用于多色荧光成像的通用光学前端与微型无镜头传感器
图像与视频处理
2026-02-20 v1
摘要
无镜头成像技术可实现异常紧凑的荧光传感器，推动\textit{in vivo}成像和低成本、点 care诊断等应用的发展。这些传感器需要滤光片以阻挡激发光同时通过荧光发射。然而，传统薄膜干涉滤镜对入射角（AOI）敏感， complicates其在无镜头系统中的使用。本文对采用纤维光学盘（FOP）吸收会漏入干涉滤光片中偏离轴光线的技术进行了彻底分析和优化，同时提升图像分辨率。通过仿真，我们表明FOP的数值孔径（NA）驱动着固有的设计权衡：收集效率随NA增大而快速提高，但以分辨率下降、器件变厚以及荧光激发效率降低为代价。为此，我们优化了两个光学前端，其全宽半高值为8.3度和45.7度。实现这些设计后，我们表明，由于散射，角度不敏感性需要FOP的两侧都安装滤光片。在成像实验中，520微米厚的高NA设计在仅使分辨率恶化3.2倍的情况下，对荧光灵敏度提高了59倍。或者，低NA设计能够实现三色荧光成像，分辨率为110微米，工作距离为1 mm。总体而言，我们展示了一个灵活的光学前端，可适用于不同荧光标记物、照明配置和无镜头成像技术的各种应用。
引用
@article{arxiv.2511.17860,
title = {A Versatile Optical Frontend for Multicolor Fluorescence Imaging with Miniaturized Lensless Sensors},
author = {Lukas Harris and Micah Roschelle and Jack Bartley and Mekhail Anwar},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.17860},
year = {2026}
}