一种横向扫描变焦的光学成像方法及系统

1.本发明涉及光片荧光显微成像技术领域，尤其涉及的是一种横向扫描变焦的光学成像方法及系统。

背景技术：

2.光片荧光显微镜作为生命科学领域的一个重要成像方法，由于具有独特的照明与探测方式，而逐渐受到广泛的关注。照明路仅照亮激发样品的薄层区域，从照明路垂直的方向采集发射荧光信号，实现了高的时间-空间分辨率、低光漂白和光毒性的长时间体成像。在光片荧光显微镜的三维体成像中，需要在不同的轴向位置进行扫描拍摄二维图像。常规的扫描方法有采用步进电机或压电马达实现机械移动样本，但机械扫描导致的样本抖动可能会干扰敏感的生物样本，会产生成像伪影，并且无法追踪单粒子追踪或斑马鱼心跳等一些快速动态的过程。对于上述问题，现有方案通过将波前编码技术与光片荧光显微镜相结合使用，利用可变焦透镜或空间光调制器改变光片的聚焦位置或改变探测物镜的聚焦位置，无需移动样品或物镜就可以实现快速的三维扫描。
3.在光片荧光显微镜的三维体成像中，光片的形状和强度分布对于最终成像性能也至关重要。对于高斯光片，其光片长度和厚度如图1所示，可以分别表示为：zr＝2λ/πna2，ω0＝2λ/πna，其中zr表示瑞利半径，ω0表示束腰半径。可见，高数值孔径可以实现更薄的光片，实现更高的轴向分辨率/光学切片能力，但高数值孔径下的高斯光片会迅速偏离焦点导致成像视场小，因此轴向分辨率和成像视场存在相互制约关系。
4.在动态扫描光片显微镜中，通过扫描单个高斯光束(低数值孔径的激发物镜情况下)生成的光片(图2(a)，(a)上图为na＝0.5情况下的单个高斯光束，下图为扫描单个高斯光束生成的光片)，可以扩大视场，但是厚度增加导致较低的轴向分辨率。对于扫描贝塞尔光束和艾里光束这些传播不变的光束生成的光片(图2(b)，(b)上图为na＝0.5情况下的单个贝塞尔光束，下图为扫描贝塞尔光束生成的光片)，可以在任意长的距离内保持很薄的厚度，增大视场的同时但部分能量却分散在旁瓣中，导致降低了光学切片的能力并导致更强的光毒性，因此也不能解决轴向分辨率与成像视场不可兼得的问题。轴向扫光片方法(aslm，axially swept light-sheet microscopy)利用scmos相机的滚动快门与光束扫描同步，只对光片的聚焦区域进行成像(图2(c)，上图为na＝0.5情况下aslm方法只对高斯光片的聚焦区域成像生成的光片，下图为na＝0.8情况下aslm方法生成的光片)，有效地避免了激发光片的旁瓣影响，虽可以在保持较高轴向分辨率的同时又获得较大的视场，但该方法是以光子效率为代价的。因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

5.鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种横向扫描变焦的光学成像方法及系统，以在解决成像分辨率与视场制约的问题的同时保持高光子效率在。
6.本发明的技术方案如下：
7.一种横向扫描变焦的光学成像方法，其包括：
8.以设定扫面范围以及扫描速度沿激发光束传播方向扫描荧光光束，以形成具有大视场的光片；
9.沿垂直激发光束传播方向横向扫描荧光光束并与相机的滚动快门同步，以得到横向扫描图像；
10.将相机采集到的横向扫描图像中的共聚图像进行像素的重新分配及重新组合，以消除光片的旁瓣效应。
11.本发明的进一步设置，所述沿垂直激发光束传播方向横向扫描荧光光束并与相机的滚动快门同步，以得到横向扫描图像的步骤包括：
12.在对荧光光束进行横向扫描时，相机对每个扫描位置焦点内的厚度范围内的激发区域进行成像；其中，所述激发区域为薄光片激发的区域。
13.本发明的进一步设置，所述相机的滚动快门的宽度越小，荧光光束的检测效率越低，所述相机的滚动快门的宽度越大，荧光光束的检测效率越高。
14.本发明的进一步设置，所述将相机采集到横向扫描图像中的共聚图像进行像素的重新分配及重新组合，以消除光片的旁瓣效应的步骤包括：
15.在每个焦点扫描位置定位扫描光束的中心；
