[发明专利]一种可用于光谱分析的高速扫描共聚焦成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于光谱分析的高速扫描共聚焦成像系统，特别涉及用于样品三维共聚焦成像的光谱分析。本发明主要应用于生物医学显微成像领域，也可用于材料研究。

背景技术

随着光谱分析在细胞生物学研究应用的开展，科学家迫切需要在获取高分辨率的共聚焦图像时，同时获得图像中每一位点的光谱信息。但是，目前只有逐点扫描的单点扫描共聚焦成像系统能通过色散元件，一次获取一个位点的光谱图像，然后逐点扫描样品以获取完整的、带有光谱信息的共聚焦图像，成像非常耗时。因此，单点扫描共聚焦成像系统难以应用于高速获取成像。

而对于高速扫描的转盘共聚焦成像系统，由于数量巨大的针孔为平面排列的阵列，系统只能通过液晶滤光镜等滤光元件逐次透过不同波长的光，然后通过计算机重组，以获取完整的、带有光谱信息的共聚焦图像。因此，用于光谱分析的转盘共聚焦成像系统会损失大量的光信号，光谱分辨率越高损失越大。

发明内容

本发明的目的，是使用共聚焦狭缝和单轴扫描振镜逐列扫描样品，以实现三维共聚焦成像；同时通过色散元件在与共聚焦狭缝垂直的方向上将光束按波长分散，用面阵检测器同时获取每列共聚焦图像的所有光谱图像，然后通过计算机重组为完整的、可用于光谱分析的共聚焦图像。

本发明的目的是通过以下的技术方案实现的：

如图1所示，一种可用于光谱分析的高速扫描共聚焦成像系统，包括：光源1，线性照明器，激发滤光镜4，二色分光镜5，共聚焦狭缝6，第一远心成像透镜组7，单轴扫描振镜8，显微镜9，第二远心成像透镜组10，色散元件，聚焦补偿元件12，面阵检测器13，控制器14(未画出)和计算机15(未画出)。其特征在于：

光源1发射的光经过线性照明器(包括第一凸柱面镜2和第二凸柱面镜3)后，被整形为在与共聚焦狭缝6垂直的方向上聚焦于共聚焦狭缝6，在与共聚焦狭缝6平行的方向上为平行的线性准直光；

激发滤光镜4透过特定波段的所述线性准直光，截至其它波段的光；

二色分光镜5透过所述特定波段的线性准直光，反射其它波段的光；

共聚焦狭缝6的方向与所述线性准直光的方向重合；

第一远心成像透镜7组为1倍倍率，物焦面位于共聚焦狭缝6，像焦面与显微镜9的成像焦面重合；

单轴扫描振镜8位于第一远心成像透镜组7的中心，旋转轴与共聚焦狭缝6的方向平行；

第二远心成像透镜组10为1倍倍率，物焦面位于共聚焦狭缝6，像焦面位于面阵检测器13；

色散元件11将透过第二远心成像透镜组10的光在空间上按波长分散成为多条光束，其色散方向与共聚焦狭缝6的方向垂直，旋转轴与共聚焦狭缝6平行；

聚焦补偿元件12的横切面为等厚圆弧，圆弧方向与所述色散元件的色散方向一致，圆弧中心位于色散起始点；聚焦补偿元件12的折射率是常数，或者沿色散元件11的色散方向渐变。

面阵检测器13的像素排列分别与共聚焦狭缝6的方向和色散元件11的色散方向重合；

控制器14控制光源1的开关、单轴扫描振镜6的摆动、面阵检测器13的开关；

计算器15作为控制器14的上位机，以及将面阵检测13器检测到的信号重组为包含光谱信息的共聚焦图像。

其中，色散元件是光栅11或棱镜22(图2所示)。

所述线性照明器由聚焦方向相互垂直的第一凸柱面镜2、第二凸柱面镜3组成；或者如图3和图4所示由准直镜17，焦点和聚焦方向重合的第一柱面镜18、第二凸柱面镜3，以及聚焦方向与共聚焦狭缝6垂直的第三凸柱面镜组成组成，第一柱面镜18为凹柱面镜或凸柱面镜；或者如图5所示由准直镜17、第一直角棱镜19、第二直角棱镜20，以及聚焦方向与共聚焦狭缝6垂直的第三凸柱面镜组成组成。

本发明的优点如下：

1、本发明通过共聚焦狭缝和单轴扫描振镜的摆动扫描样品，共聚焦成像速度快。

2、本发明通过色散元件在与共聚焦狭缝垂直的方向上对光束色散，可同时获得单列共聚焦图像的光谱信息。

3、本发明实现了多点扫描(狭缝扫描)的光谱扫描功能。

附图说明

图1：本发明的第一种实施例的示意图

图2：本发明的第二种实施例的示意图

图3：本发明的第三种实施例的示意图

图4：本发明的第四种实施例的示意图

图5：本发明的第五种实施例的示意图

图6：系统的扫描成像方式

图7：系统的成像示意图

图面说明：