CN104614354A - 一种荧光成像装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种荧光成像装置及方法，其装置包括至少一组激光光源、待测样品、光学滤色片、成像镜头、图像传感器和智能终端。光学滤光片位于待测样品上方并固定在所述成像镜头的下端，图像传感器固定在成像镜头的上端，图像传感器连接至智能终端；激光光源发出激发光照射到待测样品上并产生荧光，荧光照射到光学滤色片上，荧光中只有特定波长的荧光穿过光学滤色片并照射至成像镜头内，成像镜头将特定波长的荧光并将其聚焦在图像传感器上。本发明涉及一种荧光成像装置，提高了图像获取的速度和激光激发光照射的均匀性，提高设备的稳定性和可靠性，有效降低了成本，提高了光源的利用率，大大改善了散热特性。

Description

一种荧光成像装置及方法

技术领域

本发明涉及一种光学成像领域，具体的涉及一种荧光成像装置及方法。

背景技术

由于激光的单光谱特性，激光光源所发射出的适当波长的光是荧光检测中所到的最理想的激发光源。但是，由于激光光源自身的高定向性以及无法均匀照亮大面积样品的特性，目前激光光源在荧光检测领域的应用仅限于单点检测或线性检测。由于单点检测或线性检测一次只能检测一个点或者一条线，目前此类检测系统必须使用高度复杂的运动机构，用以获得待测样品两个维度的荧光图像。因此，此类此类扫描设备由于运动结构的存在，整体结构都非常复杂并且安装调试难度很大。同时，由于荧光图像是通过点检测或线检测后在进行合成，图像获取的速度非常慢。

传统的大面积非扫描式荧光成像系统通常使用宽光谱高强度光源，比如弧光灯或者高强度发光二极管，作为待测荧光样品的激发光源。为了从宽光谱光源中筛选出用于激发荧光所必须的窄带光谱，这类激发光源需要配合非常昂贵的高品质光学滤光片使用，使得绝大部分宽光谱光源的输出光被滤色片过滤掉。因此，这类型光源的使用效率很低。使用弧光灯作为激发光源，还必须要在系统层面考虑散热问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种荧光成像装置及方法，解决了传统大面积非扫描式荧光成像系统结构复杂、安装调试难度大、图像获取速度慢、成本高昂、光源利用率低、散热特性差等缺陷。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

依据本发明的一个方面，提供了一种荧光成像装置，包括至少一组激光光源、待测样品、光学滤色片、成像镜头、图像传感器和智能终端。所述激光光源包括震动装置和至少一片匀光板，其中所述匀光板设置在激光阵列背侧且所述匀光板一侧固定连接在震动装置上，用于消除激光光源本身产生的微观上的照射不均匀斑点；所述光学滤光片位于待测样品上方并固定在所述成像镜头的下端，所述图像传感器固定在成像镜头的上端，所述图像传感器连接至智能终端；所述激光光源发出激发光照射到待测样品上并产生荧光，所述荧光照射到光学滤色片上，所述荧光中只有特定波长的荧光穿过光学滤色片并照射至成像镜头内，成像镜头收集特定波长的荧光并将其聚焦在图像传感器上，图像传感器将荧光光学信号转化为电信号，同时采集二维空间位置信息，形成空间图像信息并发送至智能终端，智能终端显示空间图像。

依据本发明的另一个方面，提供了一种荧光成像方法，包括：

激光光源发出激发光照射到待测样品上并产生荧光；

所述荧光照射到光学滤色片上，所述荧光中只有特定波长的荧光穿过光学滤色片并照射至成像镜头内；

成像镜头收集特定波长的荧光并将其聚焦在图像传感器上；

图像传感器将荧光光学信号转化为电信号，同时采集二维空间位置信息，形成空间图像信息并发送至智能终端；

智能终端显示空间图像。

本发明的有益效果是：本发明的一种应该成像装置及方法，同时对整个待测样品有效区域内同时进行激光激发产生荧光，通过光学滤色片过滤掉杂光，使特定波长的荧光穿过光学滤色片并通过成像镜头将荧光聚焦到图像传感器上成像，有效地提高了图像获取的速度，通过震动装置大大简化了传统设备中多个运动部件的复杂结构，提高了激光激发光照射的均匀性，提高设备的稳定性和可靠性，有效降低了成本，提高了光源的利用率，大大改善了散热特性。

