反向聚焦显微成像结构及方法

反向聚焦显微成像结构及方法
【专利摘要】本发明是关于一种反向聚焦的显微成像结构及方法，反向聚焦的显微成像结构包括：第一分光镜；物镜；以及相位共轭模块。其首先借由第一分光镜输入探测光并输出至物镜，又借由物镜接收探测光反射后的信号光，然后再次由第一分光镜将信号光投射至相位共轭模块。借由本发明的实施，可以对待测的生医组织进行单边探测并提高显微成像的纵向解析度。
【专利说明】反向聚焦显微成像结构及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种反向聚焦显微成像结构及方法，特别是涉及一种应用于医疗领域进行人体组织探测的反向聚焦显微成像结构及方法。
【背景技术】
[0002]图1为现有习知的一种生医检测成像结构图。其为现今生医组织成像设备提高成像分辨率的常用方法。如图1所示，其成像方式主要是局限在以探测光穿透生医组织来进行探测或激发预先注射入待测物体中的荧光物质。
[0003]该图的右方是以激光源提供同调光束，此同调光束经过分光镜后，形成两束探测光，即探测光A及探测光B，探测光A再经由分光镜反射后以物镜01聚焦至待测物体内部焦点，探测光B则由反射镜反射至待测物体的另一边并由另一物镜02聚焦至待测物体内部的同一焦点位置。而待测物体反射及散射的信号光则由两物镜分别收集至两感测器做后续信号处理。
[0004]在实际应用上图1的方法需在待测物体两侧照射探测光，这种实施方式的确也可以达到收集信号并成像的效果，但其最显著的问题是其受到待测物体厚度与待测物体部位的干扰影响甚大，一旦待测物体或待测部位的体积过于庞大或位于狭小弯曲位置，探测光欲从两面照射便产生困难，有时甚至无法做到。
[0005]由此可见，上述现有的生医检测成像结构在结构上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般制造方法又没有适切的方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的生医检测成像结构及方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

【发明内容】

[0006]本发明的目的在于，克服现有的生医检测成像结构存在的缺陷，而提供一种能达到对待测的生医组织进行单边探测并提高成像的纵向分辨率的反向聚焦显微成像结构。
[0007]本发明的另一目的，在于提供一种反向聚焦的显微成像方法。
[0008]本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的反向聚焦的显微成像结构，其包括:第一分光镜，具有第一输入端、第一导光端及第一输出端；物镜，设置于该第一导光端的光路径上；以及相位共轭模块，设置于该第一输出端的光路径上。
[0009]本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0010]前述的显微成像结构，其中该相位共轭模块为相位共轭反射镜。
[0011]前述的显微成像结构，其中该第一输入端的光路径上进一步设置有空间光调制器。
[0012]前述的显微成像结构，其中该第一输入端的光路径上进一步设置有衰减器。[0013]前述的显微成像结构，其中该第一输入端的光路径上进一步设置有透镜。
[0014]前述的显微成像结构，其中该第一输入端的光路径上进一步串设有空间光调制器及衰减器。
[0015]前述的显微成像结构，其中该第一输入端的光路径上进一步串设有电光调制器及衰减器。
[0016]前述的显微成像结构，其中该第一输入端的光路径上进一步串设有空间光调制器、电光调制器及衰减器。
[0017]前述的显微成像结构，其中该第一输入端的光路径上进一步串设有空间光调制器、电光调制器、衰减器及透镜。
[0018]前述的显微成像结构，其中该物镜接收的反射光路径上进一步设有第二分光镜，又该第二分光镜的输出光路径上设有影像检测系统。
[0019]前述的显微成像结构，其中该相位共轭模块包括:第三分光镜，具有第二导光端，率禹合于该第一输出端、第二输入端，其输入光路径上设有空间光调制器、第三输入端及第二输出端；影像感测器，设置于该第二输出端的光路径上；以及光信号处理系统，用以输出控制信号至该空间光调制器，又读取该影像感测器的输出信号。
