一種可用于光譜分析的多點(diǎn)掃描共聚焦成像系統(tǒng)技術(shù)方案

一種可用于光譜分析的多點(diǎn)掃描共聚焦成像系統(tǒng)，主要應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)顯微成像領(lǐng)域和材料研究和集成電路芯片檢測(cè)成像，其特征在于在針孔和XY掃描振鏡之間放置一個(gè)沿光軸移動(dòng)動(dòng)態(tài)聚焦透鏡，通過移動(dòng)動(dòng)態(tài)聚焦透鏡來改變穿過針孔、經(jīng)XY振鏡反射進(jìn)入遠(yuǎn)心掃描透鏡的光束的發(fā)散角，以在不改變物鏡位置的情況下，對(duì)樣品實(shí)現(xiàn)快速三維掃描成像，實(shí)時(shí)獲取三維共聚焦圖像。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種可用于光譜分析的多點(diǎn)掃描共聚焦成像系統(tǒng)，特別涉及用于樣品三維共聚焦成像的光譜分析。本專利技術(shù)主要應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)顯微成像領(lǐng)域，也可用于材料研究。
技術(shù)介紹
隨著光譜分析在細(xì)胞生物學(xué)研究應(yīng)用的開展，科學(xué)家迫切需要在獲取高分辨率的共聚焦圖像時(shí)，同時(shí)獲得圖像中每一位點(diǎn)的光譜信息。但是，目前只有逐點(diǎn)掃描的單點(diǎn)掃描共聚焦成像系統(tǒng)能通過色散元件，一次獲取一個(gè)位點(diǎn)的光譜圖像，然后逐點(diǎn)掃描樣品以獲取完整的、帶有光譜信息的共聚焦圖像，成像非常耗時(shí)。因此，單點(diǎn)掃描共聚焦成像系統(tǒng)難以應(yīng)用于多點(diǎn)獲取成像。而對(duì)于多點(diǎn)掃描的轉(zhuǎn)盤共聚焦成像系統(tǒng)，由于數(shù)量巨大的針孔為二維排列的陣列，系統(tǒng)只能通過液晶濾光鏡等濾光元件逐次透過不同波長(zhǎng)的光，然后通過計(jì)算機(jī)重組，以獲取完整的、帶有光譜信息的共聚焦圖像。因此，用于光譜分析的轉(zhuǎn)盤共聚焦成像系統(tǒng)會(huì)損失大量的光信號(hào)，光譜分辨率越高損失越大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的，是使用單列排列的針孔和兩個(gè)轉(zhuǎn)軸相互垂直的掃描振鏡逐列掃描樣品，以實(shí)現(xiàn)三維共聚焦成像；同時(shí)通過色散元件在與針孔陣列排列垂直的方向上將光束按波長(zhǎng)分散，用面陣檢測(cè)器獲取每列共聚焦圖像的光譜圖像，然后通過計(jì)算機(jī)重組為完整的、可用于光譜分析的共聚焦圖像。本專利技術(shù)的目的是通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：如圖1所示，一種可用于光譜分析的多點(diǎn)掃描共聚焦成像系統(tǒng)，包括：光源1，線性照明器(包括第一凸柱面鏡2和第二凸柱面鏡3)，激發(fā)濾光鏡4，二色分光鏡5，激發(fā)微透鏡陣列6，針孔陣列7，第一遠(yuǎn)心成像透鏡組8，第一掃描振鏡9，第二遠(yuǎn)心成像透鏡組10，第二掃描振鏡11，顯微鏡12，變倍微透鏡陣列組13，色散元件14，面陣檢測(cè)器15，控制器(未畫出)和計(jì)算機(jī)(未畫出)。