具有波前传感器的扫描激光显微镜制造技术

物体的增强分辨率图像由扫描激光显微镜（１０）产生，该显微镜包括用于通过聚焦探测光束（２２）扫描物体（１２）的照明臂（１４）以及用于接收来自该物体的光线的检测臂（１６）。该检测臂包括采集并检测来自该物体（１２）的光线的检测器（３４），以为多个像素产生像素数据。此外，该检测臂包括用于检测来自该物体的光线相位变化的波前传感器（３６），以为扫描的像素位置产生波前数据。通过在每一像素位置采集的光线的波前形状，可确定高频频谱，其对应于从该像素位置的小尺度特征衍射的未采集的光线。基于这些扫描的像素位置的高频频谱，产生目标区域的增强分辨率图像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及扫描激光显微镜。具体地，本专利技术涉及具备波前传感器的扫描激光显微镜，以从扫描的像素位置采集波前数据。从波前传感器采集的波前数据可用于产生增强分辨率的图像。
技术介绍
公知的扫描激光显微镜包括照明臂与检测臂。该照明臂产生聚焦的探测光束，其在样本或物体上扫描。在扫描的同时，采集并检测反射的、散射的或发射的光线，以在像素的基础上成像。该显微镜的检测臂可包括光谱滤光镜(用于荧光或光致发光成像)，空间滤光镜(用于共焦成像)和/或偏振分析仪(用于偏振成像)。扫描激光显微镜的检测臂包括物镜，其采集从照亮点衍射的光线。该物镜采集从低空间频率特征衍射的光线，换言之，来自入射聚焦点区域内物体的较大与较慢的变化特征。光线还从高空间频率特征衍射，其定义为入射聚焦点区域内物体的快速变化特征。来自高空间频率特征的光线以大角度散射，其超过了物镜的直径，并因此采集不到。在常规的扫描激光显微镜中，为每个像素检测入射到检测器上全部光束。这实际上是检测的光束的空间积分。检测光束的内容受到物镜能力的限制，以采集从物体衍射的光线。该典型的衍射限制，其确定显微镜的分辨率，基于采集到的光线的积分。在一些公知的扫描激光显微镜中，增加了一种hartmann-shack波前传感器(HSW)测量光束的波前形状，以校正光线误差。hartmann-shack波前传感器包括微透镜阵列与传感器阵列，例如CCD摄像头。微透镜阵列的每个透镜采样入射场并聚焦在传感器阵列的一个点上。传感器阵列检测到的每个点的强度表示采样场的强度，并且每个点的位移表示该子区域(即局部波前斜面)中场相位的梯度。来自hartmann-shack波前传感器的波前形状信息用于驱动显微镜照明臂中的变形反射镜，以降低存在的任何成像失真。在通过失真介质成像样本的情况下，使用波前传感器与变形反射镜是有益的。一个示例是当要成像的物体位于引入球面像差的厚玻璃片之下时。其它应用已经包括了天文学与眼科学。
技术实现思路
简言之，本专利技术提供一种扫描激光显微镜，其包括1)用于通过聚焦的探测光束扫描物体的照明臂；2)用于从物体接收光线的检测臂，该检测臂包括a)用于采集并检测来自物体的光线的检测器，以便为多个像素的每一个产生像素数据b)用于检测来自物体的光线相位变化的波前传感器，以为所述多个像素的每一个产生波前数据3)数据处理器，用于基于每个像素的像素数据和波前数据为所述多个像素产生图像数据。在另一方面，本专利技术提供一种扫描显微镜，包括1)用于在物体的像素位置上扫描聚焦光点的照明臂；2)用于从照亮的像素位置采集光线的物镜；3)用于在每个像素位置检测采集的光线的波前形状的波前传感器；4)用于通过在每个像素位置检测的波前形状导出该像素位置的图像信息的数据处理器；以及5)用于根据为这些像素位置导出的图像信息，显示该物体图像的显示器。在另一方面，本专利技术提供一种物体高分辨率图像的方法，该方法包括1)扫描图像以在多个像素位置产生表示光线强度的像素数据；2)基于该像素数据显示物体图像；3)选择图像的目标区域；4)扫描该图像的目标区域；5)对于该目标区域的每个像素位置，产生该像素位置的波前形状数据；6)基于该目标区域每个像素位置的波前形状数据，为该目标区域的每个像素位置产生图像数据，以及7)基于该图像数据，显示该目标区域的图像。在另一方面，本专利技术提供物体的增强分辨率扫描图像的方法，该方法包括1)标识物体的目标区域，其具有小尺度特征；2)通过聚焦光束扫描该目标区域的各个像素位置；3)从这些扫描的像素位置采集光线；4)检测来自这些扫描的像素位置的光线的波前形状；5)通过来自每一像素位置的采集的光线的波前形状确定高频光谱，该光谱对应于从该扫描的像素位置的小尺度特征散射的未采集光线；以及6)基于这些扫描的像素位置的高频光谱，提供目标区域的增强分辨率图像。