CN106441571B - 一种光源模块及应用其的线扫描多光谱成像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光源模块，包括宽带光源、沿宽带光源出射照明光束的传播方向依次设置的准直镜、色散单元及数字微镜阵列；宽带光源出射的照明光束进入准直镜，并经准直镜准直为不同波长的平行光束，不同波长的平行光束经色散单元的分光后，不同波长的平行光进入数字微镜阵列的不同位置，通过控制数字微镜阵列的偏转角度实现对不同波长的平行光进行选择性通断，并将选择的特定波长的平行光束反射出去。本发明还提供了一种线扫描多光谱成像系统。该系统通过数字微镜阵列选择成像使用的波长，滤除大部分的杂散光，从而大大提高了成像速度；且所述线扫描多光谱成像系统的组成简单，且在光路组成中一一对应使得控制使用更加简单。

Description

一种光源模块及应用其的线扫描多光谱成像系统
技术领域
本发明涉及光学中的成像技术领域，具体而言涉及一种光源模块及应用其的线扫描多光谱成像系统。
背景技术
近年来，由于共聚焦技术能够使用狭缝或小孔滤镜除非成像平面的杂散光，大大提高了成像分辨率，而且共聚焦具有非侵入性检查的优点，越来越成为成像领域研究的热点。传统的点扫描聚焦是使用两面振镜同时扫描，使得光源照亮待测对象的每一点，通过其反射光或者荧光成像，当待测物体尺寸越大时，一幅图像完成扫描需要的时间越长，对振镜的扫描速度要求也变得更高。在此基础上发展出了线扫描共焦成像，线扫描共焦成像使用一维扫描线光束代替点光束照明，该方法分辨率低于点共焦成像，但是系统更加简单，而且探测灵敏度高，成像帧频高，较之于前方法更具优势。
同时，单波长的眼底成像技术已经不能满足眼科诊断的需要，因此，多光谱眼底成像设备应运而生。由于光谱图像数据中每一像元含有与被测物理组分有关的光谱信息，能直接反映出目标的物理光谱特征，我们不仅可以对目标样品的畸形进行定性定量分析，还可以通过光学成像技术，获取更准确直观的目标物体分布图，为分析、检测、监控、测量等应用提供更为精准的资料信息。由于光谱成像的这些优点，因此在水质检测，大气监测，生态环境检测，军事目标识别，生物医学诊断等方面都有着广泛的应用。
目前，常见的多光谱眼底成像设备大都是点光源作为光源，然后通过探测装置前的色散系统将从样品反射或透射回来的成像光束分开为序列谱线，最后通过对序列谱线进行同时探测以实现对同一样品同时的多光谱成像。不同波长光源的通断控制操作复杂，很难选择性的对特定波长成像，而且采用点照明的成像方式，系统结构复杂，成像速度慢。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种光源模块及应用其的线扫描多光谱成像系统，该系统通过选择成像使用的波长，滤除大部分的杂散光，从而大大提高了成像速度；且所述线扫描多光谱成像系统的组成简单，且在光路组成中一一对应使得控制使用更加简单。
本发明是这样实现的，提供一种光源模块，包括宽带光源、沿所述宽带光源出射照明光束的传播方向依次设置的准直镜、色散单元及数字微镜阵列；
所述宽带光源出射的照明光束进入所述准直镜，并经所述准直镜准直为不同波长的平行光束，所述不同波长的平行光束经所述色散单元的分光后，所述不同波长的平行光进入所述数字微镜阵列的不同位置，通过控制所述数字微镜阵列的偏转角度实现对所述不同波长的平行光进行选择性通断，并将选择的特定波长的平行光束反射出去。
进一步地，所述宽带光源为白光发光二极管、白光超发光二极管、超辐射激光器或卤素灯；
所述准直镜为消色差透镜；
所述色散单元为棱镜、宽带衍射光栅或全息光栅。
相应地，本发明还提供一种线扫描多光谱成像系统，包括照明模块、成像模块、显示模块及上述的光源模块；
所述照明模块包括柱面镜、分光单元、扫描单元、照明透镜及检查前置镜；
所述成像模块包括成像物镜及探测装置；
所述显示模块包括图像采集卡及输出单元；
所述数字微镜阵列选择的特定波长的平行光束反射进入所述柱面镜形成特定波长的线光束，所述特定波长的线光束中部分线光束经所述分光单元聚焦在所述扫描单元上形成扫描光束，所述扫描光束依次经所述照明透镜透、检查前置镜透射后进入待测物形成成像光束，由待测物返回的所述成像光束依次经过所述检查前置镜、照明透镜透及扫描单元进入所述分光单元中，经所述分光单元反射进入所述成像物镜，再经所述成像物镜聚焦到所述探测装置，所述探测装置将所述成像光束的光信号转换为电信号并发送至所述图像采集卡，所述图像采集卡将接收到的电信号转化为图像信息发送给所述输出单元进行显示。