其特征在于：光源1發(fā)射的光經(jīng)過所述線性照明器變?yōu)榫€性準(zhǔn)直光；激發(fā)濾光鏡4透過特定波段的所述線性準(zhǔn)直光，截至其它波段的光；二色分光鏡5反射所述特定波段的線性準(zhǔn)直光，透過其它波段的光；激發(fā)微透鏡陣列6為單列排列，排列方向與所述線性準(zhǔn)直光的方向重合；針孔陣列7為單列排列，位于激發(fā)微透鏡陣列6的焦平面，與激發(fā)微透鏡陣列6一一對(duì)應(yīng)；第一遠(yuǎn)心成像透鏡組8為1倍倍率，物焦面位于針孔陣列7，像焦面與第二遠(yuǎn)心成像透鏡組10的物焦面重合；第一掃描振鏡9位于第一遠(yuǎn)心成像透鏡組8的中心，旋轉(zhuǎn)軸與針孔陣列6的排列方向平行或垂直；第二遠(yuǎn)心成像透鏡組10為1倍倍率，物焦面與第一遠(yuǎn)心成像透鏡組8的像焦面重合，像焦面與顯微鏡12的成像焦面重合；第二掃描振鏡11位于第二遠(yuǎn)心成像透鏡組10的中心，旋轉(zhuǎn)軸與第一掃描振鏡9的旋轉(zhuǎn)軸垂直；變倍微透鏡陣列組13為單列排列，與激發(fā)微透鏡陣列6一一對(duì)應(yīng)，將經(jīng)過激發(fā)微透鏡陣列6的光束的半徑變小；或者將經(jīng)過激發(fā)微透鏡陣列6的光束聚焦于面陣檢測(cè)器15；色散元件14將透過變倍微透鏡陣列組13的光在空間上按波長(zhǎng)分散成為多條光束，其色散方向與變倍微透鏡陣列組13的排列方向垂直；面陣檢測(cè)器15的像素排列邊分別與變倍微透鏡陣列組13的排列方向和色散元件14的色散方向重合；控制器(未畫出)控制光源1的開關(guān)、第一掃描振鏡9和第二掃描振鏡11的擺動(dòng)、面陣檢測(cè)器15的開關(guān)；計(jì)算器(未畫出)作為控制器(未畫出)的上位機(jī)，以及將面陣檢測(cè)器15檢測(cè)到的信號(hào)重組為包含光譜信息的共聚焦圖像。其中，色散元件是棱鏡14或光柵18(圖2所示)。所述線性照明器由焦點(diǎn)重合、匯聚方向相互垂直的第一凸柱面鏡2、第二凸柱面鏡3組成；或者如圖3和圖4所示由準(zhǔn)直鏡19，焦點(diǎn)和匯聚方向重合的第一柱面鏡20、第二凸柱面鏡3組成，第一柱面鏡20為凹柱面鏡或凸柱面鏡；或者如圖5所示由準(zhǔn)直鏡19、第一直角棱鏡21、第二直角棱鏡22組成。本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)如下：1、本專利技術(shù)通過單列排列的針孔和兩個(gè)轉(zhuǎn)軸相互垂直的掃描振鏡逐列掃描樣品，共聚焦成像速度快。2、本專利技術(shù)通過色散元件在與針孔陣列垂直的方向上對(duì)光束色散，可同時(shí)獲得多個(gè)點(diǎn)位的共聚焦圖像的光譜信息。附圖說明圖1：本專利技術(shù)的第一種實(shí)施例的示意圖圖2：本專利技術(shù)的第二種實(shí)施例的示意圖圖3：本專利技術(shù)的第三種實(shí)施例的示意圖圖4：本專利技術(shù)的第四種實(shí)施例的示意圖圖5：本專利技術(shù)的第五種實(shí)施例的示意圖圖6a-6d：系統(tǒng)的掃描成像方式圖面說明：1——光源；2——第一凸柱面鏡；3——第二凸柱面鏡；4——激發(fā)濾光鏡；5——二色分光鏡；6——激發(fā)微透鏡陣列；7——針孔陣列；8——第一遠(yuǎn)心成像透鏡組；9——第一掃描振鏡；10——第二遠(yuǎn)心成像透鏡組；11——第二掃描振鏡；12——顯微鏡；13——變倍微透鏡陣列；14——棱鏡；15——面陣檢測(cè)器；18——光柵；19——準(zhǔn)直鏡；20——第一柱面鏡；21——第一直角棱鏡；22——第二直角棱鏡；23——樣品。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步描述本專利技術(shù)。實(shí)施例1圖1是與本專利技術(shù)相關(guān)的第一種共聚焦光學(xué)掃描儀的示意圖，工作模式如下：計(jì)算機(jī)(未畫出)發(fā)送信號(hào)給控制器(未畫出)，控制光源1發(fā)出發(fā)散光，同時(shí)控制檢測(cè)器13開始曝光。