但是，傳統(tǒng)的共聚焦成像由于成像速度較慢(大多數(shù)都在秒級(jí)每幀)，其應(yīng)用受到了很大的限制。目前共聚焦顯微鏡實(shí)現(xiàn)視頻率實(shí)時(shí)共聚焦成像方式主要有:1、采用共振鏡加檢流計(jì)振鏡的二維掃描成像方式，但是采用共振鏡作為快軸掃描是正弦的而不是線性的，因此后期得到的圖像需要進(jìn)行算法校正；2、雙檢流計(jì)的掃描方式，雖然這種方式避免了快軸掃描的非線性，但是掃描速率很慢，即使采用高性能的振鏡在分辨率為512X512的條件下只能達(dá)到3fps ;3、采用多面鏡作為快軸檢流計(jì)作為慢軸的掃描方式，此方式為線性掃描，在獲得較高掃描速率的同時(shí)不用對(duì)圖像進(jìn)行非線性校正，但是現(xiàn)有的基于多面鏡和檢流計(jì)的共聚焦是通過(guò)一些固定的控制電路實(shí)現(xiàn)控制，成像速率不可調(diào)節(jié)，而且將信號(hào)固定為標(biāo)準(zhǔn)制式的信號(hào)(比如電視RS-170隔行視頻信號(hào))，對(duì)圖像的采集分辨率、后期處理均有一定的制約。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)時(shí)可調(diào)諧共聚焦顯微成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有很好的通用性，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)幀率和圖像分辨率可調(diào)的共聚焦掃描成像，而且也為使用者提供了一種多選擇的模式。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種實(shí)時(shí)可調(diào)諧共聚焦顯微成像系統(tǒng)，其特征在于:它包括激光掃描顯微成像系統(tǒng)、第一激光器、光電二極管和共聚焦顯微成像控制系統(tǒng)，所述共聚焦顯微成像控制系統(tǒng)包括可編程邏輯器件、放大調(diào)制電路、D/A轉(zhuǎn)換器和檢流計(jì)振鏡驅(qū)動(dòng)電路，所述可編程邏輯器件包括計(jì)數(shù)分頻模塊和垂直同步信號(hào)產(chǎn)生模塊，所述計(jì)數(shù)分頻模塊的輸入端連接一晶振，用于將晶振信號(hào)計(jì)數(shù)分頻后生成像素采樣時(shí)鐘信號(hào)，所述計(jì)數(shù)分頻模塊發(fā)送像素采樣時(shí)鐘信號(hào)到激光掃描顯微成像系統(tǒng)的多面反射鏡用于控制其轉(zhuǎn)動(dòng)；所述第一激光器發(fā)出的激光經(jīng)所述多面反射鏡反射后由所述光電二極管接收，隨著所述多面反射鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)，所述光電二極管輸出正弦電壓信號(hào)，并將其發(fā)送到所述放大調(diào)制電路進(jìn)行處理生成行同步信號(hào)，并將其發(fā)送到所述可編程邏輯器件，所述可編程邏輯器件將行同步信號(hào)發(fā)送到所述D/A轉(zhuǎn)換器，所述D/A轉(zhuǎn)換器將行同步信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，并將其發(fā)送到所述檢流計(jì)振鏡驅(qū)動(dòng)電路生成鋸齒波電壓信號(hào)，并將其發(fā)送到檢流計(jì)振鏡驅(qū)動(dòng)控制板中驅(qū)動(dòng)激光掃描顯微成像系統(tǒng)的檢流計(jì)振鏡工作；所述可編程邏輯器件的垂直同步信號(hào)產(chǎn)生模塊根據(jù)實(shí)際需要對(duì)行同步信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)產(chǎn)生所需要的幀同步信號(hào)，同時(shí)所述可編程邏輯器件將行同步信號(hào)、幀同步信號(hào)和像素時(shí)鐘信號(hào)分別發(fā)送到激光掃描顯微成像系統(tǒng)的采集卡，所述采集卡根據(jù)行同步信號(hào)、幀同步信號(hào)和像素采樣時(shí)鐘信號(hào)對(duì)所述激光掃描顯微成像系統(tǒng)的光子計(jì)數(shù)器中樣品的灰度值信號(hào)進(jìn)行逐點(diǎn)采集，并將采集的圖像發(fā)送到一計(jì)算機(jī)逐點(diǎn)重構(gòu)出實(shí)時(shí)的視頻圖像。