基于DMD的熒光光譜探測方法技術

本發明專利技術涉及熒光光譜探測的技術領域，公開了基于DMD的熒光光譜探測方法，包括以下步驟：S1：搭建熒光光譜探測的光學系統，光學系統包括DMD、色散單元和探測器；S2：獲取光學系統的光譜矯正系數R，包括以下步驟：S21：測量標準光源的光譜數據L；S22：將標準光源導入光學系統，在DMD上加載多幅光譜圖案，測得光譜數據S；則光譜矯正系數R＝(S

【技術實現步驟摘要】
基于DMD的熒光光譜探測方法


[0001]本專利技術專利涉及熒光光譜探測的
，具體而言，涉及基于DMD的熒光光譜探測方法。

技術介紹

[0002]與光譜儀不同，成像光譜儀的優勢在于成像。但成像光譜儀也可以通過預先的光譜標定加特定的實驗操作從而得到染料的光譜曲線。目前，成像光譜儀有多濾光片、可移動式狹縫、多通道探測等幾類。多濾光片由許多濾光片組成，方法簡單，但成本較高，且十分受限于濾光片，因此不適合探測光譜。可移動式狹縫利用移動的狹縫從而輸出特定帶寬的光，但由于該方法速度慢、結構復雜、精度低，因此也不適合光譜探測。
[0003]多通道探測是指利用多個探測器覆蓋整個光譜探測波段，即每個探測器負責響應特定波長范圍的熒光。與前兩種方法相比，多通道探測速度快、精度高，因此該方法也可用于探測光譜。
[0004]如圖1所示，Nikon C1si系統的多光譜模塊的光路示意圖。其中，Emission light是入射熒光，Grating 1是光柵，Multi
?
channel PMT是多通道光電倍增管。
[0005]該模塊工作原理如下：樣品產生的熒光(Emission light)經過某些光學元件后照射在光柵(Grating 1)上。由于衍射效應，入射熒光在空間上色散展開。最終，色散光全部打在多通道光電倍增管(Multi
?
channel PMT)上，保證探測器能接受所有的色散光。由于色散熒光完全被探測器接受，所以每一個通道都對應一個固定的光譜帶寬。在測量光譜時，各個通道接受信號并計數，再將這些信號值除以系統的光譜透過率系數既能得到入射熒光的光譜。
[0006]這種多通道光譜探測憑借著性能穩定、結構簡單得到了廣泛的應用，除了此產品，許多其它的產品也使用了該結構，例如Becker&Hick1 GmbH的16通道探測器(NW
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FLIM
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DEFGASP
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NDD
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NOS)。
[0007]如上述所提到的多通道探測器，雖然性能優越、應用廣泛，但是也存在一些問題。具體問題如下：
[0008](1)由于結構的限制，探測器的通道數量不會無限制的增加。目前通道數量最多只能達到16個，因此也只有16個光譜探測點，往往會遇到光譜采樣點不足的問題。因為很多熒光的光譜范圍很寬(以熒光素鈉舉例，該染料的發射光譜涵蓋400nm～700nm)，所以光譜探測點越多，光譜探測精度越準。
[0009](2)由于通道數量受限，所以每個通道的帶寬不會很窄，即光譜分辨率不會很高。在光譜儀中，光譜分辨率越差，可分辨的兩個波長之間的波長差越大，探測效果越差。
[0010](3)對于光譜儀而言，光柵的能量利用率會比棱鏡低很多，尤其是光柵的工作波長范圍小且還有較多的雜散光和反射光，對于探測系統有較大的影響。
[0011](4)多通道探測器價格昂貴。由于是幾個或十幾個探測器的疊加，所以這種類型的探測器成本較高。