第一凸柱面鏡2在與激發(fā)微透鏡陣列6垂直的方向上將發(fā)散光匯聚為平行光，然后第二凸柱面鏡3在與激發(fā)微透鏡陣列6平行的方向上將發(fā)散光匯聚為平行光，得到與激發(fā)微透鏡陣列6平行的線性平行光。線性平行光透過激發(fā)濾光鏡4被二色分光鏡5反射，經(jīng)過激發(fā)微透鏡陣列6聚焦穿過針孔陣列7。然后，再經(jīng)過第一遠(yuǎn)心成像透鏡組8、第一掃描振鏡9、第二遠(yuǎn)心成像透鏡組10、第二掃描振鏡11和顯微鏡12投射照明位于顯微鏡12焦面上的樣品23。樣品23返回來的光經(jīng)過顯微鏡12、第二遠(yuǎn)心成像透鏡組10、第二掃描振鏡11、第一元遠(yuǎn)心成像透鏡組8、第一掃描振鏡9、針孔陣列7、激發(fā)微透鏡陣列6、二色分光鏡5和變倍微透鏡陣列組13到達(dá)棱鏡14，變倍微透鏡陣列組13的作用是將激發(fā)微透鏡陣列6準(zhǔn)直的大直徑光束變倍為小直徑的準(zhǔn)直光束。棱鏡14將小直徑準(zhǔn)直光束在與變倍微透鏡陣列組13垂直的方向上按波長(zhǎng)分散至面陣檢測(cè)器15。面陣檢測(cè)器15同時(shí)獲取多個(gè)點(diǎn)位的光譜圖像。檢測(cè)器15結(jié)束曝光，并將第一位列圖像傳輸給計(jì)算機(jī)(未畫出)，完成第一位列共聚焦光譜成像。如圖6a所示。控制器(未畫出)控制光源1關(guān)閉，然后控制所述第一掃描振鏡9擺動(dòng)至下一位置，進(jìn)行第二位列成像……直至完成所有位列成像。如圖6b所示。控制器(未畫出)控制光源1關(guān)閉，然后控制所述第一掃描振鏡9復(fù)位，并控制所述第二掃描振鏡擺動(dòng)至下一位置，重復(fù)以上操作，完成所有行列成像。如圖6c和圖6d所示。計(jì)算機(jī)(未畫出)將所有圖像重組為帶有光譜信息的共聚焦圖像。實(shí)施例2圖2是與本專利技術(shù)相關(guān)的第二種多點(diǎn)掃描共聚焦成像系統(tǒng)的部分示意圖，其和實(shí)施例1的主要區(qū)別如下：使用光柵18替代棱鏡14分光。實(shí)施例3圖3是與本專利技術(shù)相關(guān)的第二種多點(diǎn)掃描共聚焦成像系統(tǒng)的部分示意圖，其和實(shí)施例1的主要區(qū)別如下：光源1發(fā)射的光有準(zhǔn)直鏡19準(zhǔn)直，然后由短焦距的第一凸柱面鏡20匯聚，再由長(zhǎng)焦距的第二凸柱面鏡3準(zhǔn)直。實(shí)施例4圖4是與本專利技術(shù)相關(guān)的第二種多點(diǎn)掃描共聚焦成像系統(tǒng)的部分示意圖，其和實(shí)施例1的主要區(qū)別如下：光源1發(fā)射的光有準(zhǔn)直鏡19準(zhǔn)直，然后由短焦距的第一凹柱面鏡20發(fā)散，再由長(zhǎng)焦距的第二凸柱面鏡3準(zhǔn)直。實(shí)施例5圖5是與本專利技術(shù)相關(guān)的第二種多點(diǎn)掃描共聚焦成像系統(tǒng)的部分示意圖，其和實(shí)施例1的主要區(qū)別如下：光源1發(fā)射的光有準(zhǔn)直鏡19準(zhǔn)直，然本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種可用于光譜分析的多點(diǎn)掃描共聚焦成像系統(tǒng)，包括：光源，線性照明器，激發(fā)濾光鏡，二色分光鏡，激發(fā)微透鏡陣列，針孔陣列，第一遠(yuǎn)心成像透鏡組，第一掃描振鏡，第二遠(yuǎn)心成像透鏡組，第二掃描振鏡，顯微鏡，變倍微透鏡陣列組，色散元件，面陣檢測(cè)器，控制器和計(jì)算機(jī)，其特征在于：所述光源發(fā)射的光經(jīng)過所述線性照明器變?yōu)榫€性準(zhǔn)直光；所述激發(fā)濾光鏡透過特定波段的所述線性準(zhǔn)直光，截至其它波段的光；所述二色分光鏡反射所述特定波