一种可用于光谱分析的高速扫描共聚焦成像系统技术方案

一种可用于光谱分析的高速扫描共聚焦成像系统，主要应用于生物医学显微成像领域和材料研究，通过共聚焦狭缝和单轴扫描振镜逐列扫描样品，并用面阵检测器获取每一列共聚焦图像；同时，通过色散元件和聚焦补偿元件将每列图像，在与共聚焦狭缝垂直的方向上按波长分散光束，使面阵检测器可获取每一列图像的光谱信息。最后，通过计算机重组图像，得到完整的、带有光谱信息的共聚焦图像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可用于光谱分析的高速扫描共聚焦成像系统，特别涉及用于样品三维共聚焦成像的光谱分析。本专利技术主要应用于生物医学显微成像领域，也可用于材料研究。
技术介绍
随着光谱分析在细胞生物学研究应用的开展，科学家迫切需要在获取高分辨率的共聚焦图像时，同时获得图像中每一位点的光谱信息。但是，目前只有逐点扫描的单点扫描共聚焦成像系统能通过色散元件，一次获取一个位点的光谱图像，然后逐点扫描样品以获取完整的、带有光谱信息的共聚焦图像，成像非常耗时。因此，单点扫描共聚焦成像系统难以应用于高速获取成像。而对于高速扫描的转盘共聚焦成像系统，由于数量巨大的针孔为平面排列的阵列，系统只能通过液晶滤光镜等滤光元件逐次透过不同波长的光，然后通过计算机重组，以获取完整的、带有光谱信息的共聚焦图像。因此，用于光谱分析的转盘共聚焦成像系统会损失大量的光信号，光谱分辨率越高损失越大。
技术实现思路
本专利技术的目的，是使用共聚焦狭缝和单轴扫描振镜逐列扫描样品，以实现三维共聚焦成像；同时通过色散元件在与共聚焦狭缝垂直的方向上将光束按波长分散，用面阵检测器同时获取每列共聚焦图像的所有光谱图像，然后通过计算机重组为完整的、可用于光谱分析的共聚焦图像。本专利技术的目的是通过以下的技术方案实现的：如图1所示，一种可用于光谱分析的高速扫描共聚焦成像系统，包括：光源1，线性照明器，激发滤光镜4，二色分光镜5，共聚焦狭缝6，第一远心成像透镜组7，单轴扫描振镜8，显微镜9，第二远心成像透镜组10，色散元件，聚焦补偿元件12，面阵检测器13，控制器14(未画出)和计算机15(未画出)。其特征在于：光源1发射的光经过线性照明器(包括第一凸柱面镜2和第二凸柱面镜3)后，被整形为在与共聚焦狭缝6垂直的方向上聚焦于共聚焦狭缝6，在与共聚焦狭缝6平行的方向上为平行的线性准直光；激发滤光镜4透过特定波段的所述线性准直光，截至其它波段的光；二色分光镜5透过所述特定波段的线性准直光，反射其它波段的光；共聚焦狭缝6的方向与所述线性准直光的方向重合；第一远心成像透镜7组为1倍倍率，物焦面位于共聚焦狭缝6，像焦面与显微镜9的成像焦面重合；单轴扫描振镜8位于第一远心成像透镜组7的中心，旋转轴与共聚焦狭缝6的方向平行；第二远心成像透镜组10为1倍倍率，物焦面位于共聚焦狭缝6，像焦面位于面阵检测器13；色散元件11将透过第二远心成像透镜组10的光在空间上按波长分散成为多条光束，其色散方向与共聚焦狭缝6的方向垂直，旋转轴与共聚焦狭缝6平行；聚焦补偿元件12的横切面为等厚圆弧，圆弧方向与所述色散元件的色散方向一致，圆弧中心位于色散起始点；聚焦补偿元件12的折射率是常数，或者沿色散元件11的色散方向渐变。面阵检测器13的像素排列分别与共聚焦狭缝6的方向和色散元件11的色散方向重合；控制器14控制光源1的开关、单轴扫描振镜6的摆动、面阵检测器13的开关；计算机15作为控制器14的上位机，以及将面阵检测13器检测到的信号重组为包含光谱信息的共聚焦图像。其中，色散元件是光栅11或棱镜22(图2所示)。