[發明專利]應用于熒光成像系統的區域光源勻光結構及熒光成像系統

在審

• 申請號: 201911165107.0
• 申請日: 2019-11-25
• 公開（公告）號: CN111022967A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 王強斌;馬翔
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: F21S8/00
• 分類號: F21S8/00;F21V5/04;F21V9/00;F21Y115/10
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

本發明公開了一種應用于熒光成像系統的區域光源勻光結構及熒光成像系統。所述區域光源勻光結構包括：激發光收束準直單元，其至少用于將激發光源發出的激發光轉為平行光供下一步處理；消干涉單元，其包括可以旋轉的偏心球，所述偏心球至少用于對收束準直后的激發光進行聚焦和消干涉；勻光單元，其至少用于對經偏心球聚焦的激發光進行勻化。進一步的，所述勻光結構還可以包括投射單元，其至少用于將經勻化的光投射到待激發的熒光物質上。本發明提供的區域光源勻光結構可以將高斯分布的入射光束整形為平頂分布的光束，消除了激發光的干涉散斑，且可以很好的滿足體積小、照明面積大、照明強度高的要求。

技術領域

本發明涉及一種熒光成像系統，特別涉及一種熒光成像系統的區域光源勻光結構及其應用，屬于光學照明技術領域。

背景技術

熒光成像技術是載體光學分子影像技術中的重要組成部分。熒光成像需要外部光源激發生物體內的熒光標記物，從而獲得影像信號。常用的熒光標記物有熒光基團之稱。熒光基團的原子核外層電子收到外部光子激發后從基態躍遷至高能級激發態，激發態電子不穩定自動回落至低能級軌道，同時輻射出特定的光子，這部分由于能級躍遷輻射出的光子經過生物組織的吸收和散射作用，最終被高靈敏度與分辨率的光學探測器捕獲與放大。這就是熒光成像的基本原理。

由于樣品自身大小及熒光成像的原理的限制，熒光成像系統的激發光源要求照明面積大，強度高。且熒光成像技術多用于科研及藥物開發領域因此高均勻性的激發光源方可達到定性定量使用的目的。激光具有亮度高，單色性好(相干性)，方向性好等特點，非常適合作為熒光成像系統的激發光源。而LED光源則具有可選擇性好，造價低廉，發光效率高等優點，也非常適合作為熒光成像系統的激發光源。

激光作為高斯光束，直接經擴束準直后會造成中心強邊緣弱的照明效果。而使用微透鏡陣列實現光線的勻化，由于微透鏡陣列尺寸很小，使得使用微透鏡陣列實現勻光裝置的光學功率密度很高，需使用特殊材料制作，成本高加工困難。而LED光源不經勻化直接照射待照明面，往往會造成照明不均勻，照明強度低的缺點。

因此，開發一種照明強度高，均勻性好，照明面積大且可同時用于激光和LED的激發光照明系統成為熒光成像系統亟待解決的問題。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種應用于熒光成像系統的區域光源勻光結構及熒光成像系統，以解決熒光成像系統所需的高強度，高均勻性和大照明面積等激發光源問題。

為解決上述問題，本發明提供的技術方案如下：

本發明實施例提供了一種應用于熒光成像系統的區域光源勻光結構，其包括收束準直單元、消干涉單元和勻光單元，所述消干涉單元包括偏心球，所述勻光單元包括勻光棒，由激發光源輸出的激發光經所述收束準直單元后輸出為平行光，所述平行光入射所述偏心球后被聚焦進勻光棒，之后由勻光棒輸出勻化的光；其中，所述偏心球為球形透鏡并可以繞一軸線做圓周運動，所述軸線垂直于所述平行光的光軸。

在一些實施方式中，所述收束準直單元包括收束透鏡和準直透鏡，由激發光源輸出的激發光入射所述收束透鏡后被聚集，再進入所述準直透鏡并被輸出為平行光，

較為優選的，所述收束透鏡、準直透鏡均為外凸弧面透鏡。

在一些實施方式中，所述消干涉單元還包括兩個偏心輪，所述兩個偏心輪分布于所述平行光光軸的兩側，所述兩個偏心輪的圓心連線垂直于所述平行光光軸，所述偏心球被分別分布于兩個偏心輪上的兩個圓形缺口固定，并且所述圓形缺口的圓心偏離相應偏心輪的圓心。優選的，所述軸線為連接兩個圓形缺口圓心的直線。

較為優選的，所述偏心球的口徑等于或大于任一圓形缺口圓心與相應偏心輪圓心之間距離的兩倍和所述準直透鏡的口徑之和。

較為優選的，任一偏心輪的圓形缺口圓心與該偏心輪圓心之間的距離小于勻光棒入光面口徑的1/2。