一种基于梯度反射的多层信号共面并行探测方法与流程

本发明涉及光学信号探测技术领域，尤其是涉及一种基于梯度反射的多层信号共面并行探测方法。

背景技术

在生物成像领域，在对较大样本进行成像时，通常采用表面浅层成像。通过压电扫描器带动物镜轴向移动或三维平移台带动样本产生机械切削去除掉已成像样本部分。通过这种方式，探测器顺序探测样本不同轴向位置信号。但是，当需要进一步提高成像样本的体积时，显微成像系统的采集时间将会大幅度被延长。另外，当探测活体生物信号的瞬时变化过程时，顺序成像方式无法在信号消失前获得较大体积的轴向信号。因此，需要探寻一种可以快速获得生物三维信号探测方式。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种基于梯度反射的多层信号共面并行探测方法，以缩短探测器在获取样本不同轴向位置时的探测时间间隔。

为便于说明，本文定义：轴向，与多层信号传播方向平行的方向；横向，与轴向垂直的方向，即成像平面；远程位置，多层信号的成像位置。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种基于梯度反射的多层信号共面并行探测方法，包括如下步骤：

步骤1，产生一组多层信号，多层信号中相邻层信号存在轴向位移差；

步骤2，多层信号通过轴向反射补偿，消除轴向位移差；

步骤3，补偿后的多层信号共面，并清晰成像于同一探测面上。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：实现了对多层信号的共面并行探测，有利于提高系统的三维成像速度；缩短探测器在获取样本不同轴向位置时的探测时间间隔；对于不同形状及不同三维参数的信号均有较强的可适用性，突破了传统成像方式下同时探测三维信号的局限。

附图说明

图1是多层信号在xz面的投影示意图；

图2是多层信号在xy面的投影示意图；

图3是多层信号在yz面的投影示意图；

图4是探测装置的结构示意图；

图5是梯度补偿反射镜的主视图；

图6是图5的右视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了便于说明，给出其中一种满足条件的多层信号实例，本发明可适用的信号并不局限与此。图1～图3所示，多层信号是一种同时具有轴向和横向间隔的三个条带信号，其中，z轴方向即为轴向，xy面为平行物镜的成像平面，信号在成像平面上的距离分别为δx1和δx2，在信号轴向间隔分别为δz1和δz2。

本发明提供了一种基于梯度反射的多层信号共面并行探测方法，包括如下步骤：

步骤1，产生一组多层信号，多层信号中相邻层信号存在轴向位移差；

步骤2，多层信号通过轴向反射补偿，消除轴向位移差；

步骤3，补偿后的多层信号共面，并清晰成像于同一探测面上。

作为优选的，步骤2中所述轴向反射补偿包括如下步骤：

步骤2.1，将信号源发出的多层信号经过聚焦后成像在远程位置；

步骤2.2，在远程位置利用平面反射镜测量此处多层信号中各组成信号之间的轴向、横向间隔；

步骤2.3，选择与步骤2.2测量结果相匹配的梯度补偿反射镜置于远程位置，校准后对多层信号进行补偿，并反射发送到探测器。

作为优选的，所述步骤2.2中的测量包括如下步骤：

步骤2.21，轴向移动平面反射镜直至多层信号中的一层信号能清晰成像，并记录此时的图像及平面反射镜的位置；

步骤2.22，重复步骤2.21，使得多层信号中的每一层信号按顺序被清晰成像，并记录每一层信号清晰成像时图像及平面反射镜的位置，所有记录位置之间的距离即为多层信号中各组成信号之间的轴向间隔；

步骤2.23，将所有记录的单层清晰图像叠加到同一张图像中，选择各组成信号的中心位置为测量位置，分别测量相邻组成信号的横向间隔，除以系统放大率后即得到组成信号之间的横向间隔。

