CN206659790U - 一种用于任意位置多点光聚焦及光斑优化的*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于任意位置多点光聚焦及光斑优化的***。扩束模块布置在激光器出射端的前方，激光器发射出光束经扩束模块平行扩束后入射到空间光调制器，空间光调制器出射端的前方依次置有聚焦透镜，聚焦透镜前方设有散射介质，散射介质位于聚焦透镜的焦平面上；激光器发射出光束依次经第一光束准直扩束模块透镜Ⅰ、第一光束准直扩束模块透镜Ⅱ平行扩束后入射到空间光调制器，空间光调制器反射光经聚焦透镜聚焦到散射介质内部的焦平面上。本实用新型突破了现有光遗传学光刺激与显微成像方案只能对单一区域进行刺激的局限，使得在大脑内部更大深度下同时进行多区域光刺激和显微成像。
Description
技术领域
本实用新型属于光遗传技术光刺激和显微成像领域，特别涉及了一种用于任意位置多点光聚焦及光斑优化的***，应用于显微成像。
背景技术
光遗传学(optogenetics)技术——将激活信号通路的光敏蛋白基因编码，用自定义的动作电位激励模式代替内源的电活动——是一种将光学方法和遗传学方法相结合从而精确控制细胞活动的方法。光遗传学技术带来的神经学上的革命转变了我们研究神经回路的方法，神经科学研究者能够通过对神经元地直接操纵来来直观地研究各个神经元、多个核团之间的关系与内在的相互作用，从而进一步直观地阐明大脑神经环路的结构、功能和行为。利用光遗传学技术对大脑神经环路地研究，神经科学研究者能够结合动物模型探究如帕金森综合症、阿尔茨海默病、抑郁症等神经性疾病，研究其病理与治疗方法。
自适应光学技术最早被用于天体物理，利用波前传感器实时测量并补偿各种干扰引起的光学***的波前畸变，然后通过波前校正器如变形镜、空间光调制器等对畸变进行补偿。本世纪初随着其它领域对自适应光学的逐渐增长的兴趣，其应用范围开始扩展，并逐步应用于生物医学成像中，以校正生物样品深层成像时样品散射特性带来的光学畸变，以增加光学成像技术在生物样品中的成像深度。
双光子钙离子成像技术被用来测量活体小鼠神经元单细胞层面的兴奋及其与行为相关的活动，但传统的商用双光子成像***只能对单一区域进行刺激与显微成像。然而，用于感觉和运动的神经元通常分布在脑区的多个区域之中，这极大地限制了神经环路尤其是多脑区间相互作用的研究。
实用新型内容
本实用新型目的在于利用针对现有光遗传学刺激方案只能对单一区域进行刺激的局限，通过将空间光调制器和自适应光学技术相结合，提供了一种用于任意位置多点光聚焦及光斑优化的***。
本实用新型采用技术方案是：
***包括激光器、扩束模块、空间光调制器和聚焦透镜，扩束模块布置在激光器出射端的前方，激光器发射出光束经扩束模块平行扩束后入射到空间光调制器，空间光调制器出射端的前方依次置有聚焦透镜，聚焦透镜前方设有散射介质，散射介质位于聚焦透镜的焦平面上；激光器发射出光束依次经第一光束准直扩束模块透镜Ⅰ、第一光束准直扩束模块透镜Ⅱ平行扩束后入射到空间光调制器，空间光调制器反射光经聚焦透镜聚焦到散射介质内部的焦平面上。
所述的扩束模块包括第一光束准直扩束模块透镜Ⅰ和第一光束准直扩束模块透镜Ⅱ，第一光束准直扩束模块透镜Ⅰ和第一光束准直扩束模块透镜Ⅱ平行依次布置在激光器出射端的前方，激光器发射出光束依次经第一光束准直扩束模块透镜Ⅰ、第一光束准直扩束模块透镜Ⅱ平行扩束后入射到空间光调制器。
还包括依次置于聚焦透镜前方的成像透镜和CMOS相机，散射介质置于聚焦透镜和成像透镜之间，聚焦到散射介质内部的焦平面的光斑经成像透镜入射到CMOS相机接收。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型利用空间光调制器可用于实现多聚焦点的光刺激，突破了现有光遗传学光刺激***的局限，为相关领域研究人员探究大脑神经环路多区域间的关联与整体性研究提供了技术支持，摆脱了以往同一时刻只能在单一区域中研究大脑神经环路的困境。
并且本实用新型可方便地与已有的各种显微成像技术相结合，实现同步的光刺激与显微成像，有利于行为学与神经环路等面向大脑不同区域的研究。
附图说明
图1为本实用新型***的结构示意图；
图2为理想两个聚焦光斑分布图；
图3为经过散射介质内部的畸变两个散射光斑分布图；
图4为第一次校正循环的两个校正光斑分布图；
图5为第五次校正循环的两个校正光斑分布图；
