CN217930555U - 一种高光谱显微成像系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种高光谱显微成像系统，包括成像物镜、初步分光部件、可调分光器03、成像部件04、分光控制器05。成像物镜、初步分光部件位于同一光轴，可调分光器03、成像部件04位于同一光轴。可调分光器03包括若干个微镜组成的衍射阵列，与分光控制器05相连，分光控制器05用于控制可调分光器03中的若干个微镜的工作状态，以实现不同的光谱范围或光谱分辨率。
Description
技术领域
本申请涉及高光谱成像技术领域，特别是涉及一种高光谱显微成像系统。
背景技术
高光谱图像是在光谱维度上进行了更细致的分割，例如：可以把400nm-1000nm分为300个通道。因此，通过高光谱设备获取到的是图像数据，不仅有图像的信息，并且可以在光谱维度上进行展开，结果不仅可以获得图像上每个点的光谱数据，还可以获得任一个谱段的影像信息。
高光谱显微成像技术发展迅速，常见的包括分光技术包括光栅分光、棱镜分光等。其中，无论是光栅分光还是棱镜分光，一个棱镜或者一个光栅进行分光时，只能实现固定光谱范围的分光，并且光谱分辨率也是固定的。
然而，实际应用中，需要利用高光谱显微成像系统观察不同的实物，因此需要的光谱范围或光谱分辨率是不同的，上述的分光技术需要频繁更换棱镜或者光栅，成像效率慢。
实用新型内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高成像效率的分光装置及其高光谱显微成像系统。
本申请提供了一种高光谱显微成像系统。所述高光谱显微成像系统包括成像物镜01、初步分光部件02、可调分光器03、成像部件04、分光控制器05；其中：
所述成像物镜01、所述初步分光部件02位于同一光轴；所述可调分光器03、所述成像部件04位于同一光轴；
所述可调分光器03包括若干个微镜组成的衍射阵列，与所述分光控制器05相连；
所述分光控制器05用于控制所述可调分光器03中的若干个微镜的工作状态，以实现不同的光谱范围或光谱分辨率。
在一个实施例中，所述初步分光部件02包括可调狭缝06、准直透镜07；所述成像物镜01、所述可调狭缝06、所述准直透镜07、所述可调分光器03在同一光轴上依次排列。
在一个实施例中，所述系统还包括载物台08；所述载物台08、所述成像物镜01、所述可调狭缝06、所述准直透镜07、所述可调分光器03在同一光轴上依次排列。
在一个实施例中，所述系统还包括光源09，位于所述载物台08的上方或侧方。
在一个实施例中，所述载物台08为电动位移载物台，与所述分光控制器05相连。
在一个实施例中，所述系统还包括反光镜10；所述成像物镜01、所述反光镜10位于同一光轴；所述反光镜10、所述可调狭缝06、所述准直透镜07、所述可调分光器03在同一光轴依次排列。
在一个实施例中，所述系统还包括普通成像传感器11、分光镜12、成像设备13；所述成像物镜01、所述分光镜12、所述可调狭缝06、所述准直透镜07、所述可调分光器03在同一光轴上依次排列同一光轴依次排列。
在一个实施例中，所述成像部件04包括成像透镜14、高光谱成像传感器15、成像设备13；所述可调分光器03、所述成像透镜14、所述高光谱成像传感器15在同一光轴上依次排列。
在一个实施例中，所述成像设备13与所述分光控制器05相连；
所述成像设备13还用于发送控制指令至所述分光控制器05；
所述分光控制器05用于根据所述成像设备13发送的指令，调整所述可调分光器03中的若干个微镜的工作状态，以实现不同的光谱范围或光谱分辨率。
在一个实施例中，所述可调分光器03为空间光调制器SLM或数字微镜器件DMD。
本申请提供了一种高光谱显微成像系统，所述高光谱显微成像系统包括成像物镜01、初步分光部件、可调分光器03、成像部件04、分光控制器05。成像物镜01、初步分光部件位于同一光轴，可调分光器03、成像部件04位于同一光轴。成像物镜01用于将被拍摄的目标实物反射或透射的光放大并透射至所述初步分光部件。初步分光部件用于将成像物镜01透射的光进行初步分光并投射至可调分光器03。可调分光器03用于对初步分光部件投射的平行光进行衍射，得到若干不同波长的光并反射至成像部件04。其中，可调分光器03包括若干个微镜组成的衍射阵列，与分光控制器05相连。分光控制器05用于控制可调分光器03中的若干个微镜的工作状态，以实现不同的光谱范围或光谱分辨率。成像部件04用于根据可调分光器03反射的若干不同波长的光，生成目标实物的高光谱图像。
上述高光谱显微成像系统，利用分光控制器05对可调分光器03的衍射范围进行调整，无需更换分光器件，就可以完成不同高光谱范围或光谱分辨率的拍摄，避免了频繁更换分光器件，提升了高光谱显微成像效率。
附图说明
