利用扫描仪系统沿着连续扫描轨迹扫描的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种利用扫描仪系统(100)沿着连续扫描轨迹扫描的方法，该扫描仪系统包括用于偏转由定义x-z平面中的光轴(z)的连续透镜系统(200)生成的电磁波束的焦点的第一对声光偏转器(10)以及用于偏转基本上与x-z平面垂直的y-z平面中的焦点的第二对声光偏转器(20)，其特征在于在第一对偏转器(10)的偏转器(12、12’)中和在第二对偏转器(20)的偏转器(22、22’)中随时间持续改变声频扫动，以使得焦点沿着扫描轨迹持续移动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用扫描仪系统沿着连续扫描轨迹扫描的方法
本专利技术涉及一种利用扫描仪系统沿着连续扫描轨迹扫描的方法，该扫描仪系统包括用于偏转穿过定义x-z平面中的光轴(z)的连续透镜系统的电磁波束的焦点的第一对声光偏转器以及用于偏转在基本上与x-z平面垂直的y-z平面中的焦点的第二对声光偏转器。
技术介绍
三维(3D)激光扫描技术在对生物样品进行测量(包括扫描、成像、检测、激发等)中很重要。现有技术通常应用双光子激光扫描显微镜，该双光子激光扫描显微镜使用较低光子能量的激光，其中需要两个光子来在量子事件中激发荧光团(fluorophore)，导致发射荧光光子，该荧光光子随后被检测器检测到。接近同时吸收两个光子的概率极低，从而要求高通量的激发光子，因此双光子激发实际上仅在激光束强度超过双光子阈值的激光束的焦点出现。通过模式锁定激发激光以使得以高强度到达的光子在样本处反弹也增加光子数量。通常，飞秒脉冲激光用于提供双光子激发所需的光子通量，同时保持平均激光束强度足够低以避免热样本恶化。在分析生物样品的情形下，通常优选地移动激光束的焦点而非移动样品，当使用浸没样品室(submergespecimenchamber)时或者当利用微电极对生物样品进行电记录时，这将难于实现。可以通过偏转激光束以扫描焦平面(x-y平面)中的不同点并且通过例如经由压电定位器(piezo-positioner)沿着其光轴(轴z)偏移物镜以便改变焦平面的深度，实现沿着任意轨迹移动焦点。常规通过经由例如安装在检流计扫描仪上的偏转镜的机械光学偏转部件(mechano-opticaldeflectingmeans)在给定焦平面(x-y平面)内偏转激光束来实现xY扫描。机械扫描组件(即，扫描镜和显微镜物镜)的惯性呈现关于可实现扫描速度的特定限制，因为扫描组件需要被物理偏移以便进行3D扫描。已经将快速声光偏转器(偏转器)作为常规机械光学解决方案的替代物提出。Kaplan等(“Acousto-opticlenswithveryfastfocusscanning”，OPTICSLETTERS/V01.26，No.14/July15，(2001))提出了一种由具有锁定相位的逆向传播的声波的两个偏转器组成的声光透镜，以实现仅沿着z轴的焦平面变动，而不横向移动波束。在该类型的应用中，应当生成啁啾(chirped)频率声波，即，偏转器的声光介质中的声波的频率持续改变。通过经由声光器件的光学孔径改变声频的扫动速率(sweeprate)，实现改变声光透镜的焦点。为了同时移动波束并且改变焦平面，必须改变扫动速率并且应当引入一对的两个偏转器之间的声频差异。为了沿着x轴移动焦点，应当应用在x-z平面中偏转的偏转器之间的声频差异，为了沿着y轴移动焦点，应当应用在y-z平面中偏转的该对偏转器之间的声频差异。相应对中的频率差异量确定焦点的x和y坐标。在声光扫描仪中使用上面的原理，以便提供3D扫描。在声光扫描仪中，使用四个偏转器来实现真正的3D扫描，即如在US7,227,127中所述将激发激光束聚焦到像钻石的空间体积(spatialvolume)内的多个点。在正常操作中，使用随机访问扫描，意味着可以通过向声光偏转器添加适当控制来寻址(address)3D空间中的任何选择点。该模式称作随机访问多点扫描(RAMP)。对于3D中的RAMP操作，应当用具有几乎相等的频率扫动速率但不同开始频率的随时间线性改变它们的频率的啁啾声波填充偏转器。啁啾的斜率确定焦深(focaldepth)(z水平高度(1evel))，而分别在x-z或者y-z平面中偏转的偏转器对的元件中呈现的瞬时频率给出焦点相对于轴的横向距离x和y。例如在x-y平面中偏转的该对元件中的频率函数可以被定义为：f1x＝f10x+a1x·t，f2x＝f20x+a2x·t在RAMP运算中，通过保持量a1x和a2x相等(a1x＝a2x)来控制z水平高度(保持不变)，据此遵循由f2x-f1x＝f20x-f10x确定x水平高度。在现有技术声光扫描仪中，值a1x和a2x保持相等，以便在期望的空间位置中形成稳定的焦点。RAMP模式中两个不同空间点之间的切换时间由声速确定，因为新的声波必须完全填充偏转器的光学孔径。如果孔径具有跨越声音(acrossthesound)的宽度D，则以速度vac的新的声波填充声光介质的所需的时间是：tsw＝D/vac。(在声学旋转TeO2偏转器配置中，对于15mm的孔径，该时间是21μs)。