Гиперспектральная насадка для оптического микроскопа

Техническое решение относится к области применения гиперспектральной технологии в оптической микроскопии.
Известно (GB, патент 2497650, опубл. 19.06.2013) акустооптическое (АО) устройство. Оно содержит кристалл АО-взаимодействия для приема и распространения светового луча в направлении оптического распространения (OPD). На одной поверхности кристалла АО-взаимодействия расположен пьезоэлектрический преобразователь, преднаначенный для приема электрического сигнала и излучения акустической волны в кристалл АО-взаимодействия, на пьезоэлектрическом преобразователе расположен электрод, выполняющий функцию ввода электрического сигнала в пьезоэлектрический преобразователь. Электрод представляет собой узорчатый электрод, который включает в себя множество различных поперечных краевых положений, охватывающих диапазон положений, по меньшей мере, пяти процентов от средней высоты (Havg) электрода.
Известно (WO, заявка 2007/115074, опубл. 11.10.2007) акустооптическое (АО) устройство для генерирования высокоаподизированного акустического волнового поля, содержащее кристалл пьезоэлектрического преобразователя для излучения акустической волны, имеющий заземляющий электрод, расположенный на одной стороне пьезоэлектрического кристалла, и узорчатый электродный слой, расположенный на стороне пьезоэлектрического кристалла напротив заземляющего электрода. Узорчатый электродный слой включает в себя непрерывную область вблизи его центра и прерывистую область, рисунок в прерывистой области, включающий в себя множество разнесенных элементов, электрически соединенных с непрерывной областью. Кристалл взаимодействия АО, который принимает акустическую волну, прикреплен к заземляющему электроду или слою узорчатого электрода. Размеры элементов в шаблоне достаточно малы, чтобы обеспечить условие тонкой структуры в дальнем поле для акустической волны в кристалле АО взаимодействия, лежащем в области прерывистой области, начинающейся <5 мм, измеренной на границе раздела между пьезоэлектрическим кристаллом и кристалл взаимодействия АО.
Известна (WO, заявка 2009/029950, опубл. 05.03.2009) система дистанционного формирования изображения, содержащая: акустооптический перестраиваемый фильтр (AOTF), содержащий кристалл пьезоэлектрического преобразователя для излучения акустической волны, заземляющий электрод которого расположен на одной стороне указанного пьезоэлектрического кристалла; узорчатый электродный слой, расположенный на стороне указанного пьезоэлектрического кристалла напротив упомянутого заземляющего электрода, причем указанный узорчатый электродный слой включает в себя непрерывную область вблизи его центра и прерывистую область, причем рисунок в упомянутой прерывистой области содержит множество разнесенных элементов, электрически соединенных с указанная непрерывная область и кристалл АО-взаимодействия, принимающий упомянутую акустическую волну, прикрепленную к указанному заземляющему электроду или указанному слою узорчатого электрода, причем размеры элементов упомянутых элементов в указанном шаблоне достаточно малы, чтобы обеспечить состояние в тонкой структуре в дальнем поле для упомянутой акустической волны в указанной Кристалл взаимодействия АО, лежащий в основе упомянутой несплошной области начала <10 мм, измеренный от границы раздела между пьезоэлектрическим кристаллом и кристаллом взаимодействия АО, упомянутый АОФТ для настраиваемой передачи по меньшей мере одной оптической длины волны от оптического луча, падающего на упомянутый кристалл АО, содержащий диапазон оптических длин волн; радиочастотный (РЧ) источник питания, обеспечивающий переменную РЧ-частоту, соединенную между указанными электродами, для настройки длины волны передачи упомянутого AOTF, и датчик изображения, соединенный для приема упомянутой, по меньшей мере, одной длины волны, передаваемой упомянутым AOTF.
Известно (RU, патент 2626061, опубл. 27.01.2016) устройство для получения изображений оптически прозрачных фазовых микрообъектов в произвольных узких спектральных интервалах, состоящее из связанных оптически и расположенных последовательно светового микроскопа, работающего напросвет, 4f-системы, состоящей из пары линз и размещенного между ними экрана с двумя круглыми отверстиями разного диаметра, матричного приемника излучения, причем между световым микроскопом и 4f-системой последовательно установлены поляризатор и монохроматор изображений и оптическая система для разделения светового пучка на два и их последующего сведения.