图6为产生2个聚焦光斑的初始分区的梯度分布的基底相位图。
具体实施方式
下面结合附图来详细说明本实用新型。
如图1所示，本实用新型***包括激光器1、第一光束准直扩束模块透镜Ⅰ2、第一光束准直扩束模块透镜Ⅱ3、空间光调制器4、聚焦透镜5、成像透镜7和CMOS相机8，第一光束准直扩束模块透镜Ⅰ2和第一光束准直扩束模块透镜Ⅱ3平行依次布置在激光器1出射端的前方，激光器发射出光束经第一光束准直扩束模块透镜Ⅰ2和第一光束准直扩束模块透镜Ⅱ3平行扩束后入射到空间光调制器4，空间光调制器4出射端的前方依次置有聚焦透镜5、成像透镜7和CMOS相机8，散射介质6置于聚焦透镜5和成像透镜7之间，散射介质6位于聚焦透镜5的焦平面上。
激光器发射出光束依次经第一光束准直扩束模块透镜Ⅰ2、第一光束准直扩束模块透镜Ⅱ3平行扩束后入射到空间光调制器4，空间光调制器4 反射光经聚焦透镜5聚焦到散射介质6内部的焦平面上，焦平面的光斑经成像透镜7入射到CMOS相机8接收。
本实用新型的具体实施过程如下：
1)激光器发射出的经过准直扩束的平行光束，经过带有初始的分区的基底相位梯度分布的空间光调制器调制，然后经过聚焦透镜聚焦，在焦平面处得到理想的多个聚焦光斑分布并用成像透镜在工业相机上记录，如图2所示。其中第一次校正前赋给空间光调制器的初始的基底相位梯度分布根据所需聚焦点数量进行合理分区，例如选取2×2分区方式，如图6 所示。
2)激光器发射出的经过准直扩束的平行光束，经过带有基底相位梯度分布的空间光调制器调制，然后经过聚焦透镜聚焦，聚焦光束进入具有一定厚度的散射介质内部，在散射介质内部的焦平面处得到畸变的多个散射光斑分布并用成像透镜在工业相机上记录，得到畸变的多个散射光斑分布，如图3所示；
3)将空间光调制器分区，对第一个分区进行一定相位变化范围，一定相位间隔的相位划分得到若干个校正相位值，取划分出的第一个校正相位值，其他分区相位保持不变，将得到的相位分布加上分区的基底相位梯度分布，从而得到校正相位分布，然后将校正相位分布重新加载到空间光调制器上；
4)激光器发射出经过准直扩束的平行光束，经过带有校正相位分布的空间光调制器调制，然后经过聚焦透镜聚焦，聚焦光束进入具有一定厚度的散射介质内部，在散射介质内部的焦平面处得到校正的多个散射光斑分布并用成像透镜在工业相机上记录，得到校正的多个散射光斑分布；
5)将步骤(1)中所得到的理想的多个聚焦光斑分布与步骤(4)中所得到的校正的多个散射光斑分布进行多次校正循环处理，获得校正光斑分布如图4所示；
6)激光器发射出的经过准直扩束的平行光束，经过带有新的基底相位梯度分布的空间光调制器调制，然后经过聚焦透镜聚焦，聚焦光束进入具有一定厚度的散射介质内部，在散射介质内部的焦平面处得到第一次校正循环的多个校正光斑分布并用成像透镜在工业相机上记录；
7)重复步骤(2)到(6)，进行一系列循环校正，得到所有分区最终的校正相位值分布和最终的校正光斑分布并用成像透镜在工业相机上记录，5次循环校正后获得的校正光斑分布如图5所示。
由此，本实用新型通过将空间光调制器和自适应光学技术相结合，利用空间光调制器分区实现多区域光聚焦，利用自适应光学技术校正了大脑内部大深度下的散射畸变，优化散射光斑分布，突破了现有光遗传学光刺激与显微成像方案只能对单一区域进行刺激的局限，使得相关领域研究人员能够在大脑内部更大深度下同时进行多区域光刺激和显微成像。
Claims (3)
1.一种用于任意位置多点光聚焦及光斑优化的***，其特征在于：包括激光器(1)、扩束模块、空间光调制器(4)和聚焦透镜(5)，扩束模块布置在激光器(1)出射端的前方，激光器发射出光束经扩束模块平行扩束后入射到空间光调制器(4)，空间光调制器(4)出射端的前方依次置有聚焦透镜(5)，聚焦透镜(5)前方设有散射介质(6)，散射介质(6)位于聚焦透镜(5)的焦平面上；激光器发射出光束依次经第一光束准直扩束模块透镜Ⅰ(2)、第一光束准直扩束模块透镜Ⅱ(3)平行扩束后入射到空间光调制器(4)，空间光调制器(4)反射光经聚焦透镜(5)聚焦到散射介质(6)内部的焦平面上。
2.根据权利要求1所述的一种用于任意位置多点光聚焦及光斑优化的***，其特征在于：所述的扩束模块包括第一光束准直扩束模块透镜Ⅰ(2)和第一光束准直扩束模块透镜Ⅱ(3)，第一光束准直扩束模块透镜Ⅰ(2)和第一光束准直扩束模块透镜Ⅱ(3)平行依次布置在激光器(1)出射端的前方。