与常规RAMP模式相关联的问题之一是不能在切换时间期间进行测量，因为频率的离散改变导致焦点在空间中展开，由此多光子激发不再出现。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服与现有技术相关联的问题。具体地，本专利技术的目的是消除与声光偏转器的RAMP模式相关联的切换时间并且提供一种沿着任意扫描轨迹(曲线)持续移动焦点的新的操作模式。本专利技术已经实现：如果x-z或者y-z对中的两个偏转器中的斜率不保持相等，而是随时间变化，则可以在2D和3D中沿着轨迹(曲线)移动焦点。通过根据权利要求1的方法实现上面的目的。在所附的从属权利要求中限定本专利技术的方法的具体有利的实施例。利用本专利技术的方法，没有必要等待直至新的频率填充光学孔径，因为如果频率差异随时间持续改变，则这使得焦点沿着相邻点移动，而不需要将在空间中展开焦点的从一个测量点“跳”到另一个测量点。专利技术人已经认识到并且在理论上和实验上演示焦点的点扩展函数PSF仅根据其正在移动的实事不会变形(distort)。另一方面，可以通过适当的电子驱动器和控制软件实现声光器件的适当控制。根据附图和示例性实施例，本专利技术的进一步细节将变得显而易见。附图说明图1是经由一对声光偏转器的波束偏转的基本要素(basics)的示意图示。图2是包括聚焦在x-z和y-z平面的连续两对偏转器的现有技术扫描系统的示意图示。图3是另一现有技术扫描系统的示意图示。具体实施方式图1是经由包括第一偏转器12和第二偏转器12’的具有逆向传播的声波13和13’的用于以已知方式在x-y平面中进行扫描的一对声光偏转器10的波束偏转的基本要素的示意图示。通过传播通过的声波稍微修改组成偏转器12、12’的晶体的晶格常数，由此偏转器晶体用作可修改光栅常数的厚光学光栅。因此，由第一偏转器12将入射电磁波束14(通常为激光束)分成为未偏转零阶波束16、一阶偏转波束18和更高阶偏转波束，由于通常仅对一阶波束18感兴趣，所以在下面的讨论中忽略更高阶偏转波束。由第二偏转器12’偏转(衍射)的一阶波束18’将具有与入射波束14相同的方向，因此具有与由第一偏转器12偏转的零阶波束16相同的方向。因此，该零阶波束16一定与出射第二偏转器12’的二次衍射的一阶波束18’分离。存在用于分离零阶波束16的两种通常应用的技术。如果偏转器12、12’由各向异性晶体组成并且使用涉及慢剪切声波(slowshearacousticwaves)的各向异性布拉格(Bragg)衍射，则与未衍射零阶波束16相比将一阶衍射波束18的偏振旋转90度，因此可以经由偏振滤波器简单滤除零阶波束16。根据第二种技术，在空间上分离二次衍射的一阶波束18’和零阶波束16：两个偏转器12、12’之间的间隔d必须大于由第一偏转器12的波束本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用扫描仪系统(100)沿着连续扫描轨迹扫描的方法，所述扫描仪系统(100)包括用于偏转由定义x‑z平面中的光轴(z)的连续透镜系统(200)生成的电磁波束的焦点的第一对声光偏转器(10)以及用于偏转基本上与所述x‑z平面垂直的y‑z平面中的所述焦点的第二对声光偏转器(20)，其特征在于在第一对偏转器(10)的偏转器(12、12’)中和在第二对偏转器(20)的偏转器(22、22’)中随时间持续改变声频扫动，以使得焦点沿着扫描轨迹持续移动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种利用扫描仪系统(100)沿着连续扫描轨迹扫描的方法，所述扫描仪系统(100)包括用于偏转由定义x-z平面中的光轴(z)的连续透镜系统(200)生成的电磁波束的焦点的第一对声光偏转器(10)以及用于偏转基本上与所述x-z平面垂直的y-z平面中的所述焦点的第二对声光偏转器(20)，其特征在于在第一对偏转器(10)的偏转器(12、12’)中和在第二对偏转器(20)的偏转器(22、22’)中随时间持续并且非线性地改变声频扫动，以使得焦点沿着扫描轨迹持续移动。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下操作随时间非线性地改变所述声频扫动：-根据函数：f1x＝f10x+a1xt和f2x＝f20x+a2xt改变所述第一对偏转器(10)的偏转器(12、12’)中的声频扫动，以及-根据函数：f1y＝f10y+a1yt和f2y＝f20y+a2yt改变所述第二对偏转器(20)的偏转器(22、22’)中的声频扫动，其中斜率a1x、a2x、a1y、a2y是时间相关的，并且f10x、f20x、f10y、f20y是恒定的，并且通过-设置所述第一对偏转器(10)的偏转器(12、12’)的声频扫动之间的斜率失配，以便使得所述焦点沿着x轴以第一速度(vx)移动，以及-设置所述第二对偏转器(20)的偏转器(22、22’)的声频扫动之间的斜率失配，以便使得所述焦点沿着y轴以关于所述第一速度(vx)的第二速度(vy)移动，从而沿着...

【专利技术属性】
技术研发人员：B罗萨，G卡托纳，M维雷斯，P马克，G萨莱，A卡斯扎斯，B乔维尼，P马特亚斯，
申请(专利权)人：菲托尼克斯公司，
类型：发明
国别省市：匈牙利;HU