所述激光掃描顯微成像系統(tǒng)包括第二激光器、第一反射鏡、偏振分束鏡、多面反射鏡、第一透鏡、第二透鏡、檢流計(jì)振鏡、第三透鏡、第四透鏡、四分之一波片、顯微物鏡、第五透鏡、第二反射鏡、共焦小孔、光子計(jì)數(shù)器、采集卡和計(jì)算機(jī)，所述檢流計(jì)振鏡放置于與所述多面反射鏡物平面共軛的像平面上；所述第二激光器出射的激光經(jīng)所述第一反射鏡反射到所述偏振分束鏡，經(jīng)所述偏振分束鏡出射的線偏振光發(fā)射到所述多面反射鏡，經(jīng)所述多面反射鏡快速掃描出射的光發(fā)射到經(jīng)由所述第一透鏡和第二透鏡組成的望遠(yuǎn)鏡透鏡組，所述望遠(yuǎn)鏡透鏡組出射的光發(fā)射到所述檢流計(jì)振鏡，所述檢流計(jì)振鏡出射的光經(jīng)由所述第三透鏡和第四透鏡組成的望遠(yuǎn)鏡透鏡組發(fā)射到所述四分之一波片，所述四分之一波片將線偏振光轉(zhuǎn)為圓偏振光后經(jīng)所述顯微物鏡聚焦到樣品上，經(jīng)所述樣品的反射光經(jīng)所述顯微物鏡發(fā)射回所述四分之一波片，所述四分之一波片將圓偏振光變成與照明光線呈90°的偏振光后依次沿著所述第四透鏡、第三透鏡、檢流計(jì)振鏡、第二透鏡和第一透鏡傳播，并經(jīng)所述多面反射鏡反射到所述偏振分束鏡，經(jīng)所述偏振分束鏡出射的光依次經(jīng)所述第五透鏡和第二反射鏡到達(dá)所述共焦小孔并由所述光子計(jì)數(shù)器探測(cè)接收，所述采集卡采集所述光子計(jì)數(shù)器的信號(hào)并將其發(fā)送到所述計(jì)算機(jī)重構(gòu)出實(shí)時(shí)的視頻圖像。所述采集卡采用非標(biāo)準(zhǔn)視頻采集卡和標(biāo)準(zhǔn)視頻采集卡中的一種。所述放大調(diào)制電路包括放大器和比較器，所述光電二極管的輸出端連接所述放大器的輸入端，所述放大器的 輸出端連接所述比較器的輸入端，所述比較器的輸出端連接所述可編程邏輯器件的輸入端。所述檢流計(jì)振鏡驅(qū)動(dòng)電路包括運(yùn)算放大器、電容和電阻，所述D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端連接所述運(yùn)算放大器的反相端，所述運(yùn)算放大器的輸出端連接檢流計(jì)振鏡驅(qū)動(dòng)控制板，所述運(yùn)算放大器的輸出端與反相端之間連接電容，所述運(yùn)算放大器的同相端通過(guò)電阻接地；所述運(yùn)算放大器采用運(yùn)算放大器。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明包括激光掃描顯微成像系統(tǒng)、第一激光器、光電二極管和共聚焦顯微成像控制系統(tǒng)，共聚焦顯微成像控制系統(tǒng)包括可編程邏輯器件、放大調(diào)制電路、D/A轉(zhuǎn)換器和檢流計(jì)振鏡驅(qū)動(dòng)電路，可編程邏輯器件包括計(jì)數(shù)分頻模塊和垂直同步信號(hào)產(chǎn)生模塊，計(jì)數(shù)分頻模塊的輸入端連接晶振，用于將晶振信號(hào)計(jì)數(shù)分頻后，計(jì)數(shù)分頻模塊發(fā)送像素采樣時(shí)鐘信號(hào)到多面反射鏡用于控制其轉(zhuǎn)動(dòng)，垂直同步信號(hào)產(chǎn)生模塊根據(jù)實(shí)際需要對(duì)行同步信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)生成幀同步信號(hào)，采集卡根據