[实用新型]一种多模式显微高光谱成像仪

说明书

本实用新型专利公开了一种多模式显微高光谱成像仪，包括照明模块及高光谱探测模块；应用落射式照明和透射式照明两种照明方式，将照明光源与探测模块集成至同轴，保证视场范围内照明的均匀性。通过切换照明模式、更换不同类型的光源，多模式显微高光谱成像仪能够实现反射成像、透射成像及荧光探测三种工作模式，对不同特性的样品，如非透明样品、半透明/透明样品及荧光样品进行多模态高光谱成像及探测。

技术领域

本实用新型涉及一种多模式（反射成像、透射成像、荧光探测）显微高光谱成像仪。

背景技术

高光谱成像技术因能获取高光谱立方数据集，同时包含待测样品的二维图像信息及一维光谱信息，被广泛应用于环境原位监测、食品安全检测、真伪判断等场景。当高光谱成像技术用于显微探测时，由于高倍显微物镜极短的工作距（亚毫米级），传统的外置光源照明可能导致显微物镜下表面出现阴影，从而无法实现待测表面均匀照明，这将极大影响样品成像及光谱探测的信噪比和准确率。另外，商用式高光谱成像仪大多只能工作于单一探测模式，难以实现不同特性样品的多模式探测。

本实用新型专利考虑到显微探测下高光谱成像可能存在的系统性能不足之处，提出一种多模式显微高光谱成像仪。通过设计落射式照明和透射式照明两种照明方式，将光源集成至与探测光路同轴，保证待测样品所在平面均匀照明，有效避免外置光源带来的阴影等问题。另外，只需切换照明模块，系统即可实现反射式成像、透射式成像及荧光探测，实现对不同特性样品的多模式探测。该套系统结构简单，成本低，有望用于原位微生物探测、工业样品微结构检测等测量领域。

发明内容

为克服显微高光谱探测情况下，高倍率显微物镜的短工作距可能造成外置光源在物镜焦平面出现的阴影及照明不均匀，以及当前商用高光谱成像仪探测模式单一等问题，本实用新型的目的是提供一种多模式显微高光谱成像仪。

一种多模式显微高光谱成像仪，包括照明模块及高光谱探测模块；

所述的照明模块包括：观察样品吸收特性所用的宽带光源/激发样品特征荧光的蓝紫光源，用于耦合光源的单模光纤，准直光源的准直器，用于会聚准直光的长焦透镜，转折光路的半透半反镜，以及用于准直均匀的显微物镜。照明模块将光源集成至与探测模块同轴，实现待测样品表面均匀照明；

所述的高光谱探测模块包括：采集样品表面出射信号的显微物镜，滤除激发光/杂散光的长通滤光片，成像用的成像透镜，线区域选择的狭缝，准直发散光的会聚透镜，分光用的棱镜光栅对，会聚色散信号的管透镜，以及成像用的CMOS相机。高光谱探测模块用于捕获待测样品的二维图像信息及一维光谱信息，实现高光谱成像。

对于落射式照明，光源发出宽带光或蓝紫激光，经过单模光纤耦合至准直器后成为准直光斑，通过长焦透镜会聚，同时经过半透半反镜转折光路，最终于显微物镜的后焦面会聚成一点，该点同时可以理解为点光源；从显微物镜后焦点出射的点光源，经过显微物镜后，准直成为平行光，均匀入射到待测样品处，从而实现视场范围内均匀照明，可有效避免阴影的出现；

另一方面，被照亮的样品同样位于显微物镜的焦平面，从焦平面处出射的散射光被同一显微物镜捕获，会聚为平行光透过半透半反镜及长通滤光片进入高光谱探测模块，长通滤光片用于滤除激发光和部分杂散光；光信号首先经过成像透镜，会聚到狭缝上，狭缝起到扫描线区域选择的作用，狭缝以外的光将被滤除；经狭缝选择后光信号出射到会聚透镜上，经会聚后平行入射到随后的棱镜光栅对结构中。第一棱镜、光栅、第二棱镜三个光学元件共同作用实现对捕获信号的分光；分散的多波段光信号经过管透镜会聚到CMOS相机上，最终相机像面上将包含展宽的光谱信息，以及狭缝选择的相应线区域的空间信息。在落射式照明的情况下，所述的多模式显微高光谱成像仪能够实现非透明样品的反射式探测及荧光样品的荧光探测。

对于透射式照明，光源发出宽带光，经过单模光纤耦合至准直器后成为准直光斑，直接从样品下方入射到待测样品上，透射光经上述同样的信号采集方式，被高光谱探测模块所捕获。在透射式照明的情况下，所述的多模式显微高光谱成像仪能够实现透明/半透明样品的透射式探测。