段的線性準(zhǔn)直光，透過其它波段的光；所述激發(fā)微透鏡陣列為單列排列，排列方向與所述線性準(zhǔn)直光的方向重合；所述針孔陣列為單列排列，位于所述激發(fā)微透鏡陣列的焦平面，與所述激發(fā)微透鏡陣列一一對(duì)應(yīng)；所述第一遠(yuǎn)心成像透鏡組為1倍倍率，物焦面位于所述針孔陣列，像焦面與所述第二遠(yuǎn)心成像透鏡組的物焦面重合；所述第一掃描振鏡位于所述第一遠(yuǎn)心成像透鏡組的中心，旋轉(zhuǎn)軸與所述針孔陣列的排列方向平行或垂直；所述第二遠(yuǎn)心成像透鏡組為1倍倍率，物焦面與所述第一遠(yuǎn)心成像透鏡組的像焦面重合，像焦面與所述顯微鏡的成像焦面重合；所述第二掃描振鏡位于所述第二遠(yuǎn)心成像透鏡組的中心，旋轉(zhuǎn)軸與所述第一掃描振鏡的旋轉(zhuǎn)軸垂直；所述變倍微透鏡陣列組為單列排列，與所述激發(fā)微透鏡陣列一一對(duì)應(yīng)，將經(jīng)過所述激發(fā)微透鏡陣列的光束的半徑變小；所述色散元件將透過所述變倍微透鏡陣列組的光在空間上按波長(zhǎng)分散成為多條光束，其色散方向與所述變倍微透鏡陣列組的排列方向垂直；所述面陣檢測(cè)器的像素排列邊分別與所述變倍微透鏡陣列組的排列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開關(guān)、所述第一掃描振鏡和第二掃描振鏡的擺動(dòng)、所述面陣檢測(cè)器的開關(guān)；所述計(jì)算機(jī)作為所述控制器的上位機(jī)，以及將所述面陣檢測(cè)器檢測(cè)到的信號(hào)重組為包含光譜信息的共聚焦圖像。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種可用于光譜分析的多點(diǎn)掃描共聚焦成像系統(tǒng)，包括：光源，線性照明器，激發(fā)濾光鏡，二色分光鏡，激發(fā)微透鏡陣列，針孔陣列，第一遠(yuǎn)心成像透鏡組，第一掃描振鏡，第二遠(yuǎn)心成像透鏡組，第二掃描振鏡，顯微鏡，變倍微透鏡陣列組，色散元件，面陣檢測(cè)器，控制器和計(jì)算機(jī)，其特征在于：所述光源發(fā)射的光經(jīng)過所述線性照明器變?yōu)榫€性準(zhǔn)直光；所述激發(fā)濾光鏡透過特定波段的所述線性準(zhǔn)直光，截至其它波段的光；所述二色分光鏡反射所述特定波段的線性準(zhǔn)直光，透過其它波段的光；所述激發(fā)微透鏡陣列為單列排列，排列方向與所述線性準(zhǔn)直光的方向重合；所述針孔陣列為單列排列，位于所述激發(fā)微透鏡陣列的焦平面，與所述激發(fā)微透鏡陣列一一對(duì)應(yīng)；所述第一遠(yuǎn)心成像透鏡組為1倍倍率，物焦面位于所述針孔陣列，像焦面與所述第二遠(yuǎn)心成像透鏡組的物焦面重合；所述第一掃描振鏡位于所述第一遠(yuǎn)心成像透鏡組的中心，旋轉(zhuǎn)軸與所述針孔陣列的排列方向平行或垂直；所述第二遠(yuǎn)心成像透鏡組為1倍倍率，物焦面與所述第一遠(yuǎn)心成像透鏡組的像焦面重合，像焦面與所述顯微鏡的成像焦面重合；所述第二掃描振鏡位于所述第二遠(yuǎn)心成像透鏡組的中心，旋轉(zhuǎn)軸與所述第一掃描振鏡的旋轉(zhuǎn)軸垂直；所述變倍微透鏡陣列組為單列排列，與所述激發(fā)微透鏡陣列一一對(duì)應(yīng)，將經(jīng)過所述激發(fā)微透鏡陣列的光束的半徑變小；所述色散元件將透過所述變倍微透鏡陣列組的光在空間上...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：賴博，王繼光，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京世紀(jì)桑尼科技有限公司，
類型：新型
國(guó)別省市：北京;11