图1为本申请根据一个实施例示出的一个高光谱显微成像系统的结构示意图；
图2为本申请根据一个实施例示出的一个高光谱显微成像系统的结构示意图；
图3为本申请根据一个实施例示出的一个高光谱显微成像系统的结构示意图；
图4为本申请根据一个实施例示出的一个高光谱显微成像系统的结构示意图；
图5为本申请根据一个实施例示出的一个高光谱显微成像系统的结构示意图；
图6为本申请根据一个实施例示出的一个高光谱显微成像系统的结构示意图；
图7为本申请根据一个实施例示出的一个高光谱显微成像系统的结构示意图；
图8为本申请根据一个实施例示出的一个高光谱显微成像系统的结构示意图；
图9为本申请根据一个实施例示出的DMD结构示意图；
图10为本申请根据一个实施例示出的SLM结构示意图；
图11为本申请根据一个实施例示出的一个高光谱显微成像系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
相关技术中，高光谱显微成像系统中的分光装置多采用是以光栅或者棱镜为核心，因此能够实现的光谱范围是固定的，能够实现的分辨率也是固定的。
然而，在对实物进行拍摄时，对不同实物感兴趣的光谱范围是不同的，需要的光谱分辨率也是不同的，因此，若上一个实物与下一个实物感兴趣的光谱范围不同，就需要更换分光装置的光栅或者棱镜。
具体而言，相关技术中高光谱分光实现的光谱范围是固定的，如改变光谱范围只能更换不同参数的分光器件。此外，相关技术中的高光谱分光实现的光谱分辨率是固定的，对于不同分辨率精度的需求无法灵活满足实现。
基于此，本申请提供了一种高光谱显微成像系统，所述高光谱显微成像系统包括成像物镜01、初步分光部件、可调分光器03、成像部件04、分光控制器05。成像物镜01、初步分光部件位于同一光轴，可调分光器03、成像部件04位于同一光轴。成像物镜01用于将被拍摄的目标实物反射或透射的光放大并透射至所述初步分光部件。初步分光部件用于将成像物镜01透射的光进行初步分光并投射至可调分光器03。可调分光器03用于对初步分光部件投射的平行光进行衍射，得到若干不同波长的光并反射至成像部件04。其中，可调分光器03包括若干个微镜组成的衍射阵列，与分光控制器05相连。分光控制器05用于控制可调分光器03中的若干个微镜的工作状态，以实现不同的光谱范围或光谱分辨率。成像部件04用于根据可调分光器03反射的若干不同波长的光，生成目标实物的高光谱图像。
通过本申请提供的高光谱显微成像系统，利用分光控制器05对可调分光器03的衍射范围进行调整，无需更换分光器件，就可以完成不同高光谱范围或光谱分辨率的拍摄，避免了频繁更换分光器件，提升了高光谱显微成像效率。
如图1所示，为本申请根据一实施例示出的高光谱显微成像系统的结构示意图，包括成像物镜01、初步分光部件02、可调分光器03、成像部件04、分光控制器05。其中，成像物镜01、初步分光部件位于同一光轴，可调分光器03、成像部件04位于同一光轴。
需要说明的是，本申请附图中的箭头为光束的方向，是光束走向的示意。
成像物镜01用于将被拍摄的目标实物反射或透射的光放大并透射至初步分光部件02。
其中，被拍摄的目标实物为实际应用中需要得到高光谱图像的实物，可以是医学中的病理切片，可以是水果，还可以是布料等，本申请不加以限制。成像物镜0109根据实际需要，可选择4倍、10倍、20倍、60倍、100倍等倍数。
初步分光部件用于将成像物镜01透射的光进行初步分光并投射至可调分光器03。
其中，初步分光部件可以是由可调狭缝06、准直透镜07组成的，也可以是其他部件组合而成，初步分光部件能够对成像物镜01透射的光进行粗维度的分光即可，即，初步分光部件能够得到低光谱分辨率的光即可。
可调分光器03用于对初步分光部件投射的平行光进行衍射，得到若干不同波长的光并反射至成像部件04。其中，可调分光器03包括若干个微镜组成的衍射阵列，与分光控制器05相连。
分光控制器05用于控制可调分光器03中的若干个微镜的工作状态，以实现不同的光谱范围或光谱分辨率。
其中，分光控制器05包括输入装置，用于接收人工输入的相关数据，显示装置，用于显示当前的调制状况，输出装置，与可调分光器03相连，可以对可调分光器03中的各个微镜的工作状态、各个微镜的角度以及各个微镜的间距等进行调整。
在一个实施例中，技术人员通过分光控制器05的显示装置，向技术人员显示当前可调分光器03当前的光谱分辨率以及光谱衍射范围，然后根据实际需求，需要对可调分光器03的光谱分辨率或光谱范围进行调整，通过分光控制器05的输入装置输入相关内容。分光控制器05根据技术人员的输入的相关内容，对可调分光器03中的各微镜的工作状态、角度、间距进行调整。
在一个实施例中，分光控制器05可以通过操作人员输入的光谱范围参数，确定出待拍摄的目标实物的光谱范围参数，然后对可调分光器03中的各个微镜的工作状态、各个微镜的角度以及各个微镜的间距等进行调整，以实现可调分光器03的不同光谱范围。