[0020]前述的显微成像结构，其中该第一输入端的光路径上进一步串设有该空间光调制器、电光调制器及衰减器。
[0021]本发明的目的及解决其技术问题另外还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的反向聚焦的显微成像方法，其包括下列步骤:将探测光聚焦至生医组织内部，其是经由物镜将探测光聚焦于生医组织内部进行照射；收取生医组织内散射与反射的光线，其是利用物镜收取探测光在生医组织内·散射与反射的光线当成接收的信号光；利用PCM机制得到共轭信号光，其是利用本发明的相位共轭机制得到与原信号光相位共轭的共轭信号光，而此道共轭信号光为生医组织内部射出的聚焦光；以及引入原信号光并调整其光强与共轭信号光形成高明析度的干涉条纹，其是引入原信号光并调整其光束强度后，与共轭信号光形成高明析度的干涉条纹。
[0022]本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明反向聚焦显微成像结构及方法可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，借由本发明的实施，至少可达到下列进步功效:
[0023](I)以单方向的探测光照射便能倍数提高显微成像的纵向分辨率。
[0024](2)并能减少散射，提升生医成像效率。
[0025](3)高解析显微成像而不受待测生医组织厚度及部位的限制。
[0026](4)可依应用需求调整探测光束的聚焦位置，达到待测生医组织内更深层的位置。
[0027]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
【专利附图】

【附图说明】
[0028]图1为现有习知的一种生医检测提高成像分辨率的结构图。
[0029]图2为本发明实施例的一种具反向聚焦功能的显微成像结构的实施例图。[0030]图3为本发明实施例的一种显微成像结构的共轭探测光产生实施例图。
[0031]图4为本发明实施例的一种设置有空间光调制器的实施例图。
[0032]图5为本发明实施例的一种设置有衰减器的实施例图。
[0033]图6为本发明实施例的一种设置有空间光调制器及衰减器的实施例图。
[0034]图7为本发明实施例的一种设置有电光调制器及衰减器的实施例图。
[0035]图8为本发明实施例的一种设置有空间光调制器、电光调制器及衰减器的实施例图。
[0036]图9为本发明实施例的一种具相位共轭信号处理模块的实施例图。
[0037]图10为本发明实施例的一种设置有空间光调制器、电光调制器及衰减器的具相位共轭信号处理模块的实施例图。
[0038]图1lA为本发明实施例的一种具反向聚焦功能的显微成像结构的实施例图。
[0039]图1lB为图1lA增加设置有透镜的实施例图。
[0040]图12为本发明实施例的一种设置有空间光调制器、电光调制器、衰减器及透镜的实施例图。
[0041]图13为本发明第十实施结构状态的流程实施例图。
[0042]图14为本发明的一种反向聚焦的显微成像方法实施例图。
[0043]【主要元件符号说明】`
[0044]100:现有习知的生医检测成像结构图
[0045]200:具反向聚焦功能的显微成像结构
[0046]PB:探测光RB:参考光
[0047]PB*:共轭探测光RB*:共轭参考光
[0048]10:第一分光镜11:第一输入端
[0049]12:第一导光端13 --第一输出端
[0050]20:物镜30:相位共轭模块
[0051]31:第三分光镜311:第二导光端
[0052]312:第二输入端313:空间光调制器
[0053]314:第三输入端315:第二输出端
[0054]32:影像感测器33:光信号处理系统
[0055]40:第二分光镜50:影像检测系统
[0056]60:空间光调制器70:衰减器
[0057]80:电光调制器90:透镜
[0058]Sll:调整物镜位置S12:引入透镜
[0059]S13:调整透镜位置
[0060]S14:判断探测光是否达到理想的聚焦点与聚焦深度
[0061]S15:利用物镜收取生医组织内散射与反射的光线
[0062]S16:利用PCM机制得到共轭信号光
