本發(fā)明涉及一種可用于光譜分析的多點(diǎn)掃描共聚焦成像系統(tǒng)，特別涉及用于樣品三維共聚焦成像的光譜分析。本發(fā)明主要應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)顯微成像領(lǐng)域，也可用于材料研究。

背景技術(shù)：

隨著光譜分析在細(xì)胞生物學(xué)研究應(yīng)用的開(kāi)展，科學(xué)家迫切需要在獲取高分辨率的共聚焦圖像時(shí)，同時(shí)獲得圖像中每一位點(diǎn)的光譜信息。但是，目前只有逐點(diǎn)掃描的單點(diǎn)掃描共聚焦成像系統(tǒng)能通過(guò)色散元件，一次獲取一個(gè)位點(diǎn)的光譜圖像，然后逐點(diǎn)掃描樣品以獲取完整的、帶有光譜信息的共聚焦圖像，成像非常耗時(shí)。因此，單點(diǎn)掃描共聚焦成像系統(tǒng)難以應(yīng)用于多點(diǎn)獲取成像。

而對(duì)于多點(diǎn)掃描的轉(zhuǎn)盤(pán)共聚焦成像系統(tǒng)，由于數(shù)量巨大的針孔為二維排列的陣列，系統(tǒng)只能通過(guò)液晶濾光鏡等濾光元件逐次透過(guò)不同波長(zhǎng)的光，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)重組，以獲取完整的、帶有光譜信息的共聚焦圖像。因此，用于光譜分析的轉(zhuǎn)盤(pán)共聚焦成像系統(tǒng)會(huì)損失大量的光信號(hào)，光譜分辨率越高損失越大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，是使用單列排列的針孔和兩個(gè)轉(zhuǎn)軸相互垂直的掃描振鏡逐列掃描樣品，以實(shí)現(xiàn)三維共聚焦成像；同時(shí)通過(guò)色散元件在與針孔陣列排列垂直的方向上將光束按波長(zhǎng)分散，用面陣檢測(cè)器獲取每列共聚焦圖像的光譜圖像，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)重組為完整的、可用于光譜分析的共聚焦圖像。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

如圖1所示，一種可用于光譜分析的多點(diǎn)掃描共聚焦成像系統(tǒng)，包括：光源1，線性照明器(包括第一凸柱面鏡2和第二凸柱面鏡3)，激發(fā)濾光鏡4，二色分光鏡5，激發(fā)微透鏡陣列6，針孔陣列7，第一遠(yuǎn)心成像透鏡組8，第一掃描振鏡9，第二遠(yuǎn)心成像透鏡組10，第二掃描振鏡11，顯微鏡12，變倍微透鏡陣列組13，色散元件14，面陣檢測(cè)器15，控制器(未畫(huà)出)和計(jì)算機(jī)(未畫(huà)出)。其特征在于：