所述线性照明器由聚焦方向相互垂直的第一凸柱面镜2、第二凸柱面镜3组成；或者如图3和图4所示由准直镜17，焦点和聚焦方向重合的第一柱面镜18、第二凸柱面镜3，以及聚焦方向与共聚焦狭缝6垂直的第三凸柱面镜组成组成，第一柱面镜18为凹柱面镜或凸柱面镜；或者如图5所示由准直镜17、第一直角棱镜19、第二直角棱镜20，以及聚焦方向与共聚焦狭缝6垂直的第三凸柱面镜组成组成。本专利技术的优点如下：1、本专利技术通过共聚焦狭缝和单轴扫描振镜的摆动扫描样品，共聚焦成像速度快。2、本专利技术通过色散元件在与共聚焦狭缝垂直的方向上对光束色散，可同时获得单列共聚焦图像的光谱信息。3、本专利技术实现了多点扫描(狭缝扫描)的光谱扫描功能。附图说明图1：本专利技术的第一种实施例的示意图图2：本专利技术的第二种实施例的示意图图3：本专利技术的第三种实施例的示意图图4：本专利技术的第四种实施例的示意图图5：本专利技术的第五种实施例的示意图图6：系统的扫描成像方式图7：系统的成像示意图图面说明：1——光源；2——第一凸柱面镜；3——第二凸柱面镜；4——激发滤光镜；5——二色分光镜；6——共聚焦狭缝；7——第一远心成像透镜组；8——单轴扫描振镜；9——显微镜；10——第二远心成像透镜组；11——光栅；12——聚焦补偿元件；13——面阵检测器；16——样品；17——准直镜；18——第一柱面镜；19——第一直角棱镜；20——第二直角棱镜；21——第三凸柱面镜；22——棱镜。具体实施方式下面结合附图和实施例进一步描述本专利技术。实施例1图1是与本专利技术相关的第一种共聚焦光学扫描仪的示意图，工作模式如下：计算机15(未画出)发送信号给控制器14(未画出)，控制光源1发出发散光，同时控制检测器13开始曝光。第一凸柱面镜2在与共聚焦狭缝6垂直的方向上将发散光聚焦与共聚焦狭缝6，然后第二凸柱面镜2在与共聚焦狭缝6平行的方向上将发散光聚焦为平行光，得到与共聚焦狭缝6平行的线性准直光。线性准直光透过激发滤光镜4、二色分光镜5和共聚焦狭缝6后，由第一远心成像透镜组7、单轴扫描振镜8和显微镜9投射照明位于显微镜9焦面上的样品16。样品16返回来的光经过显微镜9、第一元远心成像透镜组7、单轴扫描振镜8和共聚焦狭缝6后被二色分光镜5反射，然后再由第二远心成像透镜组10成像与面阵检测器13，并由放置在第二远心成像透镜组10后面的光栅11，将共聚焦狭缝6的图像在与共聚焦狭缝6垂直的方向上按波长分散，然后由聚焦补偿元件12将不同波长的光束聚焦于面阵检测器13(如图6所示)。检测器13结束曝光，并将第一位列图像传输给计算机15(未画出)，控制器14(未画出)控制光源1关闭，然后控制所述单轴扫描振镜8摆动至下一位置，进行第二位列成像……直至完成所有位列成像。最后，计算机15(未画出)将所有位列图像重组为带有光谱信息的共聚焦图像，如图7所示。实施例2图2是与本专利技术相关的第二种高速扫描共聚焦成像系统的部分示意图，其和实施例1的主要区别如下：使用棱镜22替代光栅11分光。实施例3图3是与本专利技术相关的第二种高速扫描共聚焦成像系统的部分示意图，其和实施例1的主要区别如下：光源1发射的光由准直镜17准直，然后由短焦距的第一凸柱面镜18和长焦距的第二凸柱面镜3在与共聚焦狭缝6平行的方向上扩束，再由第三凸柱面镜21在与共聚焦狭缝6垂直的方向上将发散光聚焦与共聚焦狭缝6。实施例4图4是与本专利技术相关的第二种高速扫描共聚焦成像系统的部分示意图，其和实施例1的主要区别如下：光源1发射的光有准直镜17准直，然后由短焦距的第一凹柱面镜18和长焦距的第二凸柱面镜3在与共聚焦狭缝6平行的方向上扩束，再由第三凸柱面镜21在与共聚焦狭缝6垂直的方向上将发散光聚焦与共聚焦狭缝6。