[0063]SlOO:反向聚焦的显微成像方法
[0064]S21:将探测光聚焦于生医组织内部
[0065]S22:收取生医组织内散射与反射的光线[0066]S23:利用PCM机制得到共轭信号光
[0067]S24:引入原信号光并调整其光强与共轭信号光形成高明析度的干涉条纹【具体实施方式】
[0068]为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的反向聚焦显微成像结构及方法其【具体实施方式】、结构、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。
[0069]图2为本发明实施例的一种反向聚焦显微成像结构实施例图。图3为本发明实施例的一种共轭探测光产生实施例图。图4为本发明实施例的一种设置有空间光调制器的实施例图。图5为本发明实施例的一种设置有衰减器的实施例图。图6为本发明实施例的一种设置有空间光调制器及衰减器的实施例图。图7为本发明实施例的一种设置有电光调制器及衰减器的实施例图。图8为本发明实施例的一种设置有空间光调制器、电光调制器及衰减器的实施例图。图9为本发明实施例的一种使用相位共轭模块的实施例图。图10为图9进一步设置有空间光调制器、电光调制器及衰减器的实施例图。图1lA为本发明实施例的一种具反向聚焦功能的显微成像结构的实施例图。图1lB为图1lA增加设置有透镜的实施例图。图12为本发明实施例的一种设置有空间光调制器、电光调制器、衰减器及透镜的实施例图。图13为本发明第十实施结构状态的流程实施例图。图14为本发明的一种反向聚焦的显微成像方法实施例图。
[0070]<第一实施结构状态>
[0071]如图2所示，本发明的一种具反向聚焦功能的显微成像结构200实施例，其包括:第一分光镜10 ;物镜20 ;以及相位共轭模块30。
[0072]第一分光镜 10,其具有第一输入端11、第一导光端12及第一输出端13。首先借由第一输入端11输入同调激光束作为探测光PB,然后借由第一导光端12将探测光PB输出至物镜，接着又再次借由第一导光端12接收来自物镜的信号光，最后借由第一输出端13，将接收到的信号光输出至相位共轭模块30。
[0073]物镜20则设置于第一导光端12的光路径上，物镜首先接受第一导光端12输出的探测光PB，并将其投射至例如人体组织的待探测物内，然后又接收来自待探测物反射的信号光，并将反射的信号光输出至第一导光端12。
[0074]相位共轭模块30，其设置于第一输出端13的光路径上。相位共轭模块30可为相位共轭反射镜30A或是相位共轭信号处理模块30B。
[0075]第二分光镜40，物镜20接收的反射光路径上进一步可设置第二分光镜40，第二分光镜40用以将信号光导引至第一导光端12及第二分光镜40的输出光路径上设置的影像检测系统50。
[0076]影像检测系统50可于生医照射的同时撷取信号光传回的待测生医组织的影像数据，并用以做必要的监督、观测及早期成像。
[0077]<第二实施结构状态>
[0078]如图3所示，本实施结构状态主要是依照第一实施结构状态设置，而其相位共轭模块30为相位共轭反射镜30A。
[0079]相位共轭反射镜30A在成像【技术领域】甚为常用，其大多是由铌酸锂晶体、钛酸钡晶体、光折变晶体等组成，并以特定角度研磨形成具有可反射镜面，此研磨角度一般为45度。
[0080]当引进与探测光PB相位一致的参考光RB与相位共轭反射镜30A中的信号光产生干涉时，其干涉波纹可由相位共轭反射镜30A的晶体加以记录。
[0081]而当引进与探测光PB相位相反的共轭参考光RB*打入晶体内时，晶体将会绕射出循原轨迹反向的共轭信号光，此共轭信号光经由物镜再打入生医组织内，产生一道反向聚焦的共轭探测光PB*。
[0082]探测光PB与共轭探测光PB*由待测生医组织反射的信号产生的干涉条纹，其条纹间距缩短为原探测光波长的二分之一，因此借由本发明的实施，以单方向的探测光照射成像便能提高显微成像的纵向分辨率。
[0083]<第三实施结构状态>
[0084]如图4所示，在第一及第二实施结构状态的实施例中，第一输入端11的光路径上进一步可设置空间光调制器60。空间光调制器60用来调制探测光PB各个位置的初始相位，以减少待测生医组织的散射，使探测光可聚焦至更深层的位置，且能量更为集中。如此益提升了对生医组织显微成像的效率。