附图说明

图1为本发明一种荧光成像装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中激光阵列结构示意图；

图3为本发明实施例中两组激光点光源分布主视图；

图4为本发明实施例中激光光源的侧视图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、激光光源，2、激发光，3、待测样品，4、荧光，5、光学滤色片，6、成像镜头，7、图像传感器，8、智能终端；

11 激光点光源，111、第一激光点光源，112、第二激光点光，121，第一匀光板，122 第二匀光板，13 震动装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例一、一种荧光成像装置，下面将结合图1对本实施例提供的一种荧光成像装置进行详细的说明

如图1所示，一种荧光成像装置的结构示意图，包括至少一组激光光源1、待测样品3、光学滤色片5、成像镜头6、图像传感器7和智能终端8。所述光学滤光片5位于待测样品3上方并正对所述成像镜头6的下端口，所述图像传感器7固定在成像镜头6的上端，所述图像传感器7连接至智能终端8。图中示出了两组激光光源1，所述激光光源1发出激发光2照射到待测样品3上并产生荧光4，所述荧光4照射到光学滤色片5上，所述荧光4中只有特定波长的荧光穿过光学滤色片5并照射至成像镜头6内，成像镜头6收集特定波长的荧光并将其聚焦在图像传感器7上，图像传感器7将荧光4光学信号转化为电信号，同时采集二维空间位置信息，形成空间图像信息并发送至智能终端8，智能终端8显示空间图像。

本实施例中，所述图像传感器7采用电荷耦合装置(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。所述成像镜头6采用大视场光学成像镜头，使得成像镜头6能够对样待测品3所在区域完整成像，图像传感器7和成像镜头6的组合使得荧光成像装置可以同时采集待测样品3有效区域内的全部荧光4。图像传感器7通过有线或者无线方式将空间图像信息传送至智能终端8并显示。

优选地，所述荧光成像装置包括偶数组激光光源1并对称设置，可以提高有效照射区域内激发光2照射的均匀性。

如图2所示，所述一组激光光源1包括由多个峰值波长相同的激光点光源11，所述多个激光点光源11以某种阵列形式排列形成激光阵列，比如：所述多个激光点光源11可以排列成圆形阵列、方形阵列或其他形式阵列，这种阵列结构可以解决两个问题：一是在从激光光源1到待测样品3的有效照射距离内，有效地提高了对待测样品3进行激发照射的照明区域的均匀性；二是可以改进激光光源1的散热特性从而有效的提高其使用寿命。通过降低每一个单个激光点光源11的功率，每一个单个激光点光源11所产生的热量被分散到一个较大的空间区域，相比使用单个的高功率激光光源，有效的改进了热量聚集的问题。

另外，所述一组激光光源1也可以包括两组不同峰值波长的激光点光源(比如680纳米和780纳米)，如图3所示，每组激光点光源包括多个峰值波长相同的激光点光源，所述两组激光点光源均匀交叉阵列排列，可分别独立控制，用以激发两种不同峰值波长的激发光。第一激光点光源111和第二激光点光源112照射待测样品后，待测样品将产生不同波长的荧光。

优选地，本发明的一种荧光成像装置包括第二光学滤色片和滑动装13置，所述第二光学滤色片与光学滤色片5并排设置在成像镜头6的下端口且两片光学滤色片可来回移动，所述两片光学滤色用于过滤两种荧光中的杂光；所述滑动装置13用于来回移动两片光学滤色片使光学滤色片5或第二光学滤色片正对成像镜头6的下端口，用以切换不同波长的光路。当然，也可以选择一种双波段窄带光学滤色片替代本实施例中的光学滤色片和第二光学滤色片，同样可以获得较佳的成像效果。