在一个实施例中，分光控制器05可以通过操作人员输入的光谱分辨率参数，确定出待拍摄的目标实物的光谱分辨率参数，然后对可调分光器03中的各个微镜的工作状态、各个微镜的角度以及各个微镜的工作状态等进行调整，以实现可调分光器03的不同光谱分辨率。
成像部件04用于根据可调分光器03反射的若干不同波长的光，生成目标实物的高光谱图像。
在一个实施例中，如图2所示，初步分光部件可以包括可调狭缝06、准直透镜07。其中，成像物镜01、可调狭缝06、准直透镜07、可调分光器03在同一光轴上依次排列。
此时，成像物镜01用于将被拍摄的目标实物反射或透射的光放大并透射至所述可调狭缝06。可调狭缝06用于将成像物镜01透射的光衍射至所述准直透镜07。准直透镜07用于将可调狭缝06衍射的光加宽并平行透至所述可调分光器03。可调分光器03用于对准直透镜07透射的平行光进行衍射，得到若干不同波长的光并反射至成像部件04。
其中，相关人员可以手动调整可调狭缝06的狭缝宽度，根据初步分光要求的不同，调整可调狭缝06的狭缝宽度，狭缝宽度与狭缝衍射的关系此处不进行详细的赘述，参见相关技术中的描述即可。
在此实施例中，上述的初步分光部件由括可调狭缝06、准直透镜07构成，可以根据初步分光的要求不同，调整可调狭缝06的狭缝宽度。
在一个实施例中，如图3所示，上述的高光谱显微成像系统还可以包括载物台08。其中，载物台08、成像物镜01、可调狭缝06、准直透镜07、可调分光器03在同一光轴上依次排列。载物台08用于放置上述被拍摄的目标实物。
在此实施例中，在高光谱显微成像系统设置了用于放置上述被拍摄的目标实物的载物台08，减少成像物镜01寻找目标实物的过程。
在一个实施例中，如图4所示，载物台08为电动位移载物台，与分光控制器05相连。分光控制器05可以控制载物台08的电动机，使得载物台08按照分光控制器05指令进行移动。
在此实施例中，若被拍摄的目标实物过大，或者成像物镜01的放大倍数过大，成像物镜01不能将被拍摄的目标实物所以反射的光一次性进行透射，此时可以移动的载物台08。通过分光控制器05可以控制载物台08的电动机，使得载物台08按照分光控制器05指令进行移动，完成对目标实物的全貌拍摄。
在一个实施例中，如图5所示，上述的高光谱显微成像系统还包括光源09，位于载物台08的上方或侧方。光源09用于为载物台08放置的目标实物提供光照。
在此实施例中，在环境昏暗的情况下，目标实物所反射的光过于微弱，不能完成对目标实物的高光谱图像的生成，利用光源09为目标实物提供光照，以完成目标实物的高光谱图像的生成。
在一个实施例中，如图6所示，上述的高光谱显微成像系统还包括反光镜10。其中，成像物镜01、反光镜10位于同一光轴，反光镜10、可调狭缝06、准直透镜07、可调分光器03在同一光轴依次排列。
此时，成像物镜01用于将被拍摄目标实物反射或透射的光放大并透射至反光镜10。反光镜10用于将成像物镜01透射的光反射至可调狭缝06。可调狭缝06用于将反光镜10反射的光衍射至准直透镜07。
在此实施例中，根据实际需要，通过反光镜10改变成像物镜01透射的光的光路。
在一个实施例中，如图7所示，上述的高光谱显微成像系统还包括普通成像传感器11、分光镜12、成像设备13，其中，成像物镜01、分光镜12、可调狭缝06、所述准直透镜07、所述可调分光器03在同一光轴依次排列。
此时，成像物镜01用于将被拍摄目标实物反射或透射的光放大并透射至分光镜12。分光镜12用于将成像物镜01透射的光分为两束，一束光反射至普通成像传感器11，一束光透射至可调狭缝06。普通成像传感器11与成像设备13相连，用于将感光面上的光像转换为相应的电信号传输至成像设备13。成像设备13用于根据普通成像传感器11传输的电信号，生成所述实物的普通图像。
在一个实施例中，普通成像传感器11的感光面接收分光镜12折射的光，然后利用自身的光电器件的光电转换功能将感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号，然后通过与成像设备13相连的电线，将电信号传输至成像设备13，使得成像设备13根据电信号得到待拍摄实物的普通图像。
在一个实施例中，普通成像传感器11可以选择互补金属氧化物半导体(scentificComplementary Metal-Oxide-Semiconductor，sCMOS)或者电子倍增CCD(Electron-Multiplying CCD，EMCCD)。
在一个实施例中，如图8所示，上述的成像部件04包括成像透镜14、高光谱成像传感器15、成像设备13，其中，可调分光器03、成像透镜14、高光谱成像传感器15在同一光轴上依次排列。