16.将共聚图像沿扫描方向按照设定比例系数缩小；
17.将缩小后的共聚图像放回至初始的共聚图像的位置；
18.将各个共聚图像按照设定比例系数缩小后并放回至初始位置后相加，以得到像素重定位的横向扫描图像。
19.本发明的进一步设置，所述设定比例系数为二分之一。
20.本发明的进一步设置，所述以设定扫面范围以及扫描速度沿激发光束传播方向扫描光束，以形成具有大视场的光片的步骤包括：
21.对激发光束的相位进行调整，使光片焦点进行光传输方向或垂直于光传输方向的变焦，以控制焦点的位置生成不同大小的视场；
22.将变焦得到的多个光片进行非相干叠加以生成大视场的光片。
23.本发明的进一步设置，所述对激发光束的相位进行调整，使光片焦点进行光传输方向或垂直于光传输方向的变焦，以控制焦点的位置生成不同大小的视场的步骤包括：
24.对相机的曝光时间进行调整，以对激发光束的相位进行调整，使光片焦点移动至不同的位置。
25.基于同样的发明构思，本发明还提供了一种用于实现如上述所述横向扫描变焦的光学成像方法的横向扫描变焦的光学成像系统，其包括激发照明光路以及与所述激发照明光路垂直设置的荧光探测光路；其中，
26.所述激发照明光路包括：光源、第一透镜、第一半波片、分光镜、第二半波片、空间光调制器、第二透镜、第三透镜与激发物镜；所述光源出射的光束通过单模光纤引入所述第一透镜，经所述第一透镜准直并通过所述第一半波片调整偏振方向后经所述分光镜、第二半波片到达所述空间光调制器，经所述空间光调制器相位调制后输出激发光束并通过所述第二透镜和所述第三透镜入射至所述激发物镜，经所述激发物镜出射的激发光束激发荧光样本，使荧光样本发出荧光光束；
27.所述荧光光路包括：相机、第四透镜、滤光片与探测物镜；所述探测物镜接收荧光样本发出的荧光光束，并经所述过滤片与所述第四透镜后出射至所述相机，并通过所述相机采集图像。
28.本发明的进一步设置，所述探测物镜与所述激发物镜垂直设置。
29.本发明的进一步设置，所述空间光调制器为反射式二元相位空间光调制器。
30.本发明所提供的一种横向扫描变焦的光学成像方法及系统，横向扫描变焦的光学成像方法包括步骤：以设定扫面范围以及扫描速度沿激发光束传播方向横向扫描荧光光束，以形成具有大视场的光片；沿垂直激发光束传播方向横向扫描荧光光束并与相机的滚动快门同步，以得到横向扫描图像；将相机采集到的横向扫描图像中的共聚图像进行像素的重新分配及重新组合，以消除光片的旁瓣效应。本发明通过以设定扫面范围以及扫描速度沿光束传播的方向横向扫描荧光光束，以形成一个具有较大视场的光片，其后沿垂直激发光束传播方向横向扫描荧光光束并与相机的滚动快门同步以实现荧光光束的横向扫描并得到横向扫描图像，以在不牺牲荧光光束检测效率的同时增大成像视场，再将扫描得到的图像的共聚图像进行像素的重新分配与重新组合，以消除光片的旁瓣效应，可以提高得到的最终图像的沿光束传输方向的横向分辨率以及轴向(与横向方向垂直的方向)分辨率，从而能够在解决成像分辨率与视场制约的问题的同时保持高光子效率。
附图说明
31.为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
32.图1是光片系统中高斯光片聚焦后的空间分布示意图。
33.图2是现有动态扫描光片荧光显微镜中不同方案产生的大视场光片图。
34.图3是本发明中横向扫描变焦的光学成像方法的流程示意图。
35.图4是本发明中横向扫描光片的示意图。
36.图5是本发明一个实施例中模拟空间调光器实现光束扫描的示意图。
37.图6是本发明一个实施例中多焦点光场实验结果图。
38.图7是本发明中横向扫描变焦的光学成像系统的原理图。
39.附图中各标记：100、激发照明光路；101、光源；102、第一透镜；103、第一半波片；104、分光镜；105、第二半波片；106、空间光调制器；107、第二透镜；108、第三透镜；109、激发物镜；200、荧光探测光路；201、相机；202、第四透镜；203、滤光片；204、探测物镜。
