CN114353947A - 一种基于光场成像的显微拉曼光谱仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光场成像的显微拉曼光谱仪，其由柯勒照明光源、位移台、目标物、显微物镜、第一二向色镜、第二二向色镜、激光线滤光片、边缘滤光片、管透镜、光纤耦合器、光纤跳线、微透镜阵列、拉曼光谱仪、激光器和相机构成。本发明通过单幅图像获取目标三维信息并实现三维图像重建，通过光场图像反演的深度和位置信息定位目标物，实现快速拉曼光谱测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种显微拉曼光谱仪的设计，具体涉及一种基于光场成像的显微拉曼光谱仪。
背景技术
显微拉曼光谱是一种非接触、非破坏性的微区检测手段。通过采集拉曼散射信号，分析光谱信息可以得到被测物的晶相、化学成分或含量，近年来在被广泛应用于生物分子结构研究、生物医学、宝石真伪鉴定、痕量检测等领域。
目前，为了检测分布于微小结构或多层样品中目标物的成分，传统的显微拉曼光谱仪只能通过扫描的方法定位到目标物，然后收集光谱信息，分析成分。而扫描过程耗时严重，实时性差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于光场成像的显微拉曼光谱仪，显微光场成像可通过单幅图像获取目标三维信息并实现三维图像重建。通过光场图像反演的深度和位置信息定位目标物，实现快速拉曼光谱测量。
为实现上述目的，本申请提供了如下方案：
一种基于光场成像的显微拉曼光谱仪，包括：
柯勒照明光源、位移台、目标物、显微物镜、第一二向色镜、第二二向色镜、激光线滤光片、激光器、边缘滤光片、管透镜、微透镜阵列、相机、光纤耦合器、拉曼光谱仪和光纤跳线；
所述位移台用于将所述目标物移动到预设位置；
所述柯勒照明光源用于照亮所述目标物，生成目标物图像；
所述显微物镜用于将所述目标物图像放大,并将放大后的所述目标物图像发送到所述管透镜进行汇聚，一次成像于所述微透镜阵列前方；
所述相机用于拍摄经过所述微透镜阵列的像，获得光场图像，并根据所述光场图像，获得拉曼散射光谱的采集位置；
所述激光器用于产生波长为785nm的激光，激发拉曼光谱；
所述激光线滤光片用于过滤激光；
所述第一二向色镜用于将过滤后的所述激光反射到所述显微物镜；
所述显微物镜还用于根据所述拉曼散射光谱的采集位置，将过滤后的所述激光汇聚到所述目标物表面，获得拉曼散射光谱，并发送到所述管透镜进行汇聚；
所述第二二向色镜用于将汇聚后的所述拉曼散射光谱反射到所述边缘滤光片；
所述边缘滤光片用于对所述拉曼散射光谱进行过滤，获得大于预设波长的所述拉曼散射光谱，并发送到所述光纤耦合器；
所述光纤耦合器用于基于所述光纤跳线，将汇聚后的所述拉曼散射光谱传输到所述拉曼光谱仪。
优选的，当所述相机成像时，关闭所述激光器，打开所述柯勒照明模块。
优选的，当对所述拉曼散射光谱进行采集时，打开所述激光器，关闭所述柯勒照明模块。
优选的，所述相机获得所述拉曼散射光谱的采集位置的过程：根据所述光场图像，获得所述目标物的三维信息，根据所述目标物的三维信息，获得所述目标物的深度及位置信息，根据所述目标物的深度及位置信息，获得光谱的采集位置。
优选的，所述预设波长为792nm。
优选的，所述激光器为785nm激光器。
优选的，所述第一二向色镜为785nm长通二向色镜。
优选的，所述第二二向色镜为750nm低通二向色镜。
优选的，所述边缘滤光片为792nm长通边缘滤光片。
优选的，所述微透镜阵列为F数与所述显微物镜匹配的微透镜阵列。
