凝视型快速光片共聚焦高维成像系统

1.本实用新型属于光学技术领域，具体涉及一种凝视型快速光片共聚焦高维成像系统。


背景技术：

2.共聚焦激光扫描显微镜是近十多年研制成的高光敏度、高分辨率的新型仪器。它以激光为光源，由共聚焦成像扫描系统、电子光学系统和微机图像分析系统组成。光束经聚焦后落在样品（组织厚片或细胞）不同深度的微小一点，并作移动扫描，通过电信号彩色显像，可使样品内任何一点的反射光形成的图像，都被准确地接收下来并产生信号，经过处理得到图像信号。然而共聚焦显微镜系统采集速度慢，效率低，并且缺少对样品分析的手段。目前，高光谱成像以多通道光谱技术为基础，集光学成像和光谱测量为一体，可以同时获取目标的图像信息和对应的光谱信息。高光谱成像能够对物质的结构和成分进行分析、测量和处理，具有分析精度高、测量范围广等优点，广泛应用于石油、材料、农学、地质勘探、生物化学、医药卫生、环境保护、安全检测等领域。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术中的不足，本实用新型公开了一种凝视型快速光片共聚焦高维成像系统。
4.一种凝视型快速光片共聚焦高维成像系统，依次包括激发单元、后端接收单元、中部扫描单元、前置光学单元；所述的激发单元依次包括准直透镜一、第一柱透镜、第二柱透镜、第一反射镜；所述的中部扫描单元依次包括第四柱透镜、振镜系统、扫描透镜、远心透镜，扫描透镜和远心透镜用于优化光束并进行扩束，振镜系统用于一维扫描；所述的前置光学单元包括载物台、显微物镜、第二反射镜，从中部扫描单元出射的线激发光经过第二反射镜后入射到显微物镜，并聚焦在载物台上的待测样品形成光片；所述的后端接收单元依次包括二向色镜、滤光片、第三柱透镜、高光谱分光模组。
5.所述的一种凝视型快速光片共聚焦高维成像系统，线激发光通过显微物镜聚焦在样品表面形成光片，显微物镜焦平面处的荧光信号或反射光信号被高光谱分光模组接收，焦平面其他的位置的光被高光谱分光模组中的狭缝遮挡，通过显微物镜的轴向位移即可实现层析扫描。
6.所述的高光谱分光模组依次包括狭缝、准直透镜二、棱镜-光栅-棱镜、聚焦透镜、相机，光从中部扫描单元出射至狭缝位置被准直透镜二准直为平行光，经过棱镜-光栅-棱镜后，不同波长的光经聚焦透镜聚焦在相机感光面的不同位置，从而形成光谱图像。
7.所述的前置光学单元包括载物台、显微物镜、电动位移台、第二反射镜，电动位移台用于调节待测样品的距离实现聚焦。
8.所述的前置光学单元所述的前置光学单元包括载物台、显微物镜、液体变焦透镜、第二反射镜，所述的液体变焦透镜，用于实现快速变焦。
9.本实用新型的有益效果：
10.本实用新型采用线共聚焦光片来扫描待测样品荧光或反射图谱信息，结合层析技术进行深度扫描，将待测样品荧光或反射图谱数据融合成高维数据立方体。系统具有深度分辨率高，光谱分辨率高，数据融合精度优良等特性，新的光谱形貌数据体极大的提升对物质微观检测和分析的准确率。
11.本实用新型克服了传统共聚焦系统采集速度慢，探测效率低，数据单一等问题，将线共聚焦技术融合光栅线推扫光谱成像技术，可以高精度的探测待测样品的荧光图谱或反射图谱数据。系统通过显微物镜的轴向运动，还可以对样品进行层析扫描，这对于分析待测样品微观性质具有重要意义，在原位微生物探测、工业样品微结构检测等测量领域具有巨大的应用价值。
附图说明
12.图1是凝视型共聚焦显微形貌光谱四维探测系统的一种结构示意图；
13.图中，准直透镜一1，第一柱透镜2，第二柱透镜3，第一反射镜4，二向色镜5，滤光片6，第三柱透镜7，高光谱分光模组8，狭缝9，准直透镜二10，棱镜-光栅-棱镜 11，聚焦透镜12，相机13，第四柱透镜14，振镜系统15，扫描透镜16，远心透镜17，第二反射镜18，电动位移台19，显微物镜20，载物台21，激发单元22，后端接收单元23，中部扫描单元24，前置光学单元25。
具体实施方式
14.下面结合附图对本实用新型进行进一步的阐述。
15.如图 1所示，一种凝视型快速光片共聚焦高维成像系统，依次包括激发单元22、后端接收单元23、中部扫描单元24、前置光学单元25。
16.所述的激发单元22依次包括准直透镜一1、第一柱透镜2、第二柱透镜3、第一反射镜4，待测样品激发光从激发单元导入，激光传播方向向上；待测样品的激发光从光纤出射后经过准直透镜1被准直为平行光，平行光经过第一柱透镜2和第二柱透镜3在单方向扩束，扩束后的激光束经过后端接收单元23中的二向色镜5后，短波长的激发光被反射到中部扫描单元24。
17.所述的中部扫描单元24依次包括第四柱透镜14、振镜系统15、扫描透镜16、远心透镜17，扫描透镜16和远心透镜17优化光束并进行扩束，振镜系统15进行一维扫描。
18.所述的前置光学单元25包括载物台21、显微物镜20、电动位移台19、第二反射镜18，从中部扫描单元24出射的线激发光经过第二反射镜18后入射到显微物镜20，并聚焦在载物台21上的待测样品形成光片，电动位移台19用于调节待测样品的距离实现聚焦，待测样品激发的线荧光信号或者线反射光信号沿着原光路返回到后端接收单元23。
19.所述的前置光学单元25中的电动位移台19可替换为液体变焦透镜，用于实现快速变焦，提高系统层析扫描的速度。
20.所述的后端接收单元23依次包括二向色镜5、滤光片6、第三柱透镜7、高光谱分光模组8，线荧光或线反射光沿着原光路经过中部扫描单元24入射到后端接收单元中的二向色镜5，经过第三柱透镜7聚焦在高光谱分光模组的狭缝位置处，在相机感光面上展开为荧
光光谱或者反射图谱。
21.线激发光通过显微物镜20聚焦在样品表面形成光片，只有显微物镜20焦平面处的荧光信号或反射光信号才能被高光谱分光模组8接收，焦平面其他的位置的光会被高光谱分光模组8中的狭缝遮挡，通过显微物镜的轴向位移即可实现层析扫描。
22.系统采用光片扫描，扫描效率高，采集速度快。
23.高光谱分光模组8依次包括狭缝9、准直透镜二10、棱镜-光栅-棱镜11、聚焦透镜12、相机13，光从中部扫描单元24出射至狭缝位置被准直透镜二10准直为平行光，经过棱镜-光栅-棱镜11后，不同波长的光经聚焦透镜12聚焦在相机13感光面的不同位置，从而形成光谱图像。
24.上述描述中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施方案仅仅是对本实用新型的优选实施例进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变化和改进，均属于本实用新型的保护范围。本实用新型的保护范围由所附权利要求及其任何等同物给出。


