【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于荧光成像领域，更具体地，涉及一种高速单物镜三维荧光成像系统。
技术介绍
1、荧光显微镜是生命科学中研究细胞、组织和发育生物体时空动力学的不可或缺的工具，先进的显微镜的不断发展帮助推动了细胞和发育生物学以及神经科学等领域的进步。单物镜光片荧光显微镜，部署了一种全新的成像模态。相较于正交的光片显微镜具有较少的光学元件，光路构造简单，可以极大程度的减少激发和探测光路的光子损失，大大提升光子的利用效率，使得获取图像的信噪比和分辨率都能大大提升。
2、单物镜光片荧光显微镜在图像探测过程中，探测方向与照明光片不相互正交，这就意味着探测器无法获得原始切片，而是光片切片在探测面上的投影。在一些荧光成像系统种，通过增加光学元件进行像面矫正，例如使用两枚物镜进行远程聚焦，使得探测方向与光片正交。然而像面矫正导致收光效率低，进而导致成像质量下降，更重要的是无法灵活变焦，限制了单物镜荧光显微镜的应用范围。
3、此后发展出了无需斜平面矫正的单物镜荧光成像系统，通过卷帘曝光成像、横向扫描堆叠、柱状镜拉伸等技术，取代斜平面矫正的光学元件。然而在这类无斜平面矫正的单物镜非正交探测荧光成像系统中，对于三维荧光成像的速度，远比正交光片荧光成像系统或者采用光学元件进行像面矫正的荧光成像系统慢，无法进行高速的三维荧光成像。
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种高速单物镜三维荧光成像系统，其目的在于在成像光路上设置电可调谐透镜，改变焦平面与照明光片的
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种高速单物镜三维荧光成像系统，具有成像物镜、以及相机；
3、照明光通过所述成像物镜后瞳边缘进入，从所述成像物镜出射形成照明光片；照明光片与成像物镜的前表面成交角 θ，即光片倾角， θ∈（0，π/2）；
4、所述相机成像平面垂直于光轴，其对倾斜光片照明的平面直接探测获得倾斜平面在相机上的投影；
5、在成像光路上具有电可调谐透镜，其改变焦平面与照明光片的相对位置，使所述电可调谐透镜的调焦范围覆盖所述照明光片的瑞利范围，所述电可调谐透镜调焦速度与相机景深以及曝光频率相匹配，使得照明光片瑞丽范围内的激发荧光沿轴向顺序被收集成像。
6、优选地，所述高速单物镜三维荧光成像系统，其所述相机采用卷帘曝光，卷帘曝光频率与所述电可调谐透镜同步。
7、优选地，所述高速单物镜三维荧光成像系统，其采用线性变化的电压信号作为所述电可调谐透镜的调焦信号，且满足：
8、；
9、其中， θ为光片倾角， rayleigh_range为光片瑞丽范围，为所述电可调谐透镜的调焦范围， m为放大倍率，为物镜焦平面变化范围， raw_ep为相机曝光行数， pixel_ size为相机像元大小， line_delay为两行像素的延迟曝光时间， time_exp为单张曝光时间。
10、优选地，所述高速单物镜三维荧光成像系统，其所述电可调谐透镜的调焦信号为三角波信号，其每一周期具有相同变化率的上升波段和下降波段，在上升波段和下降波段相机卷帘曝光方向相反，以匹配焦平面变化方向，有：
11、；
12、其中，为三角波信号的周期。
13、优选地，所述高速单物镜三维荧光成像系统，其所述照明光片进行横向和/或轴向扫描；
14、当照明光片处于特定位置的时间段内，所述电可调谐透镜完成一个周期的焦平面位置改变，在该周期内使相机成像范围覆盖所述照明光片的瑞丽范围。
15、优选地，所述高速单物镜三维荧光成像系统，其所述照明光片经过横向扫描模块，所述横向扫描模块用于沿横向改变照明光片的位置，包括振镜、声光偏转器和/或投射可旋转平行平板；所述振镜小角度扫描最大频率为1khz，响应时间为400us；
16、和/或
17、所述照明光片经过轴向扫描模块，用于沿成像物镜光轴方向改变照明光片的位置，所述轴向扫描模块包括转盘透镜和/或远程扫描反射镜。
18、优选地，所述高速单物镜三维荧光成像系统，其具有二项色镜，照明光路和探测光路经二向色镜形成照明探测共用光路，所述电可调谐透镜处于二项色镜和相机之间。