进一步地，所述宽带光源为白光发光二极管、白光超发光二极管、超辐射激光器或卤素灯；
所述准直镜为消色差透镜；
所述色散单元为棱镜、宽带衍射光栅或全息光栅。
进一步地，所述柱面镜为柱面透镜；
所述分光单元为宽带分光平面或宽带分光棱镜；
所述扫描单元为反射式高精度扫描振镜。
进一步地，所述探测装置为面探测装置。
进一步地，所述面探测装置为面阵电荷耦合器件、或面阵互补金属氧化物半导体阵列或面阵光电二极管阵列。
本发明的有益效果:本发明提供的线扫描多光谱成像系统，其可以通过数字微镜阵列选择成像使用的波长，滤除大部分的杂散光，从而大大提高了成像速度；且所述线扫描多光谱成像系统的组成简单，且在光路组成中一一对应使得控制使用更加简单。
附图说明
图1是本发明第一实施例的线扫描多光谱成像系统的模块组成示意图；
图2是本发明第二实施例的线扫描多光谱成像系统的工作原理示意图；
图3是本发明一实施例的线扫描多光谱成像系统的光路示意图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不应用于限定本发明。
请一并参见图1和图2，本发明提供的线扫描多光谱成像系统，所述线扫描多光谱成像系统用于将待测物20进行线扫描成像，所述线扫描多光谱成像系统10包括：光源模块100、照明模块200、成像模块300及显示模块400，其中，
所述光源模块100包括宽带光源101、沿所述宽带光源101出射照明光束的传播方向依次设置的准直镜102、色散单元103及数字微镜阵列104；
所述照明模块200包括柱面镜201、分光单元202、扫描单元203、照明透镜204及检查前置镜205；
所述成像模块300包括成像物镜301及探测装置302；
所述显示模块400包括图像采集卡401及输出单元402；
所述宽带光源101出射的照明光束进入所述准直镜102，并经所述准直镜102准直为不同波长的平行光束，所述不同波长的平行光束经所述色散单元103(宽带衍射光栅，300lp/mm)的分光后，所述不同波长的平行光进入所述数字微镜阵列104的不同位置，通过控制所述数字微镜阵列104的偏转角度实现对所述不同波长的平行光进行选择性通断，并将选择的特定波长的平行光束反射出去；
所述数字微镜阵列104选择的特定波长的平行光束反射进入所述柱面镜201(双胶合柱面镜，f＝60mm)形成特定波长的线光束，所述特定波长的线光束中部分线光束经所述分光单元202(透射反射比10/90)聚焦在所述扫描单元203(Cambridge 6230H扫描振镜)上形成扫描光束，所述扫描光束203依次经所述照明透镜透204(f＝50mm)、检查前置镜205(VOLK 78D)透射后进入待测物20形成成像光束，由待测物20返回的所述成像光束依次经过所述检查前置镜205、照明透镜透204及扫描单元203进入所述分光单元202中，经所述分光单元202反射进入所述成像物镜301，再经所述成像物镜301(f＝100mm)聚焦到所述探测装置302(CIS VCC-G32S21CL面阵CCD)，所述探测装置302将所述成像光束的光信号转换为电信号并发送至所述图像采集卡401，所述图像采集卡401将接收到的电信号转化为图像信息发送给所述输出单元402进行显示。
其中，所述宽带光源101为白光发光二极管、白光超发光二极管、超辐射激光器或卤素灯，所述宽带光源101用于发出多个波长的光线；
所述准直镜102为消色差透镜，所述准直镜102用于将发散光束准直为平行光束；
所述色散单元103为棱镜、宽带衍射光栅或全息光栅作用是将不同波长的光分散为不同的角度，投射到数字微镜阵列104；
所述数字微镜阵列104通过控制其的偏转角度实现对所述不同波长的平行光进行选择性通断，选择特定波长的平行光，滤除其他波长的杂散光，并将选择的特定波长的平行光束反射出去。
其中，成像透镜301为普通透镜，作用是将分光单元202反射的成像光束聚焦，传递到共焦狭缝和探测装置302；
所述柱面镜201为柱面透镜；
所述分光单元202为宽带分光平面或宽带分光棱镜；
所述扫描单元203为反射式高精度扫描振镜。
其中，所述探测装置302为面探测装置，所述面探测装置为面阵电荷耦合器件、或面阵互补金属氧化物半导体阵列或面阵光电二极管阵列。作用是将成像光束所携带的光信号转化为电信号