Недостатком всех выше приведенных технических решений следует признать тот факт, что известные решения позволяют получать интерференционные картины микрообъектов с малым количеством линий, что не обеспечивает возможности выделения слабоконтрастных объектов. Дополнительным минусом указанных методов является высокая стоимость реализации, ввиду необходимости выращивания высококачественных акустооптических кристаллов большого размера и их прецизионной обработки, что ограничивает возможности массового использования
Известен также (US, патент 8837045, опубл. 16.09.2014) дифракционно-фазовый микроскоп, содержащий некогерентный во времени источник освещающего луча для освещения образца, линзу объектива для сбора света от источника, прошедшего через образец, и формирования изображения на выходном отверстии, решетку для ретрансляции пучка нулевого порядка и для дифракции изображения на дифрагированный пучок первого порядка, первую линзу Фурье для преобразования луча нулевого порядка и дифрагированного луча первого порядка в соответствующие поля преобразования Фурье в плоскости преобразования Фурье, пространственную маску преобразования Фурье для фильтрации нижних частот одного из луча нулевого порядка и луча первого порядка в плоскости преобразования Фурье, вторую линзу Фурье для рекомбинации луча нулевого порядка и дифрагированного луча первого порядка на детекторе фокальной плоскости.
Недостатком известного технического решения следует признать сложность реализации предлагаемого метода и интерпретации результатов, а также высокая стоимость изделия за счет большого количества дорогих оптико-механических компонентов, что ограничивает возможности массового использования.
Техническая проблема, решаемая с использованием разработанной технического решения, состоит в обеспечении возможности применения гиперспектральной технологии к оптической микроскопии.
Технический результат, достигаемый при реализации разработанной гиперспектральной насадки, состоит в обеспечении возможности получения оптического спектра во всех точках наблюдаемого изображения микрообъекта в сочетании со специализированным спектральным анализом
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанную гиперспектральную насадку. Разработанная насадка содержит
корпус, выполненный с возможностью установки на входе видеовыхода штатного оптического микроскопа, в одной из торцевых поверхностей которого выполнена щель для входа оптического излучения, внутри корпуса последовательно установлены светоделительный кубик, выполненный с возможностью подачи части падающего на него оптического излучения на фотоприемную матрицу, а остальной части - на щель, за которой последовательно установлены коллиматор, призма, проекционный объектив и приемная матрица гиперспектрометра.
В некоторых вариантах реализации разработанной насадки, в качестве приемной гиперспектральной матрицы может быть использовано фотоприемное устройство на базе sCMOS сенсора.
В предпочтительном варианте реализации светоделительный кубик выполнен с возможностью подачи на фотоприемную матрицу 50% падающего на него излучения.
Выход приемной матрицы гиперспектрометра может быть подключен к персональному компьютеру.
Конструктивно оптическая часть гиперспектрометра смонтирована на место установки цифровой камеры визуальной насадки микроскопа.
Схема компоновки элементов гиперспектральной насадки приведена на рисунке, при этом использованы следующие обохачения: плоскость изображения цифровой камеры визуальной насадки 1 микроскопа; светоделительный кубик 2; фото приемная матрица 3; щель 4; коллиматорующий объектив 5; призма 6; проекционный объектив 7; приемная матрица гиперспектрометра 8.
Формирование изображения исследуемой поверхности в гиперспектрометре осуществляют путем сканирования поверхности за счет движения предметного столика микроскопа с использованием сканирующего устройства. Гиперспектрометр в один момент времени регистрирует узкий отрезок поверхности, поперек движению столика. Формирование изображения узкого отрезка поверхности производят посредством щели 4, которуют устанавливают в плоскости изображения визуальной насадки 1 микроскопа. После коллимирующего объектива 5 гиперспектральной насадки изображение щели 4 в параллельных лучах попадает на призму 6 и проекционный объектив 7, где происходит разложение в спектр, и затем проецируется на фотоприемную матрицу 3. Таким образом, на матрице формируют срез гиперкуба, для определенной пространственной координаты X.
Светоделительный кубик 2, установленный до плоскости изображения цифровой камеры визуальной насадки, обеспечивает двухканальную систему построения изображений: видеоканал с плоскостью изображения на чувствительной площадке фото приемной матрицы 3 и гиперспектральный канал с плоскостью изображения на приемной матрице гиперспектрометра 8.