(jù)行同步信號(hào)、幀同步信號(hào)和像素采樣時(shí)鐘信號(hào)對(duì)光子計(jì)數(shù)器中樣品的灰度值信號(hào)進(jìn)行逐點(diǎn)采集，并將采集的圖像發(fā)送到計(jì)算機(jī)逐點(diǎn)重構(gòu)出實(shí)時(shí)的視頻圖像，因此本發(fā)明通過(guò)計(jì)數(shù)分頻模塊對(duì)多面反射鏡進(jìn)行控制，并通過(guò)垂直同步信號(hào)產(chǎn)生模塊對(duì)行同步信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)生成幀同步信號(hào)，在不改變電路的情況下根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要可以實(shí)現(xiàn)不同的分辨率和掃描幀率，實(shí)現(xiàn)成像速率可調(diào)，具有很好的靈活性。2、本發(fā)明的采集卡可以根據(jù)實(shí)際需要采用非標(biāo)準(zhǔn)視頻采集卡或標(biāo)準(zhǔn)視頻采集卡實(shí)現(xiàn)圖像化，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明給使用者提供了一種多選擇的模式，具有很強(qiáng)的通用性。3、本發(fā)明的激光掃描顯微成像系統(tǒng)包括有多面反射鏡、檢流計(jì)和若干透鏡等其它光學(xué)器件，檢流計(jì)振鏡放置于與多面反射鏡物平面共軛的像平面上，其角度移動(dòng)把光柵線在第三透鏡和第四透鏡組成的望遠(yuǎn)鏡透鏡組中掃描成一個(gè)光柵面，多面反射鏡作為快軸，檢流計(jì)作為慢軸，因此通過(guò)控制多面反射鏡和檢流計(jì)振鏡進(jìn)行點(diǎn)掃描可以實(shí)現(xiàn)共聚焦實(shí)時(shí)掃描成像。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于激光掃描顯微成像系統(tǒng)的成像控制中。


圖1是本發(fā)明的 實(shí)時(shí)可調(diào)諧激光掃描顯微成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的共聚焦顯微成像控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的共聚焦顯微成像控制系統(tǒng)的電路原理示意圖；圖4是本發(fā)明的共聚焦顯微成像控制系統(tǒng)的信號(hào)流向示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。本發(fā)明的實(shí)時(shí)可調(diào)諧共聚焦顯微成像系統(tǒng)包括激光掃描顯微成像系統(tǒng)、第一激光器、光電二極管和共聚焦顯微成像控制系統(tǒng)。如圖1、圖2所示，本發(fā)明所采用的激光掃描顯微成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)中的激光掃描顯微成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類似，它包括第二激光器1、第一反射鏡2、偏振分束鏡3、多面反射鏡4、第一透鏡5、第二透鏡6、檢流計(jì)振鏡7、第三透鏡8、第四透鏡9、四分之一波片
10、顯微物鏡11、第五透鏡12、第二反射鏡13、共焦小孔14、光子計(jì)數(shù)器15、采集卡16和計(jì)算機(jī)17 ;其工作過(guò)程為:第二激光器I出射的激光經(jīng)第一反射鏡2反射到偏振分束鏡3，經(jīng)偏振分束鏡3出射的線偏振光發(fā)射到多面反射鏡4,多面反射鏡4旋轉(zhuǎn)進(jìn)行快軸(X軸)掃描，經(jīng)多面反射鏡4掃描出射的光發(fā)射到經(jīng)由第一透鏡5和第二透鏡6組成的望遠(yuǎn)鏡透鏡組，在望遠(yuǎn)鏡透鏡組中產(chǎn)生沿著光柵線的角度掃描，望遠(yuǎn)鏡透鏡組出射的光發(fā)射到檢流計(jì)振鏡7，檢流計(jì)振鏡7進(jìn)行慢軸(Y軸)掃描，檢流計(jì)振鏡7出射的光經(jīng)由第三透鏡8和第四透鏡9組成的望遠(yuǎn)鏡透鏡組發(fā)射到四分之一波片10，四分之一波片10將線偏振光轉(zhuǎn)為圓偏振光后經(jīng)顯微物鏡11聚焦到樣品上，經(jīng)樣品的反射光又經(jīng)顯微物鏡11發(fā)射回四分之一波片10，四分之一波片10將圓偏振光變成與照明光線呈90°的偏振光后依次沿著第四透鏡
