一种拉曼面阵高光谱反射和透射双模式的成像系统论文和设计-胡孟晗

全文摘要

本实用新型公开了一种拉曼面阵高光谱反射和透射双模式的成像系统，其特点是线性激光与扩束器与双状态光阑串联组合，将其设置在成像系统的光路上形成拉曼面阵高光谱的获取，进行待测样本在反射和透射模式下的拉曼面阵高光谱图像采集，所述线性激光与扩束器与双状态光阑串联组合设置在转动机构上，且由转动机构进行反射和透射模式的拉曼面阵高光谱切换。本实用新型与现有技术相比具有一次扫描获得反射和透射两种拉曼面阵高光谱图像的获取，不仅克服了单点或多点拉曼光谱仪的缺点，同时增加了一个透射拉曼面阵高光谱成像功能，为探究待测物体的透射拉曼光谱的特征提供支持，从而能够满足不同场景的应用需求。

主设计要求

1.一种拉曼面阵高光谱反射和透射双模式的成像系统，包括线性激光器与二向色镜架构的拉曼高光谱成像系统，线性激光器设置在转动机构上，且由转动机构进行反射模式与透射模式的切换，利用成像相机、分光器和镜头组成的光谱成像模块对设置在样本台上的待测样本，依次进行反射和透射模式下拉曼高光谱的图像采集，其特征在于线性激光与扩束器与双状态光阑串联组合，将其设置在成像系统的光路上形成拉曼面阵高光谱的获取，进行待测样本在反射和透射模式下的拉曼面阵高光谱图像采集，所述线性激光与扩束器与双状态光阑串联组合设置在转动机构上，且由转动机构进行反射和透射模式的拉曼面阵高光谱切换；所述反射模式下的拉曼面阵高光谱为线性激光器与扩束器和双状态光阑串联组合，其产生的面阵激光经斜向设置的二向色镜反射于样本台上的待测样本，构成反射模式的拉曼面阵高光谱图像的获取；所述透射模式下的拉曼面阵高光谱为线性激光器与扩束器和双状态光阑串联组合由转动机构将其设置在样本台下，垂直向上照射于待测样本的面阵激光与水平设置的二向色镜，构成透射模式的拉曼面阵高光谱图像的获取。

设计方案

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及光谱成像技术领域，具体地说是一种拉曼面阵高光谱反射和透射双模式的成像系统。

背景技术

目前，拉曼光谱技术已经在化学、高分子材料、材料科学、生物医学、文物分析等方面得到了广泛的应用。拉曼光谱在分子光谱研究领域具有独特优势，它能够表征待测物体的结构信息，即分子内部简正振动频率及有关振动能级的情况，从而实现分子中所含官能团的鉴定，最终识别分子结构，拉曼光谱技术能胜任定性分析、结构分析、定量分析的具体任务。鉴于拉曼光谱仪的巨大市场，国内外相关的仪器公司都在该方面进行了布局，包括赛默飞、必达泰克、瑞士万通、海洋光学、如海光电、奥谱天成、华泰若安、天津港东、同方威视、塞蒙斯、五铃光学等。一些国内研究机构也在拉曼光谱仪方面有较多的专利储备，如水下激光拉曼光谱仪（申请号：201710969838.5）、拉曼光谱仪光路系统（申请号：201810012349.5）、一种短波长激光手性拉曼光谱仪（申请号：201510925965.6）、双波长激光拉曼光谱仪（申请号：201720809001.X）等。

在拉曼成像方面，中国科学院上海技术物理研究所在2017年申报发明专利：一种深空探测微区自适应拉曼荧光成像联用系统（申请号：201711426271.3），其涉及技术领域偏向于荧光成像方面；索隆-基特林癌症研究协会在2017年授权发明专利：宽视场拉曼成像设备及相关方法（申请号：201480012550.3），该专利的技术方案只能获得一个或多个单色图像。在国内已发表的论文中，2017年发表在《农业工程学报》上的“线扫描式拉曼高光谱成像技术无损检测奶粉三聚氰胺”一文中，提出了一种拉曼反射高光谱成像系统，其未涉及到透射拉曼高光谱成像系统。在实际应用过程中，针对具体的任务，研究人员或工程人员通常想同时获取反射和透射拉曼高光谱图像。由于拉曼光谱仪缺少空间分辨率，故其不能在许多领域里广泛应用。虽然拉曼高光谱成像仪提供了较好的解决思路，它能够同时获取光谱和空间维度的信息，从而形成一个三维的拉曼光谱图像块，但目前未见有透射拉曼面阵高光谱成像系统的相关报道，以及集反射和透射拉曼面阵高光谱成像系统的公开文献。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足而设计的一种拉曼面阵高光谱反射和透射双模式的成像系统，采用线性激光器与扩束器和双状态光阑串联组合，其产生的面阵激光与二向色镜构成拉曼面阵高光谱，实现单次扫描依次捕获反射和透射两种模式下的拉曼面阵高光谱图像，大大满足了研究人员或工程人员对采用单系统采集透射和反射面阵高光谱图像的需求，能够同时获取光谱和空间维度的信息，从而形成一个三维的拉曼面阵光谱图像块，为拉曼面阵高光谱成像仪提供了较好的解决思路，结构简单，使用方便，操作便捷，可靠性高，拓宽了应用领域，尤其为光谱成像领域的应用研究和基础研究提供很大的益处和帮助。