技术特征：
1.一种凝视型快速光片共聚焦高维成像系统，其特征在于，依次包括激发单元（22）、后端接收单元（23）、中部扫描单元（24）、前置光学单元（25）；所述的激发单元（22）依次包括准直透镜一（1）、第一柱透镜（2）、第二柱透镜（3）、第一反射镜（4）；所述的中部扫描单元（24）依次包括第四柱透镜（14）、振镜系统（15）、扫描透镜（16）、远心透镜（17），扫描透镜（16）和远心透镜（17）用于优化光束并进行扩束，振镜系统（15）用于一维扫描；所述的前置光学单元（25）包括载物台（21）、显微物镜（20）、第二反射镜（18），从中部扫描单元（24）出射的线激发光经过第二反射镜（18）后入射到显微物镜（20），并聚焦在载物台（21）上的待测样品形成光片；所述的后端接收单元（23）依次包括二向色镜（5）、滤光片（6）、第三柱透镜（7）、高光谱分光模组（8）。2.根据权利要求1所述的一种凝视型快速光片共聚焦高维成像系统，其特征在于，线激发光通过显微物镜（20）聚焦在样品表面形成光片，显微物镜（20）焦平面处的荧光信号或反射光信号被高光谱分光模组（8）接收，焦平面其他的位置的光被高光谱分光模组（8）中的狭缝遮挡，通过显微物镜的轴向位移即可实现层析扫描。3.根据权利要求1所述的一种凝视型快速光片共聚焦高维成像系统，其特征在于，所述的高光谱分光模组（8）依次包括狭缝（9）、准直透镜二（10）、棱镜-光栅-棱镜（11）、聚焦透镜（12）、相机（13），光从中部扫描单元（24）出射至狭缝位置被准直透镜二（10）准直为平行光，经过棱镜-光栅-棱镜（11）后，不同波长的光经聚焦透镜（12）聚焦在相机（13）感光面的不同位置，从而形成光谱图像。4.根据权利要求1所述的一种凝视型快速光片共聚焦高维成像系统，其特征在于，所述的前置光学单元所述的前置光学单元（25）包括载物台（21）、显微物镜（20）、电动位移台（19）、第二反射镜（18），电动位移台（19）用于调节待测样品的距离实现聚焦。5.根据权利要求1所述的一种凝视型快速光片共聚焦高维成像系统，其特征在于，所述的前置光学单元所述的前置光学单元（25）包括载物台（21）、显微物镜（20）、液体变焦透镜、第二反射镜（18），所述的液体变焦透镜，用于实现快速变焦。

技术总结
本实用新型公开一种凝视型快速光片共聚焦高维成像系统，依次包括激发单元、后端接收单元、中部扫描单元、前置光学单元；激发单元依次包括准直透镜一、第一柱透镜、第二柱透镜、第一反射镜；中部扫描单元依次包括第四柱透镜、振镜系统、扫描透镜、远心透镜，扫描透镜和远心透镜用于优化光束并进行扩束，振镜系统用于一维扫描；前置光学单元包括载物台、显微物镜、第二反射镜；后端接收单元依次包括二向色镜、滤光片、第三柱透镜、高光谱分光模组。本实用新型克服了传统点共聚焦系统扫描速度慢，数据单一的问题，具有高光谱分辨率和高深度分辨率，对于原位微生物探测、工业样品微结构检测等测量领域具有巨大的应用价值。领域具有巨大的应用价值。领域具有巨大的应用价值。


技术研发人员：何赛灵 罗晶
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2022.04.09
技术公布日：2022/9/2