在另一方面，本专利技术提供产生物体图像的方法，该方法包括1)通过入射聚焦点照亮物体；2)采集从该物体低空间频率特征衍射的光线；3)测量所采集的光线强度；4)基于采集的光线的波前信息导出物体的高空间频率特征；以及5)基于导出的高空间频率特征，显示物体的增强分辨率图像。附图说明图1为本专利技术的扫描激光显微镜的方框图。图2为详细表示扫描激光显微镜检测臂的示意图。图3A表示利用常规检测方法扫描的物体的共焦图像，具有标识的目标区域。图3B为目标区域的放大图像，显示了该区域中的像素位置。图3C为来自图3B像素区域的HSWS图像。图3D为图3C HSWS图像的局部放大图像。图3E为根据图3C示出的HSWS波前数据计算的光瞳上的相位图。图4为表示在扫描激光显微镜中物体上入射聚焦点产生的光线衍射的示意图。图5为空间频谱图，其表示利用解析延拓法确定与测量的低频谱关联的唯一高频谱。图6A表示截短的二维高斯强度分布。图6B表示使用二维解析延拓法确定的高斯延拓曲线。图6C表示图6A与图6B二维频谱的剖面，说明截短的与延拓的谱。具体实施例方式本专利技术为改进的扫描激光显微镜，其包括用于检测来自物体中目标位置光线相位变化的波前传感器。该相位变化表示在目标区域中每一扫描像素位置处采集的光线的波前形状。通过该波前形状，可导出对应于未采集的散射光线的高频光谱。该散射光线由扫描像素位置的小尺度特征产生。然后基于这些扫描的像素位置的高频光谱，可产生目标区域的增强分辨率图像。本专利技术基于这样的承认，即在扫描激光显微镜的检测臂中的采集光线中比在通常使用的显微镜中存在更多的信息。通过与常规检测方法共同使用波前传感器，空间频率超过系统截止点之上的部分可通过可测量的频谱确定，该频谱由通过波前传感器采集的光线表示。通过该导出的较高空间频率信息，可生成目标区域的增强图像。图1为扫描激光显微镜10的方框图，其提供扫描物体12(或样本)的所选区域的增强分辨率图像。扫描激光显微镜10包括照明臂14，检测臂16，计算机18，以及图像显示器20。照明臂14提供在物体12上扫描的聚焦探测光束22。照明臂14包括激光器24，在两个方向上扫描光束22的光束扫描仪26，以及用于在物体12上聚焦点S处聚焦光束22的聚焦透镜28。检测臂16包括物镜30，光束反扫描仪31，分光镜32，检测器34，以及波前传感器36。物镜30采集从物体12反射的，散射的和发射的光线作为光束38。光束反扫描仪31将该光束带回光轴。分光镜32将采集的光束38分离为第一光束38A与第二光束38B。检测器34接收第一光束38A，而波前传感器38接收第二光束38B。在操作中，聚焦的光束22在物体12上扫描，采集光线38，并且由检测器34同时检测第一光束38A的强度。结果，从检测器34向计算机18提供像素数据，该数据表示从由光束22扫描的每一像素位置接收的第一光束38A的综合强度。计算机18处理该像素数据，以产生在显示器20上显示的图像数据。然后用户选择图像中的目标区域，以供更高分辨率视图。例如可通过在显示器上目标区域附近绘制方框进行这样的选择。计算机18然后使照明臂14在目标区域中扫描光束22。在目标区域中的每一个扫描的像素位置，用波前传感器36进行第二光束38B的波前测量，并将其提供至计算机18。波前传感器36优选的为hartmann-shack波前传感器(HSWS)。该波前传感器包括微本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扫描激光显微镜，包括：用于通过聚焦探测光束扫描物体的照明臂；用于从该物体接收光线的检测臂，该检测臂包括用于采集并检测来自该物体的光线的检测器，以便为多个像素的每一个产生像素数据，以及用于检测来自该物体的光线相位变化的波前 传感器，以便为多个像素的每一个产生波前数据；以及数据处理器，用于基于每个像素的像素数据和每个像素的波前数据，为该多个像素产生图像数据。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：马修RC阿特金森，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]