[发明专利]用于使用单个相机在两个或更多个光谱频道中对远距离对象同时成像的多波长分束系统

说明书

优先权声明

本申请要求对在2015年3月23日提交的题为“Multi-Wavelength Beam Splitting System for Simultaneous Imaging of A Distant Object In Two Or More Spectral Channels Using a Single Camera”的美国临时申请号62/136,815的优先权，藉此通过引用将其公开内容并入到本文中，就如同整体地陈述了其公开内容一样。

版权保留

本专利文献的公开内容的一部分包含受到版权保护的材料。版权所有者——北卡莱罗纳州格林威尔的东卡莱罗纳大学——不拒绝任何人复制本专利文献或专利公开内容，因为其出现在专利商标局的专利文件或记录中，但是另外保留所有一切版权权利。

技术领域

本发明构思一般涉及成像，并且更特别地涉及使用各种成像技术对远距离处的对象成像。

背景技术

在某些光学成像应用中，需要根据产生自相同样本的图像的光谱特性来在不同的波长区中配准所述图像。例如，这可能发生在荧光成像应用和反射率成像应用中。

通常，在这些多波长情形中，使用不止一个相机和/或镜头阵列，每个相机/镜头阵列被配置用于离散的光谱波长区，即波长范围。然而，两个相机/镜头阵列的使用可能具有许多固有缺点。例如，当使用多个相机镜头来利用单个相机进行成像时，可能不会通过每个镜头从相同的角度查看到样本(感兴趣区)。因此，通过一个镜头获得的空间信息并未复制来自另一镜头的空间信息，并且在这两个图像之间没有像素到像素的空间相关。此外，在多镜头系统的情况下，由于通过不同相机镜头的图像并未同步重叠，因此可能需要软件校正来找到共同视场。软件校正一般会使图像处理和所得出的图像的显示变慢。

类似地，当在光学设计中使用多个相机时，上文的角度以及角度校正问题仍然存在。此外，必须同步相机以便收集数据并逐像素地从不同的光谱频道执行图像分析。该同步通常要求用于数据捕获的复杂的触发机制，这在技术上是有挑战性的并且为系统设计增添了成本。

发明内容

本发明构思的一些实施例提供了多波长分束光学系统，其包括具有单个成像镜头的单个相机。该单个相机被配置成使用该单个相机从相同的视场在两个或更多个光谱频道中捕获两个或更多个图像。

在另外的实施例中，该系统可以被配置用于显微和远场成像二者。

在仍另外的实施例中，该系统可以被配置用于具有不大于1cm x1cm的视场的远场成像。

在一些实施例中，由该单个相机拍摄的所述两个或更多个图像可以是精确的完全一样的东西。在某些实施例中，所述两个或更多个图像可以包含来自该样本的相同的空间分辨率并且可以像素到像素是相同的。

在另外的实施例中，该系统可以在无需在图像获取或后图像获取期间的图像对齐和/或配准的情况下执行。

在仍另外的实施例中，该系统可以进一步包括镜头系统，其包括多个集成的凸透镜、二向色性镜、45度反射器以及干涉滤光器，从而允许降低离轴射线的发散以使得所得出的图像不会模糊不清。

在一些实施例中，该系统可以具有固定工作距离以及可调节视场。

在另外的实施例中，该系统的视场可以通过将不同的方形孔径和/或不同的凸透镜集成到该系统中来调节。

在一些实施例中，该系统可以进一步包括方形孔径。该方形孔径的z轴位置和定向可以使用光机安装单元来调节。

在仍另外的实施例中，该光机安装单元可以包括U形三元件镜头安装组装件，其被配置成促进该分束系统的对齐。

在一些实施例中，该系统可以被配置用于实时成像，并且在成像过程期间可以不要求对齐。

在另外的实施例中，所述两个或更多个光谱频道可以包括反射率成像、激光散斑成像、激光多普勒成像、近红外荧光成像以及其任何组合。

在仍另外的实施例中，该单个相机可以执行同时的多图像捕获以改进相机同步和/或触发。

本发明构思的一些实施例提供了供多波长分束光学系统中使用的相机，该相机包括单个成像镜头。该相机可以被配置成使用该相机从相同的视场在两个或更多个光谱频道中捕获两个或更多个图像。

本发明构思的另外的实施例提供了用于操作多波长分束光学系统的方法，该方法包括使用具有单个成像镜头的单个相机从相同的视场在两个或更多个光谱频道中捕获两个或更多个图像。

附图说明