3.根据权利要求1所述的一种用于任意位置多点光聚焦及光斑优化的***，其特征在于：还包括依次置于聚焦透镜(5)前方的成像透镜(7)和CMOS相机(8)，散射介质(6)置于聚焦透镜(5)和成像透镜(7)之间，聚焦到散射介质(6)内部的焦平面的光斑经成像透镜(7)入射到CMOS相机(8)接收。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106950195A (zh) * | 2017-02-24 | 2017-07-14 | 西安电子科技大学 | 基于散射介质的可编程光学元件及光场调控***和方法 |
| CN109407327A (zh) * | 2018-11-05 | 2019-03-01 | 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 | 多位点双光子光刺激***及其刺激方法 |
| CN109491080A (zh) * | 2018-12-13 | 2019-03-19 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种实现多模光纤出射光斑逐点聚焦的方法与*** |
| CN109901303A (zh) * | 2019-02-26 | 2019-06-18 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 基于自适应并行坐标算法的多模光纤出射光斑聚焦方法与*** |
| CN111366557A (zh) * | 2020-03-24 | 2020-07-03 | 东南大学 | 一种基于薄散射介质的相位成像方法 |
| CN113917818A (zh) * | 2021-09-01 | 2022-01-11 | 华南师范大学 | 基于空间光调制器的光束编码***及方法 |
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106950195A (zh) * | 2017-02-24 | 2017-07-14 | 西安电子科技大学 | 基于散射介质的可编程光学元件及光场调控***和方法 |
| CN106950195B (zh) * | 2017-02-24 | 2019-05-07 | 西安电子科技大学 | 基于散射介质的可编程光学元件及光场调控***和方法 |
| CN109407327A (zh) * | 2018-11-05 | 2019-03-01 | 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 | 多位点双光子光刺激***及其刺激方法 |
| CN109407327B (zh) * | 2018-11-05 | 2021-10-22 | 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 | 多位点双光子光刺激***及其刺激方法 |
| CN109491080A (zh) * | 2018-12-13 | 2019-03-19 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种实现多模光纤出射光斑逐点聚焦的方法与*** |
| CN109901303A (zh) * | 2019-02-26 | 2019-06-18 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 基于自适应并行坐标算法的多模光纤出射光斑聚焦方法与*** |
| CN109901303B (zh) * | 2019-02-26 | 2021-02-19 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 基于自适应并行坐标算法的多模光纤出射光斑聚焦方法与*** |
| CN111366557A (zh) * | 2020-03-24 | 2020-07-03 | 东南大学 | 一种基于薄散射介质的相位成像方法 |
| CN113917818A (zh) * | 2021-09-01 | 2022-01-11 | 华南师范大学 | 基于空间光调制器的光束编码***及方法 |
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