实施例5图5是与本专利技术相关的第二种高速扫描共聚焦成像系统的部分示意图，其和实施例1的主要区别如下：光源1发射的光有准直镜17准直，然后由第一直角棱镜19和第二直角棱镜20先后折射，在与共聚焦狭缝6平行的方向上扩束，再由第三凸柱面镜21在与共聚焦狭缝6垂直的方向上将发散光聚焦与共聚焦狭缝6。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可用于光谱分析的高速扫描共聚焦成像系统，包括：光源，线性照明器，激发滤光镜，二色分光镜，共聚焦狭缝，第一远心成像透镜组，单轴扫描振镜，显微镜，第二远心成像透镜组，色散元件，聚焦补偿元件，面阵检测器，控制器和计算机，其特征在于：所述光源发射的光经过所述线性照明器后，被整形为在与所述共聚焦狭缝垂直的方向上聚焦于所述共聚焦狭缝，在与所述共聚焦狭缝平行的方向上为平行的线性准直光；所述激发滤光镜透过特定波段的所述线性准直光，截至其它波段的光；所述二色分光镜透过所述特定波段的线性准直光，反射其它波段的光；所述共聚焦狭缝的方向与所述线性准直光的方向重合；所述第一远心成像透镜组为1倍倍率，物焦面位于所述共聚焦狭缝，像焦面与所述显微镜的成像焦面重合；所述单轴扫描振镜位于所述第一远心成像透镜组的中心，旋转轴与所述共聚焦狭缝的方向平行；所述第二远心成像透镜组为1倍倍率，物焦面位于所述共聚焦狭缝，像焦面位于所述面阵检测器；所述色散元件将透过所述第二远心成像透镜组的光在空间上按波长分散成为多条光束，其色散方向与所述共聚焦狭缝的方向垂直，旋转轴与所述共聚焦狭缝平行；所述聚焦补偿元件的横切面为等厚圆弧，圆弧方向与所述色散元件的色散方向一致，圆弧中心位于色散起始点；所述面阵检测器的像素排列分别与所述共聚焦狭缝的方向和所述色散元件的色散方向重合；所述控制器控制所述光源的开关、所述单轴扫描振镜的摆动、所述面阵检测器的开关；所述计算机作为所述控制器的上位机，以及将所述面阵检测器检测到的信号重组为包含光谱信息的共聚焦图像。...

【技术特征摘要】
1.一种可用于光谱分析的高速扫描共聚焦成像系统，包括：光源，线性照明器，激发滤光镜，二色分光镜，共聚焦狭缝，第一远心成像透镜组，单轴扫描振镜，显微镜，第二远心成像透镜组，色散元件，聚焦补偿元件，面阵检测器，控制器和计算机，其特征在于：所述光源发射的光经过所述线性照明器后，被整形为在与所述共聚焦狭缝垂直的方向上聚焦于所述共聚焦狭缝，在与所述共聚焦狭缝平行的方向上为平行的线性准直光；所述激发滤光镜透过特定波段的所述线性准直光，截至其它波段的光；所述二色分光镜透过所述特定波段的线性准直光，反射其它波段的光；所述共聚焦狭缝的方向与所述线性准直光的方向重合；所述第一远心成像透镜组为1倍倍率，物焦面位于所述共聚焦狭缝，像焦面与所述显微镜的成像焦面重合；所述单轴扫描振镜位于所述第一远心成像透镜组的中心，旋转轴与所述共聚焦狭缝的方向平行；所述第二远心成像透镜组为1倍倍率，物焦面位于所述共聚焦狭缝，像焦面位于所述面阵检测器；所述色散元件将透过所述第二远心成像透镜组的光在空间上按波长分散成为多条光束，其色散方向与所述共聚焦狭缝的方向垂直，旋转轴与所述共聚焦狭缝平行；所述聚焦补偿元件的横切面为等厚圆弧，圆弧方向与所述色散元件的色散方向一致，圆弧中心位于色散起始点；所述面阵检测器的像素排列分别与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖博，王继光，
申请(专利权)人：北京世纪桑尼科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11