作为优选的，所述步骤2.3中的校准包括如下步骤：

步骤2.31，横向移动梯度补偿反射镜，直至多层信号中的一层信号处于梯度补偿反射镜相应补偿平面的中心；

步骤2.32，重复步骤2.31，使得多层信号中的每一层均处于梯度补偿反射镜相应补偿平面的中心；

步骤2.33，轴向移动梯度补偿反射镜，直至多层信号中的一层信号能清晰成像；

步骤2.34，重复步骤2.33，直至多层信号均能清晰成像，完成校准。

作为优选的，所述多层信号是光学信号；多层信号的组成信号之间在轴向和横向上均具有间隔，使得信号同时投影到同一探测面上无重叠。

作为优选的，所述梯度补偿反射镜包括多个平行设置的补偿平面，相邻补偿平面的轴向物理间隔是对应相邻光信号的轴向间距的一半，相邻补偿平面中心的横向距离与对应相邻信号的横向距离相等。

本发明的技术方案还提供一种基于梯度反射的多层信号共面并行探测装置，如图4所示，包括：光信号源，远程聚焦组件，轴向反射补偿组件6及面阵探测器8。

光信号源，其用于产生具有轴向位移差的多层光信号。

远程聚焦组件，其用于将多层光信号聚焦并成像在远程位置。

轴向反射补偿组件6，其位于所述远程位置，用于对多层光信号进行轴向位移差补偿。

面阵探测器8，其用于探测多层光信号经过补偿后形成的共面光信号。

其中光信号源、远程聚焦组件、轴向反射补偿组件6依次布置于多层光信号的轴向上。多层光信号依次经过远程聚焦组件、轴向反射补偿组件6后由面阵探测器8接收探测。

作为优选的，所述光信号源产生的多层光信号的组成信号之间存在横向间隔，使得信号同时投影到同一探测面上无重叠。

作为优选的，所述远程聚焦组件包括第一物镜1、第一透镜2、第二透镜3和第二物镜5，所述多层光信号由第一物镜1进入，依次经过第一透镜2和第二透镜3的折射后，再经第二物镜5后在远程位置成像。

作为优选的，所述第二物镜5的数值孔径不小于所述第一物镜1。

作为优选的，所述第二物镜5与所述第一物镜1所处介质的折射率之比等于所述第二透镜3与所述第一透镜2的焦距之比。信号位第一物镜1前，由于不同层信号产生轴向偏移在第一物镜1后瞳面的像差将会被第二物镜5所抵消，从而具有轴向偏移的信号可以无像差地成像在远程位置。其中，第一透镜2和第二透镜3组成的透镜对，该透镜对可将第一物镜1后瞳面的相位传递到第二物镜5后瞳面位置。

作为优选的，所述轴向反射补偿组件6包括梯度补偿反射镜，该梯度补偿反射镜包括多个平行设置的补偿平面，多层光信号的每层信号在对应反射面上反射；相邻补偿平面的轴向物理间隔是对应相邻光信号的轴向间距的一半，相邻补偿平面中心的横向距离与对应相邻信号的横向距离相等。

如图5和图6所示，m1、m2和m3分别为梯度补偿反射镜的补偿平面，补偿平面在xy面的x方向上的间隔和多层信号在成像平面上的距离相同，分别为δx1和δx2。补偿平面的轴向间隔分别为对应相邻光信号的轴向间距的一半，即补偿平面的轴向间隔分别为1/2δz1和1/2δz2。

作为优选的，所述梯度补偿反射镜的每个补偿平面与多层光信号的轴向垂直布置。

作为优选的，所述相邻补偿平面之间的过渡面与补偿平面垂直，以减少过渡面在xy面投影的面积，从而使提高补偿平面的有效面积。

作为优选的，还包括信号分束器4，其位于远程聚焦组件的第二透镜3和第二物镜5之间，用于将轴向反射补偿组件6补偿后形成的共面光信号分离，并传输至面阵探测器8的同一探测面上以供信号检测。

作为优选的，还包括筒镜7，其位于信号分束器4与面阵探测器8之间，用于信号分束器4分离出的共面光信号传递给面阵探测器8。

以上所述的多层信号为条带状，仅为本发明的一般实施例，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。