所述激光光源1包括震动装置13和至少一片匀光板，所述振动装置13用于使匀光板产生震动，消除激光光源1本身产生的微观上的照射不均匀斑点。如图4所示，本实施例中，所述激光光源包括第一匀光板121和第二匀光板122，其中，第一匀光板121设置在距离激光阵列较近的位置且其一端固定连接在震动装置13上，第二匀光板122设置在距离激光阵列较远的位置用以进一步消除微观上的激光光斑。另外，所述震动装置13的频率可以预先设置，当震动装置13的频率设置到足够高，如本实施例中震动装置的频率达到1000Hz时，在有效照明区域内可使激光光斑完全消除。

本发明使用激光光源作为荧光的激发光源，由于激光光源具有较强的单一性，能产生单一波长的激发光，所以可以采用波段相对较宽的光学滤色片，甚至完全不需要光色滤色片，配合适当的荧光滤色片的使用即可达到较好的光学成像效果，相比于传统设备激发光路中需要较窄波段的光学滤色片，大大降低了对光学滤色片的指标要求，有效地降低了成本。相比使用类似于弧光灯或者LED等宽光谱光源作为激发光源的传统大视场成像装置，本发明可以极大地提高荧光成像装置的灵敏度。

实施例二、一种荧光成像方法，下面将对本实施例提供的一种荧光成像方法进行详细描述。

一种荧光成像方法，包括：

激光光源1发出激发光2照射到待测样品3上并产生荧光4；

所述荧光4照射到光学滤色片5上，所述荧光4中只有特定波长的荧光穿过光学滤色片5并照射至成像镜头6内；

成像镜头6收集特定波长的荧光并将其聚焦在图像传感器7上；

图像传感器7将荧光光学信号转化为电信号，同时采集二维空间位置信息，形成空间图像信息并发送至智能终端8；

智能终端8显示空间图像。

所述一组激光光源1中多个峰值波长相同的激光点光源11以某种阵列形式排列形成激光阵列，有效地提高了对待测样品3进行激发照射的照明区域的均匀性，另外可以改进激光光源1的散热特性从而有效的提高其使用寿命。

本实施例中，所述一组激光光源1内的两组激光点光源中，每组激光点光源中的多个峰值波长相同的激光点光源111或112，所述两组激光点光源111和112均匀交叉阵列排列，发出两种不同波长的激发光，分别斜射到待测样品3上产生两种波长不同的荧光，所述荧光经过光学滤色片5或第二光学滤色片射入成像镜头内。

本实施例中，所述荧光成像装置中的第二光学滤色片与光学滤色片5并排设置在成像镜头6的下端口且两片光学滤色片可来回移动，所述两片光学滤色片过滤两种荧光中的杂光；所述荧光成像装置中的滑动装置用于来回移动两片光学滤色片使光学滤色片或第二光学滤色片正对成像镜头下端口，用以切换不同波长的光路。

其中，光学滤色片5和第二光学滤色片可以根据荧光的波长选择，分别过滤不同波长的荧光中的杂光，使得成像效果更佳。优选地，可以选择一种双波段窄带光学滤色片替代本实施例中的光学滤色片和第二光学滤色片，同样可以获得较佳的成像效果。

本实施例中，激光光源中包括第一匀光板121和第二匀光板122，所述第一匀光板121设置在激光阵列对侧，第二匀光板122远离激光阵列设置，用于提高激光激发光照射的均匀性。其中所述第一匀光板121的一侧固定在震动装置13上，所述震动装置13用于使匀光板产生震动，当震动装置的频率足够高时，可消除激光光源本身产生的微观上的照射不均匀斑点，本实施例中频率达到1000Hz时，在有效照明区域内可使激光光斑完全消除。当然，如果为了达到更好的匀光效果，可以沿着光路方向再设置一个或多个匀光板。所述智能终端8可以是PC机、智能手机、PDA等交互设备，所述智能终端8通过有线和/或者无线的方式与图像传感器7之间完成数据信息传送。

本发明中，待测样品与成像镜头之间的距离不宜过大，都则将会影响图像成像质量。

本发明的一种应该成像装置及方法，同时对整个待测样品有效区域内进行激光激发产生荧光，通过光学滤色片过滤掉杂光，使特定波长的荧光穿过光学滤色片并通过成像镜头将荧光聚焦到图像传感器上成像，有效地提高了图像获取的速度，通过震动装置大大简化了传统设备中多个运动部件的复杂结构，提高了激光激发光照射的均匀性，提高设备的稳定性和可靠性，有效降低了成本，提高了光源的利用率，大大改善了散热特性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种荧光成像装置，其特征在于：包括至少一组激光光源、待测样品、光学滤色片、成像镜头、图像传感器和智能终端；