9、第三透鏡8、檢流計(jì)振鏡7、第二透鏡6和第一透鏡5傳播，并經(jīng)多面反射鏡4反射到偏振分束鏡3，經(jīng)偏振分束鏡3出射的光依次經(jīng)第五透鏡12和第二反射鏡13到達(dá)共焦小孔14并由光子計(jì)數(shù)器15探測(cè)接收，采集卡16采集光子計(jì)數(shù)器的信號(hào)并將其發(fā)送到計(jì)算機(jī)17重構(gòu)出樣品的實(shí)時(shí)視頻圖像。其中，第二激光器I可以采用紅外激光器，檢流計(jì)振鏡7放置于與多面反射鏡物4平面共軛的像平面上，其角度移動(dòng)把光柵線在第三透鏡8和第四透鏡9組成的望遠(yuǎn)鏡透鏡組中掃描成一個(gè)光柵面，因此通過(guò)控制多面反射鏡4和檢流計(jì)振鏡7進(jìn)行點(diǎn)掃描并通過(guò)光子計(jì)數(shù)器15可以獲得樣品橫截面的共聚焦圖像。如圖1 4所不,本發(fā)明的特點(diǎn)在于:還包括第一激光器18、光電二極管19和共聚焦顯微成像控制系統(tǒng)，共聚焦顯微成像控制系統(tǒng)包括可編程邏輯器件20、放大調(diào)制電路
21、D/A轉(zhuǎn)換器22和檢流計(jì)振鏡驅(qū)動(dòng)電路23 ;其中，可編程邏輯器件20包括計(jì)數(shù)分頻模塊201和垂直同步信號(hào)(VSYNC)產(chǎn)生模塊202。計(jì)數(shù)分頻模塊201的輸入端連接一晶振203(本發(fā)明選用20MHz晶振，也可以根據(jù)具體要求選擇其他頻率，在此不作限制)，用于將晶振信號(hào)計(jì)數(shù)分頻后產(chǎn)生一方波信號(hào)，本發(fā)明將方波信號(hào)定義為像素采樣時(shí)鐘信號(hào)(Pixel elk)，像素采樣時(shí)鐘信號(hào)發(fā)送到多面反射鏡4用于控制多面反射鏡 4的轉(zhuǎn)動(dòng)，例如:計(jì)數(shù)分頻模塊201將20MHz晶振信號(hào)計(jì)數(shù)分頻后產(chǎn)生一個(gè)3.333KHz的控制多面鏡轉(zhuǎn)速的方波信號(hào),該信號(hào)可以驅(qū)動(dòng)多面鏡以每秒277.8轉(zhuǎn)的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。第一激光器18發(fā)出的激光經(jīng)多面反射鏡4反射后由光電二極管19接收，隨著多面反射鏡4的轉(zhuǎn)動(dòng)，光電二極管19輸出正弦電壓信號(hào)，并將其發(fā)送到放大調(diào)制電路21進(jìn)行處理生成TTL脈沖信號(hào)，本發(fā)明將TTL脈沖信號(hào)定義為行同步信號(hào)(Hsync)，并將其發(fā)送到可編程邏輯器件20，可編程邏輯器件將行同步信號(hào)發(fā)送到D/A轉(zhuǎn)換器22，D/A轉(zhuǎn)換器22將行同步信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，并將其發(fā)送到檢流計(jì)振鏡驅(qū)動(dòng)電路23調(diào)制轉(zhuǎn)化為鋸齒波電壓信號(hào)，并將其發(fā)送到檢流計(jì)振鏡驅(qū)動(dòng)控制板中驅(qū)動(dòng)檢流計(jì)振鏡7工作；可編程邏輯器件20的垂直同步信號(hào)產(chǎn)生模塊202根據(jù)實(shí)際需要行同步信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