具体实施方式
40.本发明提供一种横向扫描变焦的光学成像方法及系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。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。
41.在实施方式和申请专利范围中，除非文中对于冠词有特别限定，否则“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，
则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
42.应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
43.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
44.另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
45.请同时参阅图3至图6，本发明提供了一种横向扫描变焦的光学成像方法的较佳实施例。
46.如图3与图4所示，本发明提供的一种横向扫描变焦的光学成像方法，其包括步骤：
47.s100、以设定扫面范围以及扫描速度沿激发光束传播方向轴向扫描荧光光束，以形成具有大视场的光片；
48.s200、沿垂直激发光束传播方向横向扫描荧光光束并与相机的滚动快门同步，以得到横向扫描图像；
49.s300、将相机采集到的横向扫描图像中的共聚图像进行像素的重新分配及重新组合，以消除光片的旁瓣效应。
50.具体地，设定激发光束的出射方向为光传输方向，也称为横向(y向)，探测方向为z方向，与横向方向垂直的方向称为轴向(x方向)。本实施例采用横向扫描光片的方式(lsfm，laterally swept light-sheet microscopy)利用空间光调制装置与相机的滚动快门同步实现变焦扫描，对于采集到的多个单焦点图像，其后结合像素重定位(ism，imaging scanning microscopy)消除lsfm中的旁瓣效应，以提高扫描轴(横向)与轴向空间分辨率，将lsfm与ism结合的方法为ilsfm。具体为：首先以设定扫面范围以及扫描速度沿激发光束传播的方向轴向扫描单高斯光束，形成一个具有较大视场的线状光片，在一些实施例中，所述扫描范围可以在1474*590-1474*6μm2范围内，所述扫描速度在100-877fps。其后沿垂直激发光束传播方向横向扫描荧光光束并利用相机的滚动快门功能，将相机的滚动快门与荧光光束的扫描同步，使得扫描光束在相机所成的像的位置与相机滚动快门的位置重合，以实现线状光片在轴向方向上的扫描并得到横向扫描图像，从而使得在不牺牲荧光光束检测效率的同时增大成像视场。其后，因相机阵列的每个像素(6.5μm*6.5μm)都可以看做是一个共聚焦针孔，那么相机采集到的一张图像则可以分为多个的共聚焦图像，这些图像即为后
期处理所需要的共聚焦图像，通过将横向扫描图像中的共聚图像进行像素的重新分配以及重新组合，以消除光片的旁瓣效应，从而可以提高得到的最终图像的沿光束传输方向的横向分辨率以及轴向分辨率。因此，本发明提高了图像的轴向分辨率与横向分辨率，且在不牺牲荧光光束检测效率的前提下可以增大成像视场，避免了成像分辨率与视场相互制约的关系，即能够在解决成像分辨率与视场制约的问题的同时保持高光子效率。在一些实施例中，步骤s200包括：
51.s201、在对荧光光束进行横向扫描时，相机对每个扫描位置焦点内的厚度范围内的激发区域进行成像；其中，所述激发区域为薄光片激发的区域。
52.具体地，因相机的滚动快门是与线状光片的线方向是一致的，相机可以对每个扫描位置焦点内的线宽范围(厚度范围)内的激发区域(即薄光片区域)进行成像。因此，即使在滚动快门外的大片荧光样本区域同样会被激发，那么这些激发的荧光信号也会被探测物镜接收，也可以被相机检测到，因而不会存在成像视场越大，发射荧光的检测效率越低的情况，也就是说，薄光片与滚动快门是同步横向扫过而产生的，大部分的激发功率保持在成像区域内，使得轴向窄腰部区域以外的信息没有损失而大大提高了光子效率，因而保证发射荧光高探测效率的同时可以实现大视场。