19、优选地，所述高速单物镜三维荧光成像系统，其所述照明光片经过横向扫描模块和/或轴向扫描模块，所述横向扫描模块和/或轴向扫描模块设置于照明探测共用光路上。
20、优选地，所述高速单物镜三维荧光成像系统，其所述电可调谐透镜的响应时间在5ms-10ms之间，输入信号频率位于1hz到1khz之间，10倍物镜下最大调焦范围2mm以上。
21、优选地，所述高速单物镜三维荧光成像系统，其所述照明光片为贝塞尔光片。
22、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
23、本专利技术提供的高速单物镜三维荧光成像系统，在成像光路上设置电可调谐透镜，利用电可调谐透镜的变焦功能改变电可调谐透镜，从而快速遍历照明光片的瑞利范围，在不降低照明光片扫描速度的前提下，充分利用照明光片的瑞丽范围，突破了无需斜平面矫正的单物镜荧光成像系统对于特定位置照明光片成像平面受到的景深限制，提高单物镜三维荧光成像系统的成像速度，减少三维数据对其的计算量，并提高输出的三维荧光图像质量。
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1.一种高速单物镜三维荧光成像系统，其特征在于，具有成像物镜、以及相机；
2.如权利要求1所述的高速单物镜三维荧光成像系统，其特征在于，所述相机采用卷帘曝光，卷帘曝光频率与所述电可调谐透镜同步。
3.如权利要求2所述的高速单物镜三维荧光成像系统，其特征在于，采用线性变化的电压信号作为所述电可调谐透镜的调焦信号，且满足：
4.如权利要求1所述的高速单物镜三维荧光成像系统，其特征在于，所述电可调谐透镜的调焦信号为三角波信号，其每一周期具有相同变化率的上升波段和下降波段，在上升波段和下降波段相机卷帘曝光方向相反，以匹配焦平面变化方向，有：
5.如权利要求2所述的高速单物镜三维荧光成像系统，其特征在于，所述照明光片进行横向和/或轴向扫描；
6.如权利要求5所述的高速单物镜三维荧光成像系统，其特征在于，所述照明光片经过横向扫描模块，所述横向扫描模块用于沿横向改变照明光片的位置，包括振镜、声光偏转器和/或投射可旋转平行平板；优选，所述振镜小角度扫描最大频率为1kHz，响应时间为400us；
7.如权利要求1所述的高速单物
8.如权利要求7所述的高速单物镜三维荧光成像系统，其特征在于，所述照明光片经过横向扫描模块和/或轴向扫描模块，所述横向扫描模块和/或轴向扫描模块设置于照明探测共用光路上。
9.如权利要求1所述的高速单物镜三维荧光成像系统，其特征在于，所述电可调谐透镜的响应时间在5ms-10ms之间，输入信号频率位于1Hz到1kHz之间，10倍物镜下最大调焦范围2mm以上。
10.如权利要求1所述的高速单物镜三维荧光成像系统，其特征在于，所述照明光片为贝塞尔光片。
...【技术特征摘要】
1.一种高速单物镜三维荧光成像系统，其特征在于，具有成像物镜、以及相机；
2.如权利要求1所述的高速单物镜三维荧光成像系统，其特征在于，所述相机采用卷帘曝光，卷帘曝光频率与所述电可调谐透镜同步。
3.如权利要求2所述的高速单物镜三维荧光成像系统，其特征在于，采用线性变化的电压信号作为所述电可调谐透镜的调焦信号，且满足：
4.如权利要求1所述的高速单物镜三维荧光成像系统，其特征在于，所述电可调谐透镜的调焦信号为三角波信号，其每一周期具有相同变化率的上升波段和下降波段，在上升波段和下降波段相机卷帘曝光方向相反，以匹配焦平面变化方向，有：
5.如权利要求2所述的高速单物镜三维荧光成像系统，其特征在于，所述照明光片进行横向和/或轴向扫描；
6.如权利要求5所述的高速单物镜三维荧光成像系统，其特征在于，所述照明光片经过横向扫描模块，所述横向扫描模块用...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈星宇，费鹏，赵方，赵宇轩，
申请(专利权)人：武汉慧观生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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