光源1發(fā)射的光經(jīng)過(guò)所述線性照明器變?yōu)榫€性準(zhǔn)直光；

激發(fā)濾光鏡4透過(guò)特定波段的所述線性準(zhǔn)直光，截至其它波段的光；

二色分光鏡5反射所述特定波段的線性準(zhǔn)直光，透過(guò)其它波段的光；

激發(fā)微透鏡陣列6為單列排列，排列方向與所述線性準(zhǔn)直光的方向重合；

針孔陣列7為單列排列，位于激發(fā)微透鏡陣列6的焦平面，與激發(fā)微透鏡陣列6一一對(duì)應(yīng)；

第一遠(yuǎn)心成像透鏡組8為1倍倍率，物焦面位于針孔陣列7，像焦面與第二遠(yuǎn)心成像透鏡組10的物焦面重合；

第一掃描振鏡9位于第一遠(yuǎn)心成像透鏡組8的中心，旋轉(zhuǎn)軸與針孔陣列6的排列方向平行或垂直；

第二遠(yuǎn)心成像透鏡組10為1倍倍率，物焦面與第一遠(yuǎn)心成像透鏡組8的像焦面重合，像 焦面與顯微鏡12的成像焦面重合；

第二掃描振鏡11位于第二遠(yuǎn)心成像透鏡組10的中心，旋轉(zhuǎn)軸與第一掃描振鏡9的旋轉(zhuǎn)軸垂直；

變倍微透鏡陣列組13為單列排列，與激發(fā)微透鏡陣列6一一對(duì)應(yīng)，將經(jīng)過(guò)激發(fā)微透鏡陣列6的光束的半徑變小；或者將經(jīng)過(guò)激發(fā)微透鏡陣列6的光束聚焦于面陣檢測(cè)器15；

色散元件14將透過(guò)變倍微透鏡陣列組13的光在空間上按波長(zhǎng)分散成為多條光束，其色散方向與變倍微透鏡陣列組13的排列方向垂直；

面陣檢測(cè)器15的像素排列邊分別與變倍微透鏡陣列組13的排列方向和色散元件14的色散方向重合；

控制器(未畫(huà)出)控制光源1的開(kāi)關(guān)、第一掃描振鏡9和第二掃描振鏡11的擺動(dòng)、面陣檢測(cè)器15的開(kāi)關(guān)；

計(jì)算器(未畫(huà)出)作為控制器(未畫(huà)出)的上位機(jī)，以及將面陣檢測(cè)器15檢測(cè)到的信號(hào)重組為包含光譜信息的共聚焦圖像。

其中，色散元件是棱鏡14或光柵18(圖2所示)。

所述線性照明器由焦點(diǎn)重合、匯聚方向相互垂直的第一凸柱面鏡2、第二凸柱面鏡3組成；或者如圖3和圖4所示由準(zhǔn)直鏡19，焦點(diǎn)和匯聚方向重合的第一柱面鏡20、第二凸柱面鏡3組成，第一柱面鏡20為凹柱面鏡或凸柱面鏡；或者如圖5所示由準(zhǔn)直鏡19、第一直角棱鏡21、第二直角棱鏡22組成。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：

1、本發(fā)明通過(guò)單列排列的針孔和兩個(gè)轉(zhuǎn)軸相互垂直的掃描振鏡逐列掃描樣品，共聚焦成像速度快。

2、本發(fā)明通過(guò)色散元件在與針孔陣列垂直的方向上對(duì)光束色散，可同時(shí)獲得多個(gè)點(diǎn)位的共聚焦圖像的光譜信息。

附圖說(shuō)明

圖1：本發(fā)明的第一種實(shí)施例的示意圖

圖2：本發(fā)明的第二種實(shí)施例的示意圖

圖3：本發(fā)明的第三種實(shí)施例的示意圖

圖4：本發(fā)明的第四種實(shí)施例的示意圖

圖5：本發(fā)明的第五種實(shí)施例的示意圖

圖6a-6d：系統(tǒng)的掃描成像方式

圖面說(shuō)明：

1——光源；2——第一凸柱面鏡；3——第二凸柱面鏡；4——激發(fā)濾光鏡；5——二色分光鏡；6——激發(fā)微透鏡陣列；7——針孔陣列；8——第一遠(yuǎn)心成像透鏡組；9—— 第一掃描振鏡；10——第二遠(yuǎn)心成像透鏡組；11——第二掃描振鏡；12——顯微鏡；13——變倍微透鏡陣列；14——棱鏡；15——面陣檢測(cè)器；18——光柵；19——準(zhǔn)直鏡；20——第一柱面鏡；21——第一直角棱鏡；22——第二直角棱鏡；23——樣品。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。

實(shí)施例1

圖1是與本發(fā)明相關(guān)的第一種共聚焦光學(xué)掃描儀的示意圖，工作模式如下：

計(jì)算機(jī)(未畫(huà)出)發(fā)送信號(hào)給控制器(未畫(huà)出)，控制光源1發(fā)出發(fā)散光，同時(shí)控制檢測(cè)器13開(kāi)始曝光。