53.需要说明的是，所述相机的滚动快门的宽度越小，荧光光束的检测效率越低，所述相机的滚动快门的宽度越大，荧光光束的检测效率越高，也就是说，可以以更狭小的滚动快门通过牺牲对荧光光束的检测效率来实现更高的轴向分辨率和光学分割，因而可以通过调节滚动快门的宽度来平衡成像系统的轴向分辨率和荧光光束检测效率。
54.在一些实施例中，步骤s300包括：
55.s301、在每个焦点扫描位置定位扫描光束的中心；
56.s302、将共聚图像沿扫描方向按照设定比例系数缩小；
57.s303、将缩小后的共聚图像放回至初始的共聚图像的位置；
58.s304、将各个共聚图像按照设定比例系数缩小后并放回至初始位置后相加，以得到像素重定位的横向扫描图像。
59.具体地，在相机采集横向扫描图像中，在每个焦点扫描位置定位扫描光束的中心，对于每个焦点处采集的图像，依照图像扫描显微术的原理，将共聚图像沿扫描方向按照设定比例系数(例如二分之一)缩小，以提高共聚图像的轴向空间分辨率，其后再将缩小后的共聚图像放回至初始共聚图像的相同位置，再将各个共聚图像相加即可得到像素重定位的横向扫描图像，即轴向分辨率提高的横向扫描图像。
60.需要说明的是，ism的空间分辨率σ
ism
可以定量表示为其中激发光束、探测光束和ism的点扩散函数可以近似视为满足高斯分布，并且它们的标准差分别为σ
exc
、σ
det
和σ
ism
。为了在ism中获得更优的分辨率(更小的σ
ism
)，σ
exc
和σ
det
要尽可能小。虽然σ
det
由于受检测物镜性能决定不能改变，σ
exc
的大小却可以通过光片的光束性质调制。在lsfm中，σ
exc
的大小与高斯点扩散函数的轴向轮廓密切相关，而受横向轮廓影响较小。因此对于采集到的图像进行ism处理后，在光传输方向y方向进行图像的缩放可以得到处理后的σ
ism-y
y作为x方向的空间分辨率，该值小于处理前的光传输方向y方向空间分辨率。因此，ism与lsfm相结合得到的ilsfm方法可以加强光传输方向
y方向分辨率和光片效果，同时发挥了lsfm方法不牺牲荧光光子效率的优势，解决了成像分辨率与视场相互制约的问题。
61.在一些实施中，步骤s100包括：
62.s101、对激发光束的相位进行调整，使光片焦点进行光传输方向或垂直于光传输方向的变焦，以控制焦点的位置生成不同大小的视场；
63.s102、将变焦得到的多个光片进行非相干叠加以生成大视场的光片。
64.具体地，通过空间光调制激发光波前的相位，将原本会聚到扫描透镜前焦面处的光片焦点进行光传输方向或垂直光传输方向的变焦，使光片焦点移动至新的位置，以通过控制光片焦点的位置生成不同大小的视场。其后将变焦得到的多个光片进行非相干叠加以生成大视场的光片。
65.如图5所示，图5是本发明一个实施例中模拟空间调光器实现光束扫描的示意图，空间光相位调制器的帧率为5760hz,相机的帧频为30hz，单次相机曝光时间内完成一次空间相位调制器的相位改变，变焦实现的多个光片进行非相干叠加而生成较大视场成像。
66.在一些实施例中，步骤s101包括：
67.s1011、对相机的曝光时间进行调整，以对激发光束的相位进行调整，使光片焦点移动至不同的位置。
68.具体地，通过对相机的曝光周期进行调整，以对激发光束的相位进行调整，使光片焦点移动至不同的位置，从而可以精准控制经过激发物镜聚焦后焦点位置，以生成不同大小的视场。
69.请参阅图6，图6本发明一个实施例中多焦点光场实验结果图。使用数值孔径na＝0.3的激发物镜，波长λ＝473nm的光源，介质折射率n＝1.33的扫描成像模拟，使用空间光调制器调节激发光片在y轴扫描30次，每次扫描变焦间隔为4.96μm。对于沿y轴得到的光片，在算法上沿y方向使用数字狭缝滤波，同时在x轴上扫描以实现成像视场为300μm