本发明的有益效果为：
本发明公开了一种基于光场成像的显微拉曼光谱仪，本发明的优点在于对于检测分布于微小结构或多层样品中目标物的成分，可以避免传统显微拉曼光谱仪的扫描过程，通过显微光场成像可以通过一次拍摄获取目标的深度和位置信息，实现快速光谱检测。显微光场和拉曼探测模块可直接集成在商用显微镜后，系统成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中一种基于光场成像的显微拉曼光谱仪结构示意图；
附图说明：1、柯勒照明光源；2、目标物；3、显微物镜；4、第一二向色镜；5、激光线滤光片；6、管透镜；7、第二二向色镜；8、微透镜阵列；9、相机；10、边缘滤光片；11、光纤耦合器；12、光纤跳线；13、拉曼光谱仪；14、激光器；15、位移台。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种基于光场成像的显微拉曼光谱仪，包括：
柯勒照明光源1、目标物2、显微物镜3、第一二向色镜4、激光线滤光片5、管透镜6、第二二向色镜7、微透镜阵列8、相机9、边缘滤光片10、光纤耦合器11、光纤跳线12、拉曼光谱仪13、激光器14、位移台15构成。
位移台15用于将目标物移动至预设位置，使目标物能接收到柯勒照明光源1的照明光束；
柯勒照明光源1用于照亮目标物2，生成目标物图像；
显微物镜3用于将目标物图像放大,并将放大后的目标物图像发送到管透镜6进行汇聚，一次成像于微透镜阵列8前方；
相机9用于拍摄经过微透镜阵列8的像，获得光场图像，并根据光场图像，获得拉曼散射光谱的采集位置；
激光器14用于产生波长为785nm的激光，激发拉曼光谱；
激光线滤光片5用于过滤激光；
第一二向色镜4用于将过滤后的激光反射到显微物镜3；
显微物镜3还用于根据拉曼散射光谱的采集位置，将过滤后的激光汇聚到目标物2表面，获得拉曼散射光谱，并发送到管透镜6进行汇聚；
第二二向色镜7用于将汇聚后的拉曼散射光谱反射到边缘滤光片10；
边缘滤光片10用于对拉曼散射光谱进行过滤，获得大于预设波长的拉曼散射光谱，并发送到光纤耦合器11；
光纤耦合器11用于基于光纤跳线12，将汇聚后的拉曼散射光谱传输到拉曼光谱仪13。
具体的，当相机9成像时，关闭激光器14，打开柯勒照明模块1。
具体的，当对拉曼散射光谱进行采集时，打开激光器14，关闭柯勒照明模块1。
具体的，相机9获得拉曼散射光谱的采集位置的过程：根据光场图像，获得目标物2的三维信息，根据目标物2的三维信息，获得目标物2的深度及位置信息，根据目标物2的深度及位置信息，获得光谱的采集位置。
具体的，预设波长为792nm。
具体的，激光器14为785nm激光器。
具体的，第一二向色镜4为785nm长通二向色镜。
具体的，第二二向色镜7为750nm低通二向色镜。
具体的，边缘滤光片10为792nm长通边缘滤光片。
具体的，微透镜阵列8为F数与显微物镜3匹配的微透镜阵列。
具体的，一种基于光场成像的显微拉曼光谱仪的工作原理包括：
成像时，打开柯勒照明模块1，照亮目标物2，以便相机9进行成像。
将放有目标物2的位移台15移动至预设位置，使柯勒照明光源1照亮目标物2，经过显微物镜3，管透镜6汇聚，一次成像于微透镜阵列8前方，然后经由微透镜阵列8成像至相机9，捕获原始光场图像。原始光场图像经计算，可以得到物体的三维信息，确定目标物2的深度及位置信息，确定拉曼散射光谱采集位置，将放有目标物2的位移台15移动至确定好的拉曼散射光谱采集位置。
拉曼散射光谱采集时，关闭柯勒照明模块1，打开激光器14。