其中，所述输出单元402为带有显示屏的电子装置，用于将所述图像信息转化为图像信号进行显示。所述输出单元402可为计算机，平板电脑、手机及其他带显示屏的电子装置。
本发明的有益效果:本发明提供的线扫描多光谱成像系统，其可以通过数字微镜阵列选择成像使用的波长，滤除大部分的杂散光，从而大大提高了成像速度；且所述线扫描多光谱成像系统的组成简单，且在光路组成中一一对应使得控制使用更加简单。
请参阅图3，图3为本发明一实施例的线扫描多光谱成像系统的光路示意图，在一些实施例中的待测物为眼球。所述宽带光源为白光发光二级管，出射多个波长的发散光束；所述准直镜为消色差的准直透镜在所述发散光束的光路上，将所述多个波长的发散光束准直为平行光束；所述色散单元为在所述平行光束光路上的宽带衍射光栅，当所述平行光束遇到所述宽带衍射光栅，所述将所述多个波长的平行光束色散到所述数字微镜阵列的不同位置；所述数字微镜阵列，通过对多个波长的平行光束进行选择性通断，并将选择获取的特定波长的平行光束反射进入所述照明模块的柱面镜。
所述柱面镜为柱面透镜，在所述特定波长的平行光束的光路上，用于将所述特定波长的平行光束变换为特定波长的线光束；所述分光单元为宽带分光棱镜，在所述特定波长的线光束的光路上，将所述特定波长的线光束聚焦在所述扫描单元的不同位置上；所述扫描单元为反射式高精度扫描振镜，当其转动时，所述特定波长的线光束的反射角度发生变化，使得所述线光束变换为扫描光束；所述照明透镜及检查前置镜，用于将所述扫描光束顺序通过到达所述眼球形成成像光束，且同步将所述眼球反射回的成像光束逆序反射经分光棱镜反射至所述成像物镜。
所述成像物镜，用于将所述成像光束聚焦到所述探测装置的不同位置；
所述探测装置，在所述成像光束的光路上，用于将所述成像光束的光信号转换为电信号发送到所述显示模块进行显示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种线扫描多光谱成像系统，其特征在于，包括照明模块、成像模块、显示模块及光源模块；
所述光源模块，包括宽带光源、沿所述宽带光源出射照明光束的传播方向依次设置的准直镜、色散单元及数字微镜阵列；
所述宽带光源出射的照明光束进入所述准直镜，并经所述准直镜准直为不同波长的平行光束，所述不同波长的平行光束经所述色散单元的分光后，所述不同波长的平行光进入所述数字微镜阵列的不同位置，通过控制所述数字微镜阵列的偏转角度实现对所述不同波长的平行光进行选择性通断，并将选择的特定波长的平行光束反射出去；
所述宽带光源为白光发光二极管、白光超发光二极管、超辐射激光器或卤素灯；
所述准直镜为消色差透镜；
所述色散单元为棱镜、宽带衍射光栅或全息光栅；
所述照明模块包括柱面镜、分光单元、扫描单元、照明透镜及检查前置镜；
所述成像模块包括成像物镜及探测装置；
所述显示模块包括图像采集卡及输出单元；
所述数字微镜阵列选择的特定波长的平行光束反射进入所述柱面镜形成特定波长的线光束，所述特定波长的线光束中部分线光束经所述分光单元聚焦在所述扫描单元上形成扫描光束，所述扫描光束依次经所述照明透镜透、检查前置镜透射后进入待测物形成成像光束，由待测物返回的所述成像光束依次经过所述检查前置镜、照明透镜透及扫描单元进入所述分光单元中，经所述分光单元反射进入所述成像物镜，再经所述成像物镜聚焦到所述探测装置，所述探测装置将所述成像光束的光信号转换为电信号并发送至所述图像采集卡，所述图像采集卡将接收到的电信号转化为图像信息发送给所述输出单元进行显示。
2.根据权利要求1所述的线扫描多光谱成像系统，其特征在于，所述宽带光源为白光发光二极管、白光超发光二极管、超辐射激光器或卤素灯；
所述准直镜为消色差透镜；
所述色散单元为棱镜、宽带衍射光栅或全息光栅。
3.根据权利要求1所述的线扫描多光谱成像系统，其特征在于，所述柱面镜为柱面透镜；
所述分光单元为宽带分光平面或宽带分光棱镜；
所述扫描单元为反射式高精度扫描振镜。
4.根据权利要求1所述的线扫描多光谱成像系统，其特征在于，所述探测装置为面探测装置。
5.根据权利要求4所述的线扫描多光谱成像系统，其特征在于，所述面探测装置为面阵电荷耦合器件、或面阵互补金属氧化物半导体阵列或面阵光电二极管阵列。
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