×
300μm的扫描成像。其中，sflm(swept focus light-sheet)为叠加轴向和横向所有的扫描结果。
70.请参阅图7，在一些实施例中，本发明还提供了一种用于实现如上述所述横向扫描变焦的光学成像方法的横向扫描变焦的光学成像系统，其包括激发照明光路100以及与所述激发照明光路100垂直设置的荧光探测光路200；其中，
71.所述激发照明光路100包括：光源101、第一透镜102、第一半波片103、分光镜104、第二半波片105、空间光调制器106、第二透镜107、第三透镜108与激发物镜109；所述光源101出射的光束通过单模光纤引入所述第一透镜102，经所述第一透镜102准直并通过所述第一半波片103调整偏振方向后经所述分光镜104、第二半波片105到达所述空间光调制器106，经所述空间光调制器106相位调制后输出激发光束并通过所述第二透镜107和所述第三透镜108入射至所述激发物镜109，经所述激发物镜109出射的激发光束激发荧光样本，使荧光样本发出荧光光束；
72.所述荧光探测光路200包括：相机201、第四透镜202、滤光片203与探测物镜204；所述探测物镜204接收荧光样本发出的荧光光束，并经所述滤光片203与所述第四透镜202后出射至所述相机201，并通过所述相机201采集图像。
73.具体地，所述空间光调制器106为反射式二元相位空间光调制器(slm，spatial light modulator)，所述分光镜104为偏振分光棱镜(pbs，polarization beam splitter)，
所述空间光调制器106与所述分光镜104以及所述第二半波片105(hwp，half-wavelength plate)构成空间光调制装置。所述光源101为波长为473纳米的激光器。所述激光器出射的光通过单模光纤引入至激发照明光路。
74.所述探测物镜204与所述激发物镜109垂直设置，以使所述激发照明光路100与所述荧光探测光路200垂直设置。所述激光器出射的光经由单模光纤引入所述第一透镜102，经所述第一透镜102准直并通过所述第一半波片103调整偏振方向后经所述分光镜104、第二半波片105达到所述空间光调制器106，经所述空间光调制器106相位调制后输出激发光束并通过所述第二透镜107和所述第三透镜108入射至所述激发物镜109后射出，经所述激发物镜109出射的激发光束激发荧光样本，使荧光样本发出荧光光束，所述探测物镜204接收荧光样本发出的荧光光束，并经所述滤光片203与所述第四透镜202后出射至所述相机201，并通过所述相机201采集图像并处理。
75.具体实施时，所述空间光调制装置与相机的滚动快门同步实现变焦扫描，相机对于采集到的多个单焦点图像利用像素重定位实现沿扫描轴和轴向空间分辨率的提高。
76.综上所述，本发明所提供的一种横向扫描变焦的光学成像方法及系统，横向扫描变焦的光学成像方法包括步骤：以设定扫面范围以及扫描速度沿激发光束传播方向横向扫描荧光光束，以形成具有大视场的光片；沿垂直激发光束传播方向横向扫描荧光光束并与相机的滚动快门同步，以得到横向扫描图像；将相机采集到的横向扫描图像中的共聚图像进行像素的重新分配及重新组合，以消除光片的旁瓣效应。本发明通过以设定扫面范围以及扫描速度沿光束传播的方向横向扫描激荧光光束，以形成一个具有较大视场的光片，其后沿垂直激发光束传播方向横向扫描荧光光束与相机的滚动快门同步以实现荧光光束的横向扫描，以在不牺牲荧光光束检测效率的前提下增大成像视场，并将扫描得到的图像的共聚图像进行像素的重新分配与重新组合，以消除光片的旁瓣效应，可以提高得到的最终图像的沿光束传输方向的横向分辨率以及轴向分辨率，从而能够在解决成像分辨率与视场制约的问题的同时保持高光子效率。
77.应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

技术特征：

