[發明專利]一種多模式顯微高光譜成像儀

在審

• 申請號: 202010550232.X
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111521561A
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 何賽靈;徐展鵬
• 申請（專利權）人: 蘇州優函信息科技有限公司
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/25;G01J3/28;G01J3/10
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本發明專利公開了一種多模式顯微高光譜成像儀，包括照明模塊及高光譜探測模塊；應用落射式照明和透射式照明兩種照明方式，將照明光源與探測模塊集成至同軸，保證視場范圍內照明的均勻性。通過切換照明模式、更換不同類型的光源，多模式顯微高光譜成像儀可以工作于反射成像、透射成像及熒光探測三種工作模式，對不同特性的樣品，如非透明樣品、半透明/透明樣品及熒光樣品進行多模態高光譜成像及探測。

技術領域

本發明涉及一種多模式（反射成像、透射成像、熒光探測）顯微高光譜成像儀。

背景技術

高光譜成像技術因能獲取高光譜立方數據集，同時包含待測樣品的二維圖像信息及一維光譜信息，被廣泛應用于環境原位監測、食品安全檢測、真偽判斷等場景。當高光譜成像技術用于顯微探測時，由于高倍顯微物鏡極短的工作距（亞毫米級），傳統的外置光源可能導致顯微物鏡下表面出現陰影，從而無法實現待測表面均勻照明，這將極大影響樣品成像及光譜探測的信噪比和準確率。另外，商用式高光譜成像儀大多只能工作于單一探測模式，難以用于不同特性樣品的多模式探測；

本發明專利考慮到顯微探測下高光譜成像可能存在的系統性能不足之處，提出一種多模式顯微高光譜成像儀。通過設計落射式照明和透射式照明兩種照明方式，將光源集成至與探測光路同軸，保證待測樣品所在平面均勻照明，有效避免外置光源帶來的陰影等問題。另外，只需切換照明模塊，系統即可實現反射式成像、透射式成像及熒光探測，實現不同特性樣品的多模式探測。該套系統結構簡單，成本低，有望用于原位微生物探測、工業樣品微結構檢測等測量領域。

發明內容

為克服顯微高光譜探測情況下，高倍率顯微物鏡的短工作距可能造成外置光源在物鏡焦平面出現的陰影及照明不均勻，以及當前商用高光譜成像儀探測模式單一等問題，本發明的目的是提供一種多模式顯微高光譜成像儀。

一種多模式顯微高光譜成像儀，包括照明模塊及高光譜探測模塊；

所述的照明模塊包括：觀察樣品吸收特性所用的寬帶光源/激發樣品特征熒光的藍紫光源，用于耦合光源的單模光纖，準直光源的準直器，用于會聚準直光的長焦透鏡，轉折光路的半透半反鏡，以及用于準直均勻的顯微物鏡。照明模塊將光源集成至與探測模塊同軸，實現待測樣品表面均勻照明；

所述的高光譜探測模塊包括：采集樣品表面出射信號的顯微物鏡，濾除激發光/雜散光的長通濾波片，成像用的成像透鏡，線區域選擇的狹縫，準直發散光的會聚透鏡，分光用的棱鏡光柵對，會聚散開信號的管透鏡，以及成像用的CMOS相機。高光譜探測模塊用于捕獲待測樣品的二維圖像信息及光譜信息，實現高光譜成像。

對于落射式照明，寬帶光源/藍紫光源發出激光，經過單模光纖耦合至準直器后成為準直光斑，通過長焦透鏡會聚，同時經過半透半反鏡轉折光路，最終于顯微物鏡的后焦面會聚成一點，該點同時可以理解為點光源；從顯微物鏡后焦點出射的點光源，經過顯微物鏡后，準直成為平行光，均勻入射到待測樣品處，從而實現視場范圍內均勻照明，可有效避免陰影的出現。

另一方面，被照亮的樣品同樣位于顯微物鏡的焦平面，從焦平面處樣品出射的散射光/熒光被同一顯微物鏡捕獲，會聚為平行光透過半透半反鏡及長通濾光片進入高光譜探測模塊，長通濾波片用于濾除激發光和部分雜散光；光信號首先經過成像透鏡，會聚到狹縫上，狹縫起到線掃描區域選擇的作用，經狹縫選擇后光信號出射到會聚透鏡上，經會聚后平行入射到隨后的棱鏡光柵對結構中。棱鏡、光柵、棱鏡三個光學元件共同作用實現對捕獲信號的分光；分散的多波段光信號經過管透鏡會聚到CMOS相機上，最終相機相面上將包含展寬的光譜信息，以及狹縫選擇的相應線區域的空間信息。在落射式照明的情況下，所述的多模式顯微高光譜成像儀可用于反射式探測及熒光探測。

對于透射式照明，寬帶光源發出的光經過單模光纖耦合至準直器后成為準直光斑，直接從樣品下方入射到待測樣品上，透射光經上述同樣的信號采集方式，被高光譜探測模塊所捕獲。在透射式照明的情況下，所述的多模式顯微高光譜成像儀可用于透射式探測。