)產(chǎn)生所需要的幀同步信號(hào)(Vsync)，同時(shí)可編程邏輯器件20將行同步信號(hào)、幀同步信號(hào)和像素時(shí)鐘信號(hào)分別發(fā)送到采集卡16，采集卡16根據(jù)行同步信號(hào)、幀同步信號(hào)和像素采樣時(shí)鐘信號(hào)對(duì)光子計(jì)數(shù)器16中樣品的灰度值信號(hào)進(jìn)行逐點(diǎn)采集，并將采集的圖像發(fā)送到計(jì)算機(jī)17逐點(diǎn)重構(gòu)出實(shí)時(shí)的視頻圖像。上述實(shí)施例中，為了減少多面反射鏡4速度而導(dǎo)致視頻圖像的漂移，因此本發(fā)明將多面鏡的轉(zhuǎn)速作為本發(fā)明成像的基準(zhǔn)時(shí)鐘源，即行同步信號(hào)的獲取過(guò)程為:第一激光器18發(fā)出的激光通過(guò)多面反射鏡4 一側(cè)面的反射后被光電二極管19接收，當(dāng)激光的入射方向垂直于多面反射鏡4的某一面時(shí)，此刻光電二極管19接收的光強(qiáng)最強(qiáng)，產(chǎn)生的信號(hào)的幅值最大，激光通過(guò)其他方向入射到多面反射鏡4時(shí)，光電二極管19接收的光強(qiáng)較弱，產(chǎn)生的信號(hào)幅值較低，因此隨著多面反射鏡4的轉(zhuǎn)動(dòng),光電二極管19接收的信號(hào)形成一正弦電壓信號(hào)，由于該正弦信號(hào)幅度較低，因此通過(guò)放大調(diào)制電路21后將正弦電壓信號(hào)放大、調(diào)制、為一 TTL脈沖信號(hào)，此TTL脈沖信號(hào)的周期就是多面反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率，即快軸掃描的頻率信號(hào)。上述各實(shí)施例中，如圖3、圖4所示，放大調(diào)制電路21包括一放大器211和一比較器212，光電二極管19的輸出端連接放大器211的輸入端，放大器211的輸出端連接比較器212的輸入端，比較器212的輸出端連接可編程邏輯器件20的輸入端，放大器211可以根據(jù)實(shí)際需要采用現(xiàn)有技術(shù)中的器件或者電路結(jié)構(gòu)，其具體結(jié)構(gòu)不做限制，只要滿足實(shí)際需要的放大倍數(shù)即可，比較器211可以采用74ACT14比較器，也可以根據(jù)實(shí)際需要采用其他的比較器，在此不作限制。上述各實(shí)施例中，如圖3所示，檢流計(jì)振鏡驅(qū)動(dòng)電路23包括運(yùn)算放大器231、電容232和電阻233 ;D/A轉(zhuǎn)換器22的輸出端連接運(yùn)算放大器231的反相端，運(yùn)算放大器231的輸出端連接檢流計(jì)振鏡驅(qū)動(dòng)控制板，運(yùn)算放大器231的輸出端與反相端之間連接電容，運(yùn)算放大器231的同相端通過(guò)電阻233接地。運(yùn)算放大器231可選用0P07運(yùn)算放大器，也可以根據(jù)實(shí)際需要采用其他的運(yùn)算放大器，此處不作限制。上述各實(shí)施例中，采集卡16可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用采用非標(biāo)準(zhǔn)視頻采集卡或者標(biāo)準(zhǔn)視頻采集卡，如果采用非標(biāo)準(zhǔn)視頻采集卡，共聚焦顯微成像控制系統(tǒng)在參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)不必按照視頻的便準(zhǔn)規(guī)則輸出，具有很大的靈活性；如果采用標(biāo)準(zhǔn)視頻采集卡，比如輸出電視卡(標(biāo)準(zhǔn)視頻采集卡的一種)進(jìn)行顯示，可編程邏輯器件20需要對(duì)采集到的非標(biāo)準(zhǔn)的模擬的視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號(hào)(比如RS-170，CCIR，NTSC,和PAL視頻標(biāo)準(zhǔn))信號(hào)輸出給計(jì)算機(jī)17，對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示。