[发明专利]色散型多功能阿达玛变换显微成像光谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及光谱测量技术与光学成像技术领域，具体涉及一种色散型多功能阿达玛变换显微成像光谱仪。

背景技术

荧光、拉曼光都属于光致发光，荧光光谱、拉曼光谱都能够反映出物质的成分，并且根据发光强度还能够检测物质含量。因此，对于荧光、拉曼光的研究中，已经诞生了很多种专用仪器，这些仪器对于生物医学研究产生了巨大的推动作用。而针对细胞和组织的研究需求诞生的荧光显微镜和显微拉曼光谱仪这两种仪器已经在科研和医疗领域发挥了巨大的作用。

普通的正置荧光显微镜结构如图1所示。其结构由卤素灯1、聚光镜2、光阑3、载物台4、物镜5、分光片6、目镜7、聚光镜8、汞灯9以及支撑结构组成。样品置于载物台4上，卤素灯1的照明光透过聚光镜2和光阑3从下侧照射载物台4上的样品，产生透射像。荧光的激发一般使用汞灯9作为激发光源，通过分色滤片6将激发光反射出物镜5照射到位于载物台4上的样品表面产生荧光。光信号被物镜5收集进入显微镜后，透过分色滤片6，进入目镜7。荧光显微镜的结构决定了荧光显微镜只能用于获得样品的荧光图像，不具备光谱分析能力，图像也不具备对荧光强度的描述能力。

显微拉曼光谱仪结构如图2所示。其结构由卤素灯1、聚光镜2、光阑3、载物台4、物镜5、激光光源6、分光束器7、反光镜8、目镜9、陷波滤光片10、拉曼光谱仪11以及支撑结构组成。样品置于载物台4上，卤素灯1的照明光透过聚光镜2和光阑3从下侧照射载物台4上的样品，产生透射像，透过目镜9可以观察到此像。显微拉曼光谱仪的激发光源一般使用激光光源6，通过分束器7将一束极细的激光透过物镜照射到位于载物台4上的样品表面，产生的拉曼信号被物镜5收集，透过分光束器7、反光镜8引出光信号，然后由陷波滤光片10滤除瑞利散射光，最后进入拉曼光谱仪11。显微拉曼系统具备拉曼光谱分析能力与样品的放大图像，但不能获得拉曼光的光谱图像。

以上两类系统的功能相互独立，但在结构上都基于显微镜设计，部分结构相似。这部分仪器存在共用的可能。

阿达玛变换技术是一种类似傅立叶变换的调制技术，具有多通道检测和成像的能力。采用这种技术能够显著提高信噪比。虽然这种技术已开始应用于光谱分析和显微成像领域，但目前应用这种技术的仪器功能较为单一，光谱分析与成像能力的集成化很差。如专利ZL94107751.9(国际专利主分类号：G01N21/31，授权1998.7)公开了一种阿达玛变换低分辨成像系统，应用15×17的二维阿达玛模板，获得15×17像素的显微图像。专利01106536.2公开了一种高分辨阿达玛变换显微图像分析仪，应用511一维模板与512像素线阵CCD，获得了511×512像素的高分辨图像，但不具备获取高分辨光谱的能力。有关应用阿达玛变换的光谱仪的报道主要是用阿达玛模板代替单色仪的狭缝来实现成像，但同时具备高的光谱分辨能力与较好的图像分辨率的多功能仪器尚未出现。

发明内容

本发明的目的就是克服上述现有技术的不足，提供一种色散型多功能阿达玛变换显微成像光谱仪，该光谱仪能将拉曼光谱与荧光光谱、光谱分析与图像分析相结合并兼顾显微镜明视野光谱和成像，从而实现多功能的集成。

本发明提供的技术方案是：色散型多功能阿达玛变换显微成像光谱仪，包括激发光源、光学显微镜、透镜组、阿达玛模板、单色仪及光电检测器；设有驱动阿达玛模板的驱动机构；光电检测器为线阵CCD；透镜组为将来自显微镜的光信号准直聚焦并压缩成与线阵CCD尺寸相匹配的光斑的透镜组。

上述阿达玛模板为受电动机驱动螺杆传动机构驱动作直线运动的、具有一组明暗相间条纹的透射式一维循环编码模板。

上述单色仪为反射光栅式正弦机构标准单色仪。通过电动机驱动齿轮、螺杆转动带动光栅转动调解检测波长。

上述激发光源为高压汞灯或激光器。

上述光学显微镜由卤素灯照明光源、XYZ三维载物台、物镜组、目镜组及滤镜滤片构成。

上述物镜组由物镜支架、物镜镜头和滤色片构成。

上述目镜组包括目镜支架和设在目镜支架上目镜。

上述目镜支架上设有用于连接照相机的螺纹接口和/或安装CCD的C接口构成。

本发明将荧光显微镜和显微拉曼光谱仪的功能进行集成，引入阿达玛变换技术，成功地在同一台仪器上实现了对成像和光谱分析能力的集成。获得样品状态观察、光谱分析、多光谱成像以及图像分析能力。