第一凸柱面鏡2在與激發(fā)微透鏡陣列6垂直的方向上將發(fā)散光匯聚為平行光，然后第二凸柱面鏡3在與激發(fā)微透鏡陣列6平行的方向上將發(fā)散光匯聚為平行光，得到與激發(fā)微透鏡陣列6平行的線性平行光。線性平行光透過(guò)激發(fā)濾光鏡4被二色分光鏡5反射，經(jīng)過(guò)激發(fā)微透鏡陣列6聚焦穿過(guò)針孔陣列7。然后，再經(jīng)過(guò)第一遠(yuǎn)心成像透鏡組8、第一掃描振鏡9、第二遠(yuǎn)心成像透鏡組10、第二掃描振鏡11和顯微鏡12投射照明位于顯微鏡12焦面上的樣品23。樣品23返回來(lái)的光經(jīng)過(guò)顯微鏡12、第二遠(yuǎn)心成像透鏡組10、第二掃描振鏡11、第一元遠(yuǎn)心成像透鏡組8、第一掃描振鏡9、針孔陣列7、激發(fā)微透鏡陣列6、二色分光鏡5和變倍微透鏡陣列組13到達(dá)棱鏡14，變倍微透鏡陣列組13的作用是將激發(fā)微透鏡陣列6準(zhǔn)直的大直徑光束變倍為小直徑的準(zhǔn)直光束。棱鏡14將小直徑準(zhǔn)直光束在與變倍微透鏡陣列組13垂直的方向上按波長(zhǎng)分散至面陣檢測(cè)器15。面陣檢測(cè)器15同時(shí)獲取多個(gè)點(diǎn)位的光譜圖像。檢測(cè)器15結(jié)束曝光，并將第一位列圖像傳輸給計(jì)算機(jī)(未畫(huà)出)，完成第一位列共聚焦光譜成像。如圖6a所示。

控制器(未畫(huà)出)控制光源1關(guān)閉，然后控制所述第一掃描振鏡9擺動(dòng)至下一位置，進(jìn)行第二位列成像……直至完成所有位列成像。如圖6b所示。

控制器(未畫(huà)出)控制光源1關(guān)閉，然后控制所述第一掃描振鏡9復(fù)位，并控制所述第二掃描振鏡擺動(dòng)至下一位置，重復(fù)以上操作，完成所有行列成像。如圖6c和圖6d所示。

計(jì)算機(jī)(未畫(huà)出)將所有圖像重組為帶有光譜信息的共聚焦圖像。

實(shí)施例2

圖2是與本發(fā)明相關(guān)的第二種多點(diǎn)掃描共聚焦成像系統(tǒng)的部分示意圖，其和實(shí)施例1的主要區(qū)別如下：使用光柵18替代棱鏡14分光。

實(shí)施例3

圖3是與本發(fā)明相關(guān)的第二種多點(diǎn)掃描共聚焦成像系統(tǒng)的部分示意圖，其和實(shí)施例1的主要區(qū)別如下：光源1發(fā)射的光有準(zhǔn)直鏡19準(zhǔn)直，然后由短焦距的第一凸柱面鏡20匯聚，再由長(zhǎng)焦距的第二凸柱面鏡3準(zhǔn)直。

實(shí)施例4

圖4是與本發(fā)明相關(guān)的第二種多點(diǎn)掃描共聚焦成像系統(tǒng)的部分示意圖，其和實(shí)施例1的主要區(qū)別如下：光源1發(fā)射的光有準(zhǔn)直鏡19準(zhǔn)直，然后由短焦距的第一凹柱面鏡20發(fā)散，再由長(zhǎng)焦距的第二凸柱面鏡3準(zhǔn)直。

實(shí)施例5

圖5是與本發(fā)明相關(guān)的第二種多點(diǎn)掃描共聚焦成像系統(tǒng)的部分示意圖，其和實(shí)施例1的主要區(qū)別如下：光源1發(fā)射的光有準(zhǔn)直鏡19準(zhǔn)直，然后由第一直角棱鏡21和第二直角棱鏡22先后折射。