1.一种横向扫描变焦的光学成像方法，其特征在于，包括：以设定扫面范围以及扫描速度沿激发光束传播方向轴向扫描荧光光束，以形成具有大视场的光片；沿垂直激发光束传播方向横向扫描荧光光束并与相机的滚动快门同步，以得到横向扫描图像；将相机采集到的横向扫描图像中的共聚图像进行像素的重新分配及重新组合，以消除光片的旁瓣效应。2.根据权利要求1所述的横向扫描变焦的光学成像方法，其特征在于，所述垂直沿激发光束传播方向横向扫描荧光光束并与相机的滚动快门同步，以得到横向扫描图像的步骤包括：在对荧光光束进行横向扫描时，相机对每个扫描位置焦点内的厚度范围内的激发区域进行成像；其中，所述激发区域为薄光片激发的区域。3.根据权利要求1或2所述的横向扫描变焦的光学成像系统，其特征在于，所述相机的滚动快门的宽度越小，荧光光束的检测效率越低，所述相机的滚动快门的宽度越大，荧光光束的检测效率越高。4.根据权利要求2所述的横向扫描变焦的光学成像方法，其特征在于，所述将相机采集到横向扫描图像中的共聚图像进行像素的重新分配及重新组合，以消除光片的旁瓣效应的步骤包括：在每个焦点扫描位置定位扫描光束的中心；将共聚图像沿扫描方向按照设定比例系数缩小；将缩小后的共聚图像放回至初始的共聚图像的位置；将各个共聚图像按照设定比例系数缩小后并放回至初始位置后相加，以得到像素重定位的横向扫描图像。5.根据权利要求4所述的横向扫描变焦的光学成像方法，其特征在于，所述设定比例系数为二分之一。6.根据权利要求1所述的横向扫描变焦的光学成像方法，其特征在于，所述以设定扫面范围以及扫描速度沿激发光束传播方向横向扫描荧光光束，以形成具有大视场的光片的步骤包括：对激发光束的相位进行调整，使光片焦点进行光传输方向或垂直于光传输方向的变焦，以控制焦点的位置生成不同大小的视场；将变焦得到的多个光片进行非相干叠加以生成大视场的光片。7.根据权利要求6所述的横向扫描变焦的光学成像方法，其特征在于，所述对激发光束的相位进行调整，使光片焦点进行光传输方向或垂直于光传输方向的变焦，以控制焦点的位置生成不同大小的视场的步骤包括：对相机的曝光时间进行调整，以对激发光束的相位进行调整，使光片焦点移动至不同的位置。8.一种用于实现如权力要求1-7任一项所述横向扫描变焦的光学成像方法的横向扫描变焦的光学成像系统，其特征在于，包括激发照明光路以及与所述激发照明光路垂直设置的荧光探测光路；其中，
所述激发照明光路包括：光源、第一透镜、第一半波片、分光镜、第二半波片、空间光调制器、第二透镜、第三透镜与激发物镜；所述光源出射的光束通过单模光纤引入所述第一透镜，经所述第一透镜准直并通过所述第一半波片调整偏振方向后经所述分光镜、第二半波片达到所述空间光调制器，经所述空间光调制器相位调制后输出激发光束并通过所述第二透镜和所述第三透镜入射至所述激发物镜，经所述激发物镜出射的激发光束激发荧光样本，使荧光样本发出荧光光束；所述荧光探测光路包括：相机、第四透镜、滤光片与探测物镜；所述探测物镜接收荧光样本发出的荧光光束，并经所述滤光片与所述第四透镜后出射至所述相机，并通过所述相机采集图像。9.根据权利要求8所述的横向扫描变焦的光学成像系统，其特征在于，所述探测物镜与所述激发物镜垂直设置。10.根据权利要求8所述的横向扫描变焦的光学成像系统，其特征在于，所述空间光调制器为反射式二元相位空间光调制器。

技术总结

本发明公开了一种横向扫描变焦的光学成像方法及系统，方法包括：以设定扫面范围及扫描速度沿激发光束传播方向轴向扫描荧光光束，以形成具有大视场的光片；沿垂直激发光束传播方向横向扫描荧光光束并与相机的滚动快门同步得到横向扫描图像；将相机采集到的横向扫描图像中的共聚图像进行像素的重新分配及重新组合，以消除光片的旁瓣效应。本发明通过沿光束传播的方向扫描荧光光束，以形成一个具有较大视场的光片，其后与相机的滚动快门同步以实现荧光光束的横向扫描，以在不牺牲荧光光束检测效率的同时增大成像视场，并将扫描得到的图像的共聚图像进行像素的重新分配与重新组合，以消除光片的旁瓣效应，可以在保持高光子效率的同时提高成像分辨率。的同时提高成像分辨率。的同时提高成像分辨率。