上述各實(shí)施例中，第一激光器18可以采用650nm激光器，也可以根據(jù)實(shí)際需要選擇準(zhǔn)直性能較好的紅外線之外其他波長(zhǎng)激光光源，在此不作限定；光電二極管19可以根據(jù)實(shí)際需要選擇具有光電探測(cè)功能的光學(xué)元件，在此不作限定；共焦小孔14的直徑可以采用微米量級(jí)，目的為了更好的避免來(lái)自非焦面光進(jìn)入光子計(jì)數(shù)器。下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的共聚焦顯微成像控制系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明:如果采用可編程邏輯器件20將像素時(shí)鐘采樣時(shí)鐘信號(hào)設(shè)置為10MHZ，其對(duì)應(yīng)的行同步信號(hào)為10KHZ，幀同步信號(hào)對(duì)應(yīng)設(shè)置則為10HZ，則本發(fā)明就工作在1000X1000@10fps的模式下；如果在多面反射鏡4轉(zhuǎn)動(dòng)速度允許范圍內(nèi)更換對(duì)應(yīng)參數(shù)，則通過(guò)可編程邏輯器件20將像素采樣時(shí)鐘信號(hào)設(shè)置為10MHZ，行同步信號(hào)為20KHZ，幀同步信號(hào)對(duì)應(yīng)為40HZ的時(shí)候，本發(fā)明就工作在500X500@40fps的模式下；同樣也可以選取更高一些的像素時(shí)鐘，改變可變成邏輯器件20更·改多面反射鏡4的轉(zhuǎn)速，從而更改成像系統(tǒng)的圖像分辨率大小和幀速度。但是如果觀察血管內(nèi)細(xì)胞時(shí)這樣的幀率是不能夠滿足要求，因而可以通過(guò)可編程邏輯器件20控制多面反射鏡4實(shí)現(xiàn)一個(gè)更快幀率掃描的圖像，例如每秒40幀分辨率為500X500的圖像，或者IOKHz的線掃描模式。綜上所述，本發(fā)明可以在不需要改變外部控制電路的情況下，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要通過(guò)可編程邏輯器件20對(duì)多面反射鏡4的控制，實(shí)現(xiàn)不同的分辨率和掃描幀率，以及不同視頻格式的輸出。上述各實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，本發(fā)明的所有光學(xué)器件在使用過(guò)程中均可以采用相應(yīng)的外部支架進(jìn)行定位，本發(fā)明對(duì)每一光學(xué)元件的具體位置不作限定，可以根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行調(diào)整，但是所有的光學(xué)元件組合形成的光路傳播必須與本發(fā)明的光路傳播一致，滿足本發(fā)明對(duì)樣本的照射和檢測(cè)要求，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)時(shí)可調(diào)諧共聚焦顯微成像系統(tǒng)，其特征在于:它包括激光掃描顯微成像系統(tǒng)、第一激光器、光電二極管和共聚焦顯微成像控制系統(tǒng)，所述共聚焦顯微成像控制系統(tǒng)包括可編程邏輯器件、放大調(diào)制電路、D/A轉(zhuǎn)換器和檢流計(jì)振鏡驅(qū)動(dòng)電路，所述可編程邏輯器件包括計(jì)數(shù)分頻模塊和垂直同步信號(hào)產(chǎn)生模塊，所述計(jì)數(shù)分頻模塊的輸入端連接一晶振，用于將晶振信號(hào)計(jì)數(shù)分頻后生成像素采樣時(shí)鐘信號(hào)，所述計(jì)數(shù)分頻模塊發(fā)送像素采樣時(shí)鐘信號(hào)到激光掃描顯微成像系統(tǒng)的多面反射鏡用于控制其轉(zhuǎn)動(dòng)； 