激光器14发射激光经过激光线滤光片5和第一二向色镜4反射进显微物镜3，由显微物镜3根据拉曼散射光谱采集位置，聚焦到目标物2表面，目标物2产生拉曼散射由显微物镜3收集，通过第一二向色镜4、管透镜6，第二二向色镜7反射、边缘滤光片10过滤传输进入光纤耦合器11耦合进光纤跳线12中，最终由拉曼光谱仪13收集。由电脑分析光谱，最终可以实现目标物的成分分析。
以上所述的实施例仅是对本申请优选方式进行的描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于光场成像的显微拉曼光谱仪，其特征在于，包括：
柯勒照明模块、位移台、目标物、显微物镜、第一二向色镜、第二二向色镜、激光线滤光片、激光器、边缘滤光片、管透镜、微透镜阵列、相机、光纤耦合器、拉曼光谱仪和光纤跳线；
所述位移台用于将所述目标物移动到预设位置；
所述柯勒照明模块用于照亮所述目标物，生成目标物图像；
所述显微物镜用于将所述目标物图像放大,并将放大后的所述目标物图像发送到所述管透镜进行汇聚，一次成像于所述微透镜阵列前方；
所述相机用于拍摄经过所述微透镜阵列的像，获得光场图像，并根据所述光场图像，获得拉曼散射光谱的采集位置；
所述激光器用于产生波长为785nm的激光；
所述激光线滤光片用于过滤激光；
所述第一二向色镜用于将过滤后的所述激光反射到所述显微物镜；
所述显微物镜还用于根据所述拉曼散射光谱的采集位置，将过滤后的所述激光汇聚到所述目标物表面，获得拉曼散射光谱，并发送到所述管透镜进行汇聚；
所述第二二向色镜用于将汇聚后的所述拉曼散射光谱反射到所述边缘滤光片；
所述边缘滤光片用于对所述拉曼散射光谱进行过滤，获得大于预设波长的所述拉曼散射光谱，并发送到所述光纤耦合器；
所述光纤耦合器用于基于所述光纤跳线，将汇聚后的所述拉曼散射光谱传输到所述拉曼光谱仪。
2.根据权利要求1所述的基于光场成像的显微拉曼光谱仪，其特征在于，当所述相机成像时，关闭所述激光器，打开所述柯勒照明模块。
3.根据权利要求1所述的基于光场成像的显微拉曼光谱仪，其特征在于，当对所述拉曼散射光谱进行采集时，打开所述激光器，关闭所述柯勒照明模块。
4.根据权利要求1所述的基于光场成像的显微拉曼光谱仪，其特征在于，所述相机获得所述拉曼散射光谱的采集位置的过程：根据所述光场图像，获得所述目标物的三维信息，根据所述目标物的三维信息，获得所述目标物的深度及位置信息，根据所述目标物的深度及位置信息，获得光谱的采集位置。
5.根据权利要求1所述的基于光场成像的显微拉曼光谱仪，其特征在于，所述预设波长为792nm。
6.根据权利要求1所述的基于光场成像的显微拉曼光谱仪，其特征在于，所述激光器为785nm激光器。
7.根据权利要求1所述的基于光场成像的显微拉曼光谱仪，其特征在于，所述第一二向色镜为785nm长通二向色镜。
8.根据权利要求1所述的基于光场成像的显微拉曼光谱仪，其特征在于，所述第二二向色镜为750nm低通二向色镜。
9.根据权利要求1所述的基于光场成像的显微拉曼光谱仪，其特征在于，所述边缘滤光片为792nm长通边缘滤光片。
10.根据权利要求1所述的基于光场成像的显微拉曼光谱仪，其特征在于，所述微透镜阵列为F数与所述显微物镜匹配的微透镜阵列。
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| GR01 | Patent grant | ||
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