此时，可调分光器03用于对初步分光部件投射的平行光进行衍射，得到若干不同波长的光并反射至成像透镜14。成像透镜14用于对可调分光器03衍射的若干不同波长的光进行聚合，将得到的聚合光透射至高光谱成像传感器15。高光谱成像传感器15与成像设备13相连，用于将感光面上的光像转换为相应的电信号传输至成像设备13。成像设备13用于根据高光谱成像传感器15传输的电信号，生成目标实物的高光谱图像。
在此实施例中，成像部件04通过成像透镜14、高光谱成像传感器15、成像设备13实现。
在一个实施例中，成像设备13与分光控制器05相连。成像设备13还用于发送控制指令至分光控制器05。分光控制器05用于根据所述成像设备13发送的指令，调整可调分光器03中的若干个微镜的工作状态，以实现不同的光谱范围或光谱分辨率。
在一个实施例中，分光控制器05可以与成像设备13相连，分光控制器05完成对可调分光器03件中各个微镜的调整后，向成像设备13发送指令，以使成像设备13根据高光谱成像传感器15发送的电信号生成目标实物相应的高光谱图像。
在一个实施例中，可调分光器03可以是数字微镜器件(Digital MicromirrorDevice，DMD)。如图9所示，为本申请根据一实施例示出的DMD的结构示意图，右侧为DMD的局部详细示意图，其中包括3*3个微镜，每个微镜都可单独控制。DMD结构的详细描述可参照相关技术中的描述，此处不进行详细的赘述。
在一个实施例中，可调分光器03可以是空间光调制器(Spatial Light Modulator，SLM)。如图10所示，为本申请根据一实施例示出的SLM的结构示意图与分光控制器05的连接示意图，SLM含有许多独立单元，在空间上排针一维或者二维阵列，每个单元都可以独立地接收光学信号，利用各种物理效应改变自身的光学特性，本申请利用SLM这一特性，完成分光功能，其中SLM中多个独立单位即为上述可调分光器03中的若干个微镜。SLM结构的详细描述可参照相关技术中的描述，此处不进行详细的赘述。
如图11所示，为本申请根据一具体实施例示出的高光谱显微成像系统，包括光源09、载物台08、成像物镜01、普通成像传感器11、分光镜12、反光镜10、可调狭缝06、准直透镜07、可调分光器03、成像透镜14、高光谱成像传感器15、分光控制器05、成像设备13。成像物镜01、分光镜12、反光镜10在同一光轴依次排列，普通成像传感器11与分光镜12在同一光轴上。可调狭缝06、准直透镜07、可调分光器03在同一光轴依次排列，可调分光器03、成像透镜14、高光谱成像传感器15在同一光轴依次排列。
其中，光源09位于载物台08上方或者侧方，用于为载物台08上放置的待拍摄目标实物提供光照，一般选用卤钨灯作为光源09。
在一个实施例中，光源09可以与分光控制器05相连，分光控制器05可以控制光源09的开关。
载物台08用于放置被拍摄的目标实物，一般是可移动的，包括横向移动与竖向移动，可移动的载物台08可以是用手动移动的载物台08，也可以是电动位移载物台08。载物台08为电动位移载物台08时，与分光控制器05相连，由分光控制器05控制电动位移载物台的移动。
成像物镜01用于将被拍摄实物反射的所有光透射至分光镜12。成像物镜01根据实际需要，可选择4倍、10倍、20倍、60倍、100倍等倍数。
分光镜12用于将成像物镜01透射的光分为两束光，一束透射至反光镜10，一束折射至普通成像传感器11。
其中，普通图像为未经过光谱分光得到的图像，所包含的光谱信息较简略。
成像设备13一般为有显示屏的计算机设备，根据普通成像传感器11传输的电信号得到待拍摄实物的普通图像，并显示至显示屏，以供相关人员查看该普通图像。
反光镜10用于将分光镜12透射的光折射至可调狭缝06，用于改变分光镜12透射的光的光路。
在一个实施例中，若不需要改变分光镜12透射的光的光路，则去除反光镜1012，分光镜12透射至反光镜10的那一束光直接透射至可调狭缝06。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种高光谱显微成像系统，其特征在于，所述高光谱显微成像系统包括成像物镜(01)、初步分光部件(02)、可调分光器(03)、成像部件(04)、分光控制器(05)；其中：
所述成像物镜(01)、所述初步分光部件(02)位于同一光轴；所述可调分光器(03)、所述成像部件(04)位于同一光轴；
所述可调分光器(03)包括若干个微镜组成的衍射阵列，与所述分光控制器(05)相连；