所述第一激光器發(fā)出的激光經(jīng)所述多面反射鏡反射后由所述光電二極管接收，隨著所述多面反射鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)，所述光電二極管輸出正弦電壓信號(hào)，并將其發(fā)送到所述放大調(diào)制電路進(jìn)行處理生成行同步信號(hào)，并將其發(fā)送到所述可編程邏輯器件，所述可編程邏輯器件將行同步信號(hào)發(fā)送到所述D/A轉(zhuǎn)換器，所述D/A轉(zhuǎn)換器將行同步信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，并將其發(fā)送到所述檢流計(jì)振鏡驅(qū)動(dòng)電路生成鋸齒波電壓信號(hào)，并將其發(fā)送到檢流計(jì)振鏡驅(qū)動(dòng)控制板中驅(qū)動(dòng)激光掃描顯微成像系統(tǒng)的檢流計(jì)振鏡工作； 所述可編程邏輯器件的垂直同步信號(hào)產(chǎn)生模塊根據(jù)實(shí)際需要對(duì)行同步信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)產(chǎn)生所需要的幀同步信號(hào)，同時(shí)所述可編程邏輯器件將行同步信號(hào)、幀同步信號(hào)和像素時(shí)鐘信號(hào)分別發(fā)送到激光掃描顯微成像系統(tǒng)的采集卡，所述采集卡根據(jù)行同步信號(hào)、幀同步信號(hào)和像素采樣時(shí)鐘信號(hào)對(duì)所述激光掃描顯微成像系統(tǒng)的光子計(jì)數(shù)器中樣品的灰度值信號(hào)進(jìn)行逐點(diǎn)采集，并將采集的圖像發(fā)送到一計(jì)算機(jī)逐點(diǎn)重構(gòu)出實(shí)時(shí)的視頻圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的一種實(shí)時(shí)可調(diào)諧共聚焦顯微成像系統(tǒng)，其特征在于:所述激光掃描顯微成像系統(tǒng)包括第二激光器、第一反射鏡、偏振分束鏡、多面反射鏡、第一透鏡、第二透鏡、檢流計(jì)振鏡、第三透鏡、第四透鏡、四分之一波片、顯微物鏡、第五透鏡、第二反射鏡、共焦小孔、光子計(jì)數(shù)器、采集卡和計(jì)算機(jī)，所述檢流計(jì)振鏡放置于與所述多面反射鏡物平面共軛的像平面上；所述第二激光器出射的激光經(jīng)所述第一反射鏡反射到所述偏振分束鏡，經(jīng)所述偏振分束鏡出射的線偏振光發(fā)射到所述多面反射鏡，經(jīng)所述多面反射鏡快速掃描出射的光發(fā)射到經(jīng)由所述第一透鏡和第二透鏡組成的望遠(yuǎn)鏡透鏡組，所述望遠(yuǎn)鏡透鏡組出射的光發(fā)射到所述檢流計(jì)振鏡，所述檢流 計(jì)振鏡出射的光經(jīng)由所述第三透鏡和第四透鏡組成的望遠(yuǎn)鏡透鏡組發(fā)射到所述四分之一波片，所述四分之一波片將線偏振光轉(zhuǎn)為圓偏振光后經(jīng)所述顯微物鏡聚焦到樣品上，經(jīng)所述樣品的反射光經(jīng)所述顯微物鏡發(fā)射回所述四分之一波片，所述四分之一波片將圓偏振光變成與照明光線呈90°的偏振光后依次沿著所述第四透鏡、第三透鏡、檢流計(jì)振鏡、第二透鏡和第一透鏡傳播，并經(jīng)所述多面反射鏡反射到所述偏振分束鏡，經(jīng)所述偏振分束鏡出射的光依次經(jīng)所述第五透鏡和第二反射鏡到達(dá)所述共焦小孔并由所述光子計(jì)數(shù)器探測(cè)接收，所述采集卡采集所述光子計(jì)數(shù)器的信號(hào)并將其發(fā)送到所述計(jì)算機(jī)重構(gòu)出實(shí)時(shí)的視頻圖像。