本实用新型的目的是这样实现的：一种拉曼面阵高光谱反射和透射双模式的成像系统，包括线性激光器与二向色镜架构的拉曼高光谱成像系统，线性激光器设置在转动机构上，且由转动机构进行反射与透射模式的切换，利用成像相机、分光器和镜头组成的光谱成像模块对设置在样本台上的待测样本，依次进行反射和透射模式下拉曼高光谱的图像采集，其特点是线性激光与扩束器与双状态光阑串联组合，将其设置在成像系统的光路上形成拉曼面阵高光谱的获取，进行待测样本在反射和透射模式下的拉曼面阵高光谱图像采集，所述线性激光与扩束器与双状态光阑串联组合设置在转动机构上，且由转动机构进行反射和透射模式的拉曼面阵高光谱切换；所述反射模式下的拉曼面阵高光谱为线性激光器与扩束器和双状态光阑串联组合，其产生的面阵激光经斜向设置的二向色镜反射于样本台上的待测样本，构成反射模式的拉曼面阵高光谱图像的获取；所述透射模式下的拉曼面阵高光谱为线性激光器与扩束器和双状态光阑串联组合由转动机构将其设置在样本台下，垂直向上照射于待测样本的面阵激光与水平设置的二向色镜，构成透射模式的拉曼面阵高光谱图像的获取。

本实用新型与现有技术相比具有一次扫描获得反射和透射两种拉曼面阵高光谱图像的获取，不仅克服了单点或多点拉曼光谱仪的缺点，同时增加了一个透射拉曼面阵高光谱成像功能，为探究待测物体的透射拉曼光谱的特征提供支持，从而能够满足不同场景的应用需求。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为栅栏状态一的光阑示意图；

图3为栅栏状态二的光阑示意图；

图4为反射模式的拉曼面阵高光谱采集示意图；

图5为透射模式的拉曼面阵高光谱采集示意图。

具体实施方式

参阅附图1，本实用新型由成像相机1、分光器2和镜头3组成的光谱成像模块与二向色镜6、线性激光器8、样本台10、扩束器14和双状态光阑15架构而成，所述二向色镜6设置在样本台10和光谱成像模块之间的光路上；所述线性激光器8与扩束器14和双状态光阑15的串联组合设置在转动机构16上进行反射与透射模式下的拉曼面阵高光谱切换；所述反射模式下的拉曼面阵高光谱为线性激光器8与扩束器14和双状态光阑15串联组合，其产生的面阵激光经斜向设置的二向色镜6反射于样本台10上的待测样本11，构成反射模式的拉曼面阵高光谱图像的获取；所述透射模式下的拉曼面阵高光谱为线性激光器8与扩束器14和双状态光阑15串联组合由转动机构16将其设置在样本台10下，垂直向上照射于待测样本11的面阵激光与水平设置的二向色镜6，构成透射模式的拉曼面阵高光谱图像的获取；所述样本台10设置在设有平移机构的位移台9上，且与位移台9为水平移动；所述二向色镜6由步进电机5进行反射与透射模式的切换；所述成像相机1采用CCD、CMOS或EMCCD相机；所述分光器2采用色散光谱仪或可调谐光谱仪；所述镜头3采用定焦或变焦的光学镜头；所述样本台10采用玻璃等透光材料制作，以满足透射模式下拉曼高光谱图像的获取。

参阅附图2，所述双状态光阑15产生栅栏状态一的光阑。

参阅附图3，所述双状态光阑15产生栅栏状态二的光阑。

下面以具体的实施方式和操作过程对本实用新型作进一步的详细说明。

实施例1

参阅附图4，将二向色镜6设置在样本台10和光谱成像模块之间的光路上，线性激光器8与扩束器14和双状态光阑15串联组合，且与斜向设置的二向色镜6构成反射模式的拉曼面阵高光谱图像采集，并将电源7分别与步进电机5、线性激光器8、位移台9和光谱成像模连接。线性激光器8发射线性激光12到扩束器14，放大后的激光经双状态光阑15产生栅栏状态一的光阑，该栅栏状面阵激光经由二向色镜6反射到放置于样本台10的待测样本11上，拉曼散射光经由二向色镜6依次通过镜头3和分光器2，分光后阻挡与入射光相同频率的激光射线进入光谱成像模块，并由成像相机1进行目标区域反射拉曼面阵高光谱图像的获取，其采集的数据经过无线或有线的方式传输至工控机4进行储存和处理。

参阅附图5，在完成反射模式的拉曼面阵高光谱一次成像之后，将双状态光阑15转换到栅栏状态二。线性激光器8与扩束器14和双状态光阑15的串联组合由转动机构16设置在样本台10下，垂直向上照射于待测样本11的面阵激光与水平设置的二向色镜6，构成透射模式的拉曼面阵高光谱图像的获取。线性激光器8发射的线性激光12经扩束器14和双状态光阑15，将其转换为栅栏状态二的面阵激光，该面阵激光垂直向上照射于样本台10上的待测样本11，通过二向色镜6依次进入镜头3和分光器2，分光后阻挡与入射光相同频率的激光射线进入光谱成像模块，并由成像相机1进行目标区域反射拉曼面阵高光谱图像的获取，其采集的数据经过无线或有线的方式传输至工控机4进行储存和处理。

以上只是对本实用新型作进一步的说明，并非用以限制本专利，凡为本实用新型等效实施，均应包含于本专利的权利要求范围之内。

设计图

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