所述分光控制器(05)用于控制所述可调分光器(03)中的若干个微镜的工作状态，以实现不同的光谱范围或光谱分辨率。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述初步分光部件(02)包括可调狭缝(06)、准直透镜(07)；所述成像物镜(01)、所述可调狭缝（06）、所述准直透镜(07)、所述可调分光器(03)在同一光轴上依次排列。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括载物台(08)；所述载物台(08)、所述成像物镜(01)、所述可调狭缝(06)、所述准直透镜(07)、所述可调分光器(03)在同一光轴上依次排列。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括光源(09)，位于所述载物台(08)的上方或侧方。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述载物台(08)为电动位移载物台，与所述分光控制器(05)相连。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括反光镜(10)；所述成像物镜(01)、所述反光镜(10)位于同一光轴；所述反光镜(10)、所述可调狭缝(06)、所述准直透镜(07)、所述可调分光器(03)在同一光轴依次排列。
7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括普通成像传感器(11)、分光镜(12)、成像设备(13)；所述成像物镜(01)、所述分光镜(12)、所述可调狭缝(06)、所述准直透镜(07)、所述可调分光器(03)在同一光轴依次排列。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述成像部件(04)包括成像透镜(14)、高光谱成像传感器(15)、成像设备(13)；所述可调分光器(03)、所述成像透镜(14)、所述高光谱成像传感器(15)在同一光轴上依次排列。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述成像设备(13)与所述分光控制器(05)相连；
所述成像设备(13)还用于发送控制指令至所述分光控制器(05)；
所述分光控制器(05)用于根据所述成像设备(13)发送的指令，调整所述可调分光器(03)中的若干个微镜的工作状态，以实现不同的光谱范围或光谱分辨率。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可调分光器(03)为空间光调制器SLM或数字微镜器件DMD。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202221671575.2U CN217930555U (zh) | 2022-06-29 | 2022-06-29 | 一种高光谱显微成像系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202221671575.2U CN217930555U (zh) | 2022-06-29 | 2022-06-29 | 一种高光谱显微成像系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN217930555U true CN217930555U (zh) | 2022-11-29 |
Family
ID=84185483
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202221671575.2U Active CN217930555U (zh) | 2022-06-29 | 2022-06-29 | 一种高光谱显微成像系统 |
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2022
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of utility model: A Hyperspectral Microscopic Imaging System Effective date of registration: 20230704 Granted publication date: 20221129 Pledgee: Zhejiang Tailong Commercial Bank Co.,Ltd. Ningbo Branch Pledgor: Ningbo Lixian Intelligent Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023980047233 |
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