3.如權(quán)利要求2所述的一種實(shí)時(shí)可調(diào)諧共聚焦顯微成像系統(tǒng)，其特征在于:所述采集卡采用非標(biāo)準(zhǔn)視頻采集卡和標(biāo)準(zhǔn)視頻采集卡中的一種。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的一種實(shí)時(shí)可調(diào)諧共聚焦顯微成像系統(tǒng)，其特征在于:所述放大調(diào)制電路包括放大器和比較器，所述光電二極管的輸出端連接所述放大器的輸入端，所述放大器的輸出端連接所述比較器的輸入端，所述比較器的輸出端連接所述可編程邏輯器件的輸入端。
5.如權(quán)利要求1或2或3所述的一種實(shí)時(shí)可調(diào)諧共聚焦顯微成像系統(tǒng)，其特征在于:所述檢流計(jì)振鏡驅(qū)動(dòng)電路包括運(yùn)算放大器、電容和電阻，所述D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端連接所述運(yùn)算放大器的反相端，所述運(yùn)算放大器的輸出端連接檢流計(jì)振鏡驅(qū)動(dòng)控制板，所述運(yùn)算放大器的輸出端與反相端之間連接電容，所述運(yùn)算放大器的同相端通過(guò)電阻接地；所述運(yùn)算放大器采用運(yùn)算放大器。
6.如權(quán)利要求4所述的一種實(shí)時(shí)可調(diào)諧共聚焦顯微成像系統(tǒng)，其特征在于:所述檢流計(jì)振鏡驅(qū)動(dòng)電路包括運(yùn)算放大器、電容和電阻，所述D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端連接所述運(yùn)算放大器的反相端，所述運(yùn)算放大器的輸出端連接檢流計(jì)振鏡驅(qū)動(dòng)控制板，所述運(yùn)算放大器的輸出端與反相端之間連接電容，所述運(yùn)算放大器的同相端通過(guò)電阻接地；所述運(yùn)算放大器采用運(yùn) 算放大器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種實(shí)時(shí)可調(diào)諧共聚焦顯微成像系統(tǒng)，其特征在于第一激光器發(fā)出的激光經(jīng)多面發(fā)射鏡反射后由光電二極管接收，光電二極管將正弦信號(hào)發(fā)送到放大調(diào)制電路處理生成行同步信號(hào)發(fā)送到可編程邏輯器件，可編程邏輯器件將行同步信號(hào)發(fā)送到D/A轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，并發(fā)送到檢流計(jì)振鏡驅(qū)動(dòng)電路調(diào)制轉(zhuǎn)化后驅(qū)動(dòng)檢流計(jì)振鏡，可編程邏輯器件的垂直同步信號(hào)產(chǎn)生模塊對(duì)行同步信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)產(chǎn)生幀同步信號(hào)，同時(shí)可編程邏輯器件將行同步信號(hào)、幀同步信號(hào)和像素時(shí)鐘信號(hào)分別發(fā)送到采集卡，采集卡根據(jù)行同步信號(hào)、幀同步信號(hào)和像素采樣時(shí)鐘信號(hào)對(duì)光子計(jì)數(shù)器中樣品的灰度值信號(hào)進(jìn)行逐點(diǎn)采集，并將采集的圖像發(fā)送到計(jì)算機(jī)逐點(diǎn)重構(gòu)出實(shí)時(shí)的視頻圖像。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于激光掃描顯微成像系統(tǒng)的成像控制中。
文檔編號(hào)A61B5/00GK103190889SQ201310134339
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月17日
發(fā)明者楊旭三, 席鵬, 李浩杰 申請(qǐng)人:北京大學(xué)