技術實現思路

[0012]本專利技術的目的在于提供一種基于DMD的熒光光譜探測方法，旨在解決現有技術中，光譜探測的采樣點不足的問題。
[0013]本專利技術是這樣實現的，基于DMD的熒光光譜探測方法，包括以下步驟：
[0014]S1：搭建熒光光譜探測的光學系統，所述光學系統包括DMD(數字微鏡器件)、色散單元和探測器，經由所述色散單元的光入射至所述DMD，后被所述探測器接收；
[0015]S2：獲取所述光學系統的光譜矯正系數R，包括以下步驟：
[0016]S21：用光譜儀測量標準光源，得到其光譜數據L；
[0017]S22：將所述標準光源導入所述光學系統，在所述DMD上加載多幅光譜圖案，每加載一幅所述光譜圖案，所述探測器采集一次信號，此數據記為S；
[0018]則所述光譜矯正系數R由以下公式計算：
[0019]其中B為測量時產生的噪聲；
[0020]S3：重建熒光光譜，將所述標準光源換成待測樣品，激發待測樣品產生熒光并將其導入所述光學系統；在所述DMD上加載多幅所述光譜圖案，每加載一幅所述光譜圖案，所述探測器采集一次信號，此數據記為I；
[0021]則待測樣品的熒光光譜f由以下公式計算：
[0022][0023]可選的，在步驟S22中，在加載所述光譜圖案前，用光譜儀標定所述光譜圖案的中心波長和光譜帶寬。
[0024]可選的，所述光譜圖案的中心波長為400～700nm；所述光譜帶寬在6nm～20nm之間。
[0025]可選的，所述探測器為單光子探測器或面陣探測器。
[0026]可選的，所述光譜圖案滿足最小光譜分辨率的要求。
[0027]可選的，所述光譜圖案的位深設置成1比特。
[0028]可選的，所述光譜圖案為19幅以上。
[0029]可選的，在步驟S3中，檢測重建熒光光譜時的噪聲B1，則待測樣品的熒光光譜f由以下公式計算：
[0030][0031]可選的，所述光學系統還包括第一透鏡、光纖、第二透鏡、濾光片和第三透鏡；熒光依次經過所述第一透鏡、所述光纖、所述第二透鏡、所述濾光片、所述色散單元、所述DMD、所述第三透鏡后，被所述探測器接收。
[0032]可選的，所述光學系統還包括光束終止器，從所述DMD出射的光中，有用的信號被所述探測器接收，無用的信號走向所述光束終止器。
[0033]與現有技術相比，本專利技術提供的基于DMD的熒光光譜探測方法，采用了DMD對色散光進行選擇性的輸出，充分利用DMD像素級調控的優勢對光譜進行拆分、編碼和重建，由于
DMD具有像素級控制的特性，所以能加載各種各樣的圖案，即可使用不同中心波長、不同帶寬的光譜圖案來重建光譜。因此，本探測方法的光譜的采樣點比多通道探測器多，光譜檢測的精度和方式要優于多通道探測器。
附圖說明
[0034]圖1是現有技術中Nikon C1si系統的多光譜模塊光路示意圖；
[0035]圖2是本專利技術提供的基于DMD的熒光光譜探測方法的光路示意圖；
[0036]圖3是本專利技術提供的基于DMD的熒光光譜探測方法中在DMD上加載的光譜圖案示意圖；
[0037]圖4是本專利技術提供的基于DMD的熒光光譜探測方法對EOSINY染料進行檢測的實驗結果示意圖。
具體實施方式
[0038]為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。
[0039]以下結合具體實施例對本專利技術的實現進行詳細的描述。
[0040]本實施例的附圖中相同或相似的標號對應相同或相似的部件；在本專利技術的描述中，需要理解的是，若有術語“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本專利技術和簡化描述，而不是指示或暗示所本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.基于DMD的熒光光譜探測方法，其特征在于，包括以下步驟：S1：搭建熒光光譜探測的光學系統，所述光學系統包括DMD、色散單元和探測器，經由所述色散單元的光入射至所述DMD，后被所述探測器接收；S2：獲取所述光學系統的光譜矯正系數R，包括以下步驟：S21：用光譜儀測量標準光源，得到其光譜數據L；S22：將所述標準光源導入所述光學系統，在所述DMD上加載多幅光譜圖案，每加載一幅所述光譜圖案，所述探測器采集一次信號，此數據記為S；則所述光譜矯正系數R由以下公式計算：其中B為測量時產生的噪聲；S3：重建熒光光譜，將所述標準光源換成待測樣品，激發待測樣品產生熒光并將其導入所述光學系統；在所述DMD上加載多幅所述光譜圖案，每加載一幅所述光譜圖案，所述探測器采集一次信號，此數據記為I；則待測樣品的熒光光譜f由以下公式計算：2.如權利要求1所述的基于DMD的熒光光譜探測方法，其特征在于，在步驟S22中，在加載所述光譜圖案前，用光譜儀標定所述光譜圖案的中心波長和光譜帶寬。3.如權利要求2所述的基于DMD的熒光光譜探測方法，其特征在于，所述光譜圖案的中心波長為400～700nm；所述光譜帶寬在6nm～20nm之間。4.如權利要求3所述的基于...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃晨明，余佳，高玉峰，香鳳，王楠楠，鄭煒，
申請(專利權)人：中國科學院深圳先進技術研究院，
類型：發明
國別省市：