[0085]〈第四实施结构状态>
[0086]如图5所示，在第一及第二实施结构状态的实施例中，第一输入端11的光路径上亦可设置衰减器70，在产生反相聚焦的共轭探测光PB*的同时，第一输入端11输入原探测光PB，并借由衰减器70调整其光强度与绕射出的共轭信号光强度相当，则此两道对打的聚焦光将产生明析度高的干涉条纹，增加成像的容易度及清晰度。
·[0087]<第五实施结构状态>
[0088]如图6所示，在第一及第二实施结构状态的实施例中，第一输入端11的光路径上可设置空间光调制器60及衰减器70，便可同时达到成像清晰与可探测至更深层组织并提升效率的多重优点。此结构的实施乃于生医组织同一侧施打探测光束成像，便可达成如4pi显微镜的两道对打光束的效果，尤其可应用至光钳及光动刀之上。
[0089]<第六实施结构状态>
[0090]如图7所示，在第一及第二实施结构状态的实施例中，第一输入端11的光路径上可设置电光调制器80及衰减器70。电光调制器80用以调制探测光的相位，以改变干涉条纹的亮纹位置，并将生医组织中观测点周围的自发性荧光解激，如此可得到更好的成像的纵向分辨率。此结果可运用在结合4pi与STED显微镜上使用。
[0091]〈第七实施结构状态〉
[0092]如图8所示，在第一及第二实施结构状态的实施例中，第一输入端11的光路径上可设置空间光调制器60、电光调制器80及衰减器70。其目的是结合三者的功能优点达到提升分辨率、获得明亮的干涉条纹、及可达更深层组织聚焦等优点。
[0093]<第八实施结构状态>
[0094]如图9所示，上述第二至第七实施结构状态中，每一实施结构状态的相位共轭反射镜30A均可以由相位共轭信号处理模块30B加以置换。本实施结构状态中的相位共轭信号处理模块，其包括:第三分光镜31 ;影像感测器32 ;以及光信号处理系统33。
[0095]第三分光镜31,具有第二导光端311,稱合于该第一输出端13 ;第二输入端312,其输入光路径上设有空间光调制器313 ;第三输入端314及第二输出端315。
[0096]影像感测器32，设置于第二输出端的光路径上，影像感测器其为侦测自生医组织反射的信号光及共轭信号光，并加以记录及输出相对应的电子信号。
[0097]光信号处理系统33，其为处理器电路系统，用以输出控制信号至空间光调制器313，并读取影像感测器32的输出信号执行成像或其它应用。
[0098]<第九实施结构状态>
[0099]如图10所示，上述第九实施结构状态中，第一输入端11的光路径上进一步可串设空间光调制器313、电光调制器80及衰减器70，以结合三者的功能以达到提升分辨率、获得明亮的干涉条纹、及可达更深层组织聚焦等优点。
[0100]〈第十实施结构状态〉
[0101]如图1lB所示，在第一及第二实施结构状态的实施例中，第一输入端11的光路径上亦可进一步设置透镜90，在本发明实施例施行的同时，透镜90可调整探测光PB聚焦的位置及聚焦深度使探测光PB可以在待测生医组织内的任意位置上聚焦，使应用层面更加广泛。
[0102]又如图13所示，为第十实施结构状态的操作流程图，首先调整物镜位置(Sll)使激光束聚焦至生医组织接口处并由物镜20接收接口处的反射光(如图1lA所示)；接着，弓丨入透镜(S12)并调整透镜位置(S13)，然后判断探测光是否达到理想的聚焦点与聚焦深度(S14);又如图1lB所示，当探测光达到理想的聚焦点与聚焦深度时，再利用物镜20收取生医组织内散射与反射的光线(S15)当作信号光，最后利用PCM机制得到共轭信号光(S16)，而此道共轭信号光为生医内部射出的聚焦光。本发明的反向聚焦功效，不仅可使物镜20接收到较多接口的反射光，对于此系统的记录效率更加提升，亦可供二倍显微镜、三倍显微镜及多光子荧光显微镜等非线性光学显微镜所应用。
`[0103]透镜90对探测光PB聚焦位置的调整功能，更可进一步加设于第三实施结构状态至第九实施结构状态等各实施结构状态的第一输入端11的光路径上使本发明的应用更具弹性。
[0104]如图12所示为增加设置透镜90的第七实施结构状态的实施例图。〈反向聚焦的显微成像方法>
