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申请/专利权人：北京大学

摘要：本发明公开了一种大视场无像差轴向扫描光片荧光显微成像装置及其方法。本发明使用高数值孔径的激发物镜实现大数值孔径的光片成像，光片层切能力强分辨率高；通过改变空间光场调控系统的相位全息图，结合以目标光场的强度分布作为反馈机制的反馈式无像差轴向扫描算法计算相位分布，调节激发光经高数值孔径的激发物镜无像差的沿光轴方向移动，实现大视场无像差范围的光片显微成像，同时实现高层切能力高分辨率和大视场范围的光片荧光显微成像；本发明在不移动任何机械和光学元件的情况下，在不引入像差的前提下，完全消除了运动模糊并极大地扩大光片成像范围，进一步拓展了高数值孔径超薄光片显微成像技术的视场范围；应用于光片荧光显微成像领域。

主权项：1.一种大视场无像差轴向扫描光片荧光显微成像装置，其特征在于，所述大视场无像差轴向扫描光片荧光显微成像装置包括：激光光源、高斯光扩束准直装置、空间光场调控系统、4f中继缩束系统、二维扫描系统、远心扫描矫正系统、激发物镜、样品架、平移台、探测物镜、第二管镜、相机以及控制装置；其中，光轴方向为z方向；样品架设置在平移台上，样品放置在样品架上；空间光场调控系统、二维扫描系统和相机连接至控制装置；空间光场调控系统包括二分之一波片、棱镜和空间光调制器；激发物镜为高数值孔径的物镜；激光光源发射出线偏振的高斯光束作为激发光，线偏振的高斯光束经高斯光扩束准直装置进行准直并扩束后，进入空间光场调控系统，通过二分之一波片调整光束的线偏振方向，使得空间光场调控系统达到最大的调制效率；通过空间光调制器改变光场相位，调整激发光经过激发物镜后聚焦的位置，采用反馈式无像差轴向扫描算法，计算得到无像差的沿光轴移动的焦点的目标光场所需的相位分布，通过空间光场调控系统上加载通过反馈式无像差轴向扫描算法得到相位分布的相位全息图，调整激发光在通过激发物镜后的沿光轴方向的聚焦位置；经过4f中继缩束系统后空间光调制器出射的光场被缩束并中继到二维扫描系统上，二维扫描系统在x方向快速扫描行成光片，光片位于x-z平面，在y方向上扫描实现三维层切；经过远心扫描矫正系统进行几何校正生成强度分布均匀的光片并将空间光调制器出射光场中继到激发物镜的后焦面上，由激发物镜聚焦后在激发物镜前方形成x-z平面的光片，高数值孔径的激发物镜聚焦形成的光片，层切能力强三维分辨率高，同时聚焦区域很短使得视场范围小；调节平移台使得样品位于光片处；样品中的荧光蛋白受到光片激发产生荧光；探测物镜与激发物镜正交放置，探测物镜的光轴与激发物镜的y方向平行；探测物镜直接观察光片所在的x-z平面，荧光直接由探测物镜收集，经第二管镜汇聚到相机上成像；进一步，按照反馈式无像差轴向扫描算法计算得到相位分布，通过改变空间光场调控系统的相位全息图，能够调节激发光经高数值孔径的激发物镜后的聚焦位置无像差地沿光轴方向即z方向移动；控制装置通过控制空间光场调控系统控制激发光在z方向上的位置进行相位全息图刷新，同时控制装置通过控制二维扫描系统控制激发光在x方向上的位置进行扫描，并且控制装置同时控制空间光调制系统的相位全息图刷新和二维扫描系统的二维扫描的时序匹配，实现在x-z平面上光片的逐行扫描形成x-z平面的大视场光片，最终实现大视场的光片荧光显微成像；在完成一个x-z平面上光片的扫描后，二维扫描系统在y方向上扫描，完成三维层切；结合高数值孔径的激发物镜和反馈式无像差轴向扫描算法，从而同时实现高层切能力高分辨率和大视场范围的光片荧光显微成像。

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