具有光学层析能力的荧光显微光谱成像系统技术方案

一种具有光学层析能力的荧光显微光谱成像系统，包括激光发射器、扩束光路组件、微反射镜、二向色镜、荧光显微成像组件及光谱仪，激光发射器用于将激光束发射至所述扩束光路组件上，经由扩束光路组件进行散斑抑制后得到照明光束，照明光束经过微反射镜产生结构光场，结构光场通过二向色镜反射至荧光显微成像组件上，荧光显微成像组件包括物镜、物镜驱动装置及载物台，物镜接受结构光场并聚焦于载物台上的样品上，并激发出荧光束，所述物镜驱动装置驱动所述物镜沿其光轴运动，使物镜进行光轴扫描，光谱仪将荧光束进行分析并分离得到光谱及图像信息。使用上述具有光学层析能力的荧光显微光谱成像系统可得到样品结构的三维图像及对应的一维光谱信息。

【技术实现步骤摘要】
具有光学层析能力的荧光显微光谱成像系统
本专利技术涉及一种光学系统，尤其涉及一种具有光学层析能力的荧光显微光谱成像系统。
技术介绍
光学显微镜自专利技术以来就一直是人类认识微观世界的重要工具之一，其在临床医学、生物学、材料学等学科领域中发挥着非常重要的作用。但传统的光学显微只能获取物体如细胞的形态信息，不能对物体的结构与成份进行进一步的分析。光谱成像技术是一种将成像技术与光谱技术相结合的新型多维信息获取技术。物体结构与成份的差异，会在吸收光谱上存在显著的差异性。在宏观方面的空间探测与地表观测中成像光谱技术已经成为一种广泛且有效的检测手段。随着科学研究与实际检测的需要，将光谱成像技术应用到显微镜观测逐渐成为国内外各领域研究人员关注的热点，尤其是病理学、细胞学、组织学等生物医学领域。将光谱成像技术与显微成像技术结合在一起形成的显微光谱成像系统，不仅可以对物体的形态进行观测，还能够提供用以区别物体结构与成份差异光谱信息，即获得物体的二维信息同时还可以获得一维光谱信息。它具有较高的光谱分辨率、光学成像分辨率。目前大部分基于传统荧光显微镜的荧光显微光谱成像系统，是一种面照明的宽场成像方式，虽然可以在较短的积分时间内获得一幅完整图像，但由于受物体离焦部分的干扰，其图像不具有三维层析能力，只能获得二维图像信息与一维光谱信息。因此，如何实现排除物体离焦部分干扰，提供一种新的具有光学层析能力的荧光显微光谱成像系统，以获得三维图像信息以及一维光谱信息，满足对物体的结构与成分进行进一步分析，是当前迫切需要解决的一个问题。
技术实现思路
本专利技术实施例所要解决的技术问题在于，提供一种具有光学层析能力的荧光显微光谱成像系统，可获得三维结构信息以及一维光谱信息，从而满足对物体的结构与成分进行进一步地分析。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种具有光学层析能力的荧光显微光谱成像系统，其包括激光发射器、扩束光路组件、微反射镜、二向色镜、荧光显微成像组件以及光谱仪，所述激光发射器用于将激光束发射至所述扩束光路组件上，经由所述扩束光路组件进行散斑抑制后得到照明光束，所述照明光束经过所述微反射镜产生结构光场，所述结构光场通过所述二向色镜反射至所述荧光显微成像组件上，所述荧光显微成像组件包括物镜、物镜驱动装置以及载物台，所述物镜接受所述结构光场，并将所述结构光场聚焦于所述载物台上放置的样品上并激发出荧光束，所述物镜驱动装置用于驱动所述物镜沿其光轴运动，以使所述物镜进行光轴扫描，所述光谱仪将所述荧光束进行分析并分离得到光谱及图像信息。其中，所述扩束光路组件包括散射体旋转装置、第一透镜以及第二透镜，所述散射体旋转装置将所述激光束进行散斑抑制后得到所述照明光束，所述第一透镜以及第二透镜用于对所述照明光束进行均匀扩束，以使所述照明光束均匀化。其中，所述具有光学层析能力的荧光显微光谱成像系统还包括第一平面反射镜，设于所述第二透镜以及所述微反射镜之间，用以对所述照明光束的入射角度进行调整后，使所述照明光束以一定的入射角度照射于所述微反射镜上。其中，所述具有光学层析能力的荧光显微光谱成像系统还包括柱透镜，所述柱透镜设于所述微反射镜以及所述荧光显微成像组件之间，用以将所述结构光场成像于无穷远处，以使所述物镜在所述样品的物面上的聚焦区域呈长方形状。其中，所述物镜驱动装置包括一维平移台以及物镜调整架，所述物镜调整架设于所述一维平移台上，所述物镜调整架与所述物镜连接，用以调整所述物镜的位置。其中，所述光谱仪包括第二平面反射镜、第三透镜以及入射狭缝，所述第二平面反射镜用以反射所述荧光束至所述第三透镜上，所述第三透镜用以对所述荧光束进行聚焦，以使所述荧光束聚焦成像于所述入射狭缝上。其中，光谱仪还包括滤光片，所述滤光片设于所述第二平面反射镜以及所述第三透镜之间，用以进一步滤除所述荧光束中的激光光谱。其中，所述光谱仪还包括球面反射镜以及平面光栅，所述球面反射镜用于对经过所述入射狭缝的荧光束进行准直并反射至所述平面光栅上，经由所述平面光栅对所述荧光束进行荧光光谱色散。其中，所述光谱仪还包括超环面镜，所述荧光束经所述平面光栅进行荧光光谱色散后，经由所述超环面镜进行聚焦。其中，所述光谱仪还包括成像器件，所述荧光束经所述超环面镜进行聚焦至所述成像器件上，经由所述成像器件进行光谱及图像信息的记录采集。实施本专利技术实施例，具有如下有益效果：本专利技术实施例提供的具有光学层析能力的荧光显微光谱成像系统通过设置微反射镜来产生一维结构光场，同时设置二向色镜、物镜、物镜驱动装置以及载物台，通过二向色镜将结构光场反射至物镜上并被物镜接受，物镜将该结构光场聚焦于载物台的样品上，并激发出荧光，通过控制载物台进行一维平移，得到不同视场的二维图像，控制物镜驱动装置驱动物镜沿光轴方向运动，使得物镜能够进行光轴扫描。荧光束通过光谱仪进行分析并分离。通过控制载物台进行图像视场切换，物镜驱动装置进行物镜光轴扫描，以及光谱仪进行荧光光谱色散，最终可得到样品结构的三维图像以及对应的一维光谱信息。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的具有光学层析能力的荧光显微光谱成像系统的示意图；图2是本专利技术实施例提供的柱透镜与微反射镜的另一视角的示意图；图3是本专利技术实施例提供的微反射镜产生结构光场的示意图；图4是本专利技术实施例提供的具有光学层析能力的荧光显微光谱成像系统的成像原理图；图5是本专利技术实施例提供的微反射镜、成像器件以及载物台的同步时序图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请一并参阅图1至图2所示，本实施例提供一种具有光学层析能力的荧光显微光谱成像系统100，其包括激光发射器10、扩束光路组件20、微反射镜30、二向色镜40、荧光显微成像组件50以及光谱仪60。所述荧光显微成像系统50包括物镜51、载物台52以及物镜驱动装置53，所述载物台52上放置有样品(未图示)，所述物镜驱动装置53驱动所述物镜51沿其光轴运动，以使所述物镜51进行光轴扫描。所述激光发射器10用于发射激光束L1。本实施例中，所述激光发射器10为单色激光器。所述激光发射器10将所述激光束L1发射至所述扩束光路组件20上。所述激光发射器10的激光波长为445nm，激光功率为40mw。可以理解的是，在其他实施例中，所述激光发射器10的激光波长以及激光功率也可根据实际操作选择调整。所述扩束光路组件20将所述激光发射器10发射出的所述激光束L1进行散斑抑制后得到照明光束L2。本实施例中，所述扩束光路组件20包括散射体旋转装置21、第一透镜22以及第二透镜23，所述散射体旋转装置21用于将所述激光束L1进行散斑抑制后得到所述照明光束L2。所述散射体旋转装置21由散射片(未图示)以及电动马达(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有光学层析能力的荧光显微光谱成像系统，其特征在于：其包括激光发射器、扩束光路组件、微反射镜、二向色镜、荧光显微成像组件以及光谱仪，所述激光发射器用于将激光束发射至所述扩束光路组件上，经由所述扩束光路组件进行散斑抑制后得到照明光束，所述照明光束经过所述微反射镜产生结构光场，所述结构光场通过所述二向色镜反射至所述荧光显微成像组件上，所述荧光显微成像组件包括物镜、物镜驱动装置以及载物台，所述物镜接受所述结构光场，并将所述结构光场聚焦于所述载物台上放置的样品上并激发出荧光束，所述物镜驱动装置用于驱动所述物镜沿其光轴运动，以使所述物镜进行光轴扫描，所述光谱仪将所述荧光束进行分析并分离得到光谱及图像信息。