[0105]如图14所示，为本发明的一种反向聚焦的显微成像方法S100，其包括下列步骤:将探测光聚焦于生医组织内部(步骤S21);收取生医组织内散射与反射的光线(步骤S22);利用PCM机制得到共轭信号光(步骤S23)及引入原信号光并调整其光强与共轭信号光形成高明析度的干涉条纹(步骤S24)。
[0106]将探测光聚焦于生医组织内部(步骤S21)，其是经由物镜20将探测光PB聚焦于生医组织内部进行照射。
[0107]收取生医组织内散射与反射的光线(步骤S22)，其是利用物镜20收取探测光PB在生医组织内散射与反射的光线当成接收的信号光。
[0108]利用PCM机制得到共轭信号光(步骤S23)，其是利用本发明的相位共轭(PCM)机制得到与原信号光相位共轭的共轭信号光，而此道共轭信号光为生医组织内部射出的聚焦光。
[0109]引入原信号光并调整其光强与共轭信号光形成高明析度的干涉条纹(步骤S24)，其是引入原信号光并调整其光束强度后，与共轭信号光形成高明析度的干涉条纹。
[0110]借由以上步骤的实施，本发明的一种反向聚焦的显微成像方法SlOO形成高明析度干涉条纹的聚焦现象可运用在医学治疗仪器的光钳及光动力刀上，并可具有4pi显微镜的高明析度与高分辨率功能。
[0111]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作 的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【权利要求】
1.一种反向聚焦的显微成像结构，其特征在于其包括: 第一分光镜，具有第一输入端、第一导光端及第一输出端； 物镜，设置于该第一导光端的光路径上；以及 相位共轭模块，设置于该第一输出端的光路径上。
2.根据权利要求1所述的显微成像结构，其特征在于该相位共轭模块为相位共轭反射镜。
3.根据权利要求1所述的显微成像结构，其特征在于该第一输入端的光路径上进一步设置有空间光调制器。
4.根据权利要求1所述的显微成像结构，其特征在于该第一输入端的光路径上进一步设置有衰减器。
5.根据权利要求1所述的显微成像结构，其特征在于该第一输入端的光路径上进一步设置有透镜。
6.根据权利要求1所述的显微成像结构，其特征在于该第一输入端的光路径上进一步串设有空间光调制器及衰减器。
7.根据权利要求1所述的显微成像结构，其特征在于该第一输入端的光路径上进一步串设有电光调制器及衰减器。
8.根据权利要求1所述的显微成像结构，其特征在于该第一输入端的光路径上进一步串设有空间光调制器、电光调制器及衰减器。
9.根据权利要求1所述的显微成像结构，其特征在于该第一输入端的光路径上进一步串设有空间光调制器、电光调制器、衰减器及透镜。
10.根据权利要求1至9任一权利要求所述的显微成像结构，其特征在于该物镜接收的反射光路径上进一步设有第二分光镜，又该第二分光镜的输出光路径上设有影像检测系统。
11.根据权利要求1所述的显微成像结构，其特征在于该相位共轭模块包括: 第三分光镜，具有第二导光端，耦合于该第一输出端、第二输入端，其输入光路径上设有空间光调制器、第三输入端及第二输出端； 影像感测器，设置于该第二输出端的光路径上；以及 光信号处理系统，用以输出控制信号至该空间光调制器，又读取该影像感测器的输出信号。
12.根据权利要求11所述的显微成像结构，其特征在于该第一输入端的光路径上进一步串设有该空间光调制器、电光调制器及衰减器。
13.一种反向聚焦的显微成像方法，其特征在于其包括下列步骤: 将探测光聚焦至生医组织内部，其是经由物镜将探测光聚焦于生医组织内部进行照射； 收取生医组织内散射与反射的光线，其是利用物镜收取探测光在生医组织内散射与反射的光线当成接收的信号光； 利用PCM机制得到共轭信号光，其是利用本发明的相位共轭机制得到与原信号光相位共轭的共轭信号光，而此道共轭信号光为生医组织内部射出的聚焦光；以及 引入原信号光并调整其光强与共轭信号光形成高明析度的干涉条纹，其是引入原信号光并调整其光束强度后， 与共轭信号光形成高明析度的干涉条纹。
【文档编号】A61B5/00GK103584834SQ201210308029
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年8月27日 优先权日:2012年8月16日
【发明者】孙庆成, 余业纬, 林哲巨, 陈思妤 申请人:中央大学