[发明专利]一种多样本光谱影像检测光路系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于光谱分析技术领域，涉及一种光谱分光和成像技术，特别涉及一种多样本光谱影像检测光路系统及一种多样本光谱影像检测方法。

背景技术

光谱分析技术广泛应用于各种领域的科研和生产活动，特别是在生命科学、生物工程、化学制药等多个领域的研究中，各类样本的待检测信号具有弱信号的特性。光谱分析技术以其灵敏、准确、迅速等技术特点，在这些领域发挥了其独特和重要的作用。

对各类样本的采样检测，往往需要通过大量实验数据的总结才能得到令人满意的结果。目前，对于多个样本的光谱展开和检测分析，通常采用精密点扫描技术与光谱分析技术相结合的方式，或者采用不同样本分别多次进样、多次分析的方式来实现。尽管机械点扫描技术已经比较成熟，定位精度很高；多次进样分析检测方法准确性高，无样品间串扰等问题，但是这两种方法由于都需要对多个样本进行逐个测试，耗费时间过长，且线状样品需要对后期数据进行逐点拟合，图像容易失真，存在检测效率低的问题。

光谱分析技术是将光学成像和光谱分光两种技术相结合，通过在光学成像系统中增加光谱分光组件，实现被测物的空间信息及光谱信息的同时获取。然而，现有的光谱系统因不特别对轴外像差进行校正，仅能对处于光轴上的目标进行成像，致使轴外目标经过这种光路成像后会产生很大像差，同时光谱展开后各波长谱线经成像镜头的成像像质亦有很大差异，存在对轴外目标分辨力低、轴外光谱分辨力低的问题，所以以往的光谱检测系统仅能对单个样本进行逐个测试，对待检测目标以及光谱展开、成像范围有诸多限制。上述这些问题在待检测信号微弱、分析信号质量要求高的生命科学、生物工程、化学制药等领域更为显著。

由此可见，现有光谱成像系统对轴外目标的成像效果差，像差问题明显，仅能对单个样本进行成像然后再逐一进行检测，在检测大量样本，和处理生命科学、生物工程、化学制药等领域的弱信号样本时检测效率低，存在诸多缺陷，亟待改进。

发明内容

本发明的目的在于克服多个样本光谱检测系统中常存在的检测效率低的不足，提供一种可以实现对多个样本信息同时、独立的进行光谱分析的多样本光谱影像检测光路系统及检测方法。

本发明提供的多样本光谱影像检测光路系统，包括依次设置的准直镜头、滤光片、分光器件、成像镜头和光谱影像探测器，其中，所述多样本光谱影像检测光路系统还包括能够承载线状样品阵列并能够将所述线状样品阵列调整到所述准直镜头的焦平面上的线状样品阵列承载装置，所述探测器为能够调整倾斜角度的面阵探测器。

较佳地，所述准直镜头与所述成像镜头口径相同，准直镜头与滤光片之间设置有猫眼光阑。

较佳地，所述准直镜头与所述成像镜头为相对孔径D/f’≥1∶1.4的组合透镜。

较佳地，所述准直镜头与所述成像镜头为焦距为20～80mm的4～7片组合式透镜。

较佳地，所述滤光片为能够截止激发光谱透过检测光谱的长波通滤光片或带通滤光片。

较佳地，所述分光器件为闪耀光栅或棱镜或棱栅。

较佳地，所述探测器为面阵CCD探测器。

本发明提供的多样本光谱影像检测方法利用所述任一种多样本光谱影像检测光路系统进行多样本光谱影像检测，所述多样本为线状样本阵列，具体包括以下步骤：通过所述线状样品承载装置将线状样品阵列置于准直透镜的焦平面上，且线状样品阵列中心在准直镜头光轴上；将所述探测器的像面置于成像镜头的焦平面处，并调整像面倾斜的角度，降低成像系统色差；发射用以激发所述线状样本阵列的激发激光，最终在探测器上形成多样本光谱影像。

较佳地，所述线状样本阵列的阵列的宽度小于经过检测光路成像后一个象素对应的宽度；阵列总长度小于检测光路可以于空间方向清晰成像的长度。

线状样品阵列可以为采用激光激发待检物品产生检测光谱的样品阵列，此时照射到待检物品上的激发光宽度须满足产生线状样品阵列所要求的宽度。

本发明使用能够承载线状样品阵列并能够将所述线状样品阵列调整到所述准直镜头的焦平面上的线状样品阵列承载装置、校正空间方向轴外像差的准直透镜、校正空间方向及光谱方向轴外像差的成像透镜、一个控制整个光路系统渐晕的猫眼光阑，以及可以适当倾斜从而减少系统色差的光谱像接受面来实现满足多样本测试要求的空间分辨力和光谱分辨力。从而实现对多个样本信息同时、独立的进行准确高效的光谱分析。

附图说明

图1为本发明的一种多样本光谱影像检测光路系统的检测光路示意图；

图2a为中心样本经过准直镜头示意图，图2b为上边缘样本经过准直镜头示意图，图2c为上边缘样本经过准直镜头示意图；