【技术特征摘要】
1.一种具有光学层析能力的荧光显微光谱成像系统，其特征在于：包括激光发射器、扩束光路组件、微反射镜、柱透镜、二向色镜、荧光显微成像组件以及光谱仪，所述柱透镜设于所述微反射镜以及所述二向色镜之间，所述荧光显微成像组件包括物镜、物镜驱动装置以及载物台，所述光谱仪包括第二平面反射镜、第三透镜以及入射狭缝；所述激光发射器用于将激光束发射至所述扩束光路组件上，经由所述扩束光路组件进行散斑抑制后得到照明光束，所述照明光束经过所述微反射镜产生结构光场，所述结构光场为亮暗相间的照明条纹，所述结构光场经由所述柱透镜成像于无穷远后，经过所述二向色镜反射至所述物镜上，所述物镜接受所述结构光场，并将所述结构光场聚焦于所述载物台上放置的样品上并激发出荧光束，所述物镜在所述样品的物面上的聚焦区域呈长方形状，所述长方形状的聚焦区域与所述入射狭缝的尺寸存在线性放大关系，且所述样品所在的物面与所述入射狭缝所在的平面成共轭关系，所述物镜驱动装置用于驱动所述物镜沿其光轴运动，以使所述物镜进行光轴扫描，所述第二平面反射镜用以反射所述荧光束至所述第三透镜上，所述第三透镜用以对所述荧光束进行聚焦，以使所述荧光束聚焦成像于所述入射狭缝上，以将所述荧光束导入所述光谱仪进行分析并分离得到光谱及图像信息。2.如权利要求1所述的具有光学层析能力的荧光显微光谱成像系统，其特征在于：所述扩束光路组件包括散射体旋转装置、第一透镜以及第二透镜，所述散射体旋转装置将所述激光束进行散斑抑制后得到所述照明光束，所述第一透镜以及第二透镜用于对所述照明...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑炜，陈廷爱，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44