所述光学滤色片位于待测样品上方，并正对所述成像镜头的下端口，所述图像传感器固定在成像镜头的上端，所述图像传感器连接至智能终端；

所述激光光源发出激发光照射到待测样品上并产生荧光，所述荧光照射到光学滤色片上，所述荧光中只有特定波长的荧光穿过光学滤色片并照射至成像镜头内，成像镜头收集特定波长的荧光并将其聚焦在图像传感器上，图像传感器将荧光光学信号转化为电信号，同时采集二维空间位置信息，形成空间图像信息并发送至智能终端，智能终端显示空间图像。

2.根据权利要求1所述的一种荧光成像装置，其特征在于：所述一组激光光源包括由多个峰值波长相同的激光点光源，所述多个激光点光源以阵列形式排列形成激光阵列。

3.根据权利要求1所述的一种荧光成像装置，其特征在于：所述一组激光光源包括两组不同峰值波长的激光点光源，每组激光点光源包括多个峰值波长相同的激光点光源，所述两组激光点光源均匀交叉阵列排列，发出两种不同波长的激发光，分别照射到待测样品上产生两种波长不同的荧光。

4.根据权利要求3所述的一种荧光成像装置，其特征在于：还包括第二光学滤色片和滑动装置，所述第二光学滤色片与光学滤色片并排设置在成像镜头的下端口且两片光学滤色片可来回移动，所述两片光学滤色用于过滤两种荧光中的杂光；所述滑动装置用于来回移动两片光学滤色片使光学滤色片或第二光学滤色片正对成像镜头下端口，用以切换不同波长的光路。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种荧光成像装置，其特征在于：所述激光光源还包括震动装置和至少一片匀光板，所述振动装置用于使匀光板产生震动，消除激光光源本身产生的微观上的照射不均匀斑点；其中一片所述匀光板设置在激光阵列对侧，且其一侧固定连接在震动装置上，其余匀光板远离激光阵列依次设置，用于提高激光激发光照射的均匀性。

6.一种荧光成像方法，其特征在于：其采用权利要求1-5所述的一种荧光成像装置，包括：

所述激光光源发出激发光照射到待测样品上并产生荧光；

所述荧光照射到光学滤色片上，所述荧光中只有特定波长的荧光穿过光学滤色片并照射至成像镜头内；

成像镜头收集特定波长的荧光并将其聚焦在图像传感器上；

图像传感器将荧光光学信号转化为电信号，同时采集二维空间位置信息，形成空间图像信息并发送至智能终端；

智能终端显示空间图像。

7.根据权利要求6所述的一种荧光成像方法，其特征在于：所述一组激光光源中多个峰值波长相同的激光点光源以阵列形式排列形成激光阵列。

8.根据权利要求6所述的一种荧光成像方法，其特征在于：所述一组激光光源内的两组激光点光源中，每组激光点光源中的多个峰值波长相同的激光点光源，所述两组激光点光源均匀交叉阵列排列，发出两种不同波长的激发光，分别照射到待测样品上产生两种波长不同的荧光。

9.权利要求8所述的一种荧光成像方法，其特征在于：所述荧光成像装置中的第二光学滤色片与光学滤色片并排设置在成像镜头的下端口且两片光学滤色片可来回移动，所述两片光学滤色片过滤两种荧光中的杂光；所述荧光成像装置中的滑动装置用于来回移动两片光学滤色片使光学滤色片或第二光学滤色片正对成像镜头下端口，用以切换不同波长的光路。

10.权利要求6至9任一项所述的一种荧光成像方法，其特征在于：所述激光光源中的震动装置使匀光板产生震动，消除激光光源本身产生的微观上的照射不均匀斑点，其中一片所述匀光板设置在激光阵列对侧，且其一侧固定连接在震动装置上，其余匀光板远离激光阵列依次设置，用于提高激光激发光照射的均匀性。