[发明专利]快速三维多光谱显微成像系统

说明书

本发明提出一种快速三维多光谱显微成像系统，包括：显微镜，对显微样本进行一级放大，将像面从像面引出口导出以便后级进行分束编码；视场光阑模块，限制后级成像视场，以便进行光路调节；一维分束光栅模块，将分束光栅放置在像面位置，并根据需要的轴向层数选择分束的个数；相位调制模块，对不同角度的光束进行不同的相位调制，以使最终采集时对应不同的点扩散函数；闪耀光栅色散模块，在与分束光栅正交的维度上进行色散；微透镜阵列，使不同角度的光束通过微透镜阵列后对应到微透镜阵列后焦面的不同位置；像感器，对微透镜阵列的后焦面进行成像。本发明能够在单张图像中完成对待测显微物体的三维信息及多光谱信息的同时恢复，大大提升了光效率。

技术领域

本发明涉及光学及信息学技术领域，特别涉及一种快速三维多光谱显微成像系统。

背景技术

随着生物学和材料科学的蓬勃发展，越来越多的应用需要快速采集多维视觉信息的能力，包括空间维、光谱维和时间维，而不仅仅是传统的二维成像。快速三维多光谱显微技术在多荧光标记动态过程观测、高通量层析、医药科学、变化环境下材料分析等领域都有着重要应用。

虽然快速三维成像、以及快速高光谱成像已经有了很大进展，但是在保证速度的前提下将两者同时实现，即在单次曝光下就能恢复显微样本的三维以及多光谱信息仍然是现在的一大技术难点。大部分方法为了能够在光学显微镜下实现样本高维信息的采集，都通过牺牲时间分辨率来换取轴向分辨率或光谱分辨率，比如共聚焦显微、光片显微需要通过扫描实现三维样本重建。大部分高光谱显微镜同样需要采用逐点或逐线扫描整个三维样本才能实现三维与高光谱信息的同时获取。这对于观测生物学样本动态过程存在着极大的局限性。而通过相机阵列的快速三维高光谱显微成像技术一定程度上牺牲了空间分辨率，同时需要大量昂贵的相机来搭建较为庞大的系统，仍然有着很大的改进空间。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种快速三维多光谱显微成像系统，该系统能够在单张图像中完成对待测显微物体的三维信息及多光谱信息的同时恢复，大大提升了光效率。

为了实现上述目的，本发明的实施例提出了一种快速三维多光谱显微成像系统，包括：显微镜，用于将显微样本进行一级放大，将像面从像面引出口导出以便后级进行分束编码；视场光阑模块，用于限制后级成像视场，以便进行光路调节；一维分束光栅模块，与所述视场光阑模块之间通过4F系统继接，用于将分束光栅放置在像面位置，并根据需要的轴向层数选择分束的个数；相位调制模块，用于对不同角度的光束进行不同的相位调制，以使最终采集时对应不同的点扩散函数；闪耀光栅色散模块，与所述一维分束光栅模块之间通过4F系统继接，位于像面位置，在与分束光栅正交的维度上进行色散，以使光谱信息映射到一维角度上；微透镜阵列模块，与闪耀光栅色散模块之间通过4F系统继接，位于像面位置，以使不同角度的光束通过所述微透镜阵列模块后对应到微透镜阵列模块后焦面的不同位置；像感器，用于对所述微透镜阵列模块的后焦面进行成像。

另外，根据本发明上述实施例的快速三维多光谱显微成像系统还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述相位调制模块设置在通过分束光栅后的4F系统中间的傅立叶平面上。

在一些示例中，所述相位调制模块用于采用不同焦距的透镜阵列，进行不同对焦位置的相位调制，以使复制的不同光束在后级像面上对应不同深度的成像平面。

在一些示例中，所述像感器与所述微透镜阵列模块之间通过4F系统或者预设继接镜头进行继接。

在一些示例中，还包括：处理模块，所述处理模块用于对所述快速三维多光谱显微成像系统采集的耦合数据进行重建恢复，以得到所述显微样本的三维高光谱信息。

在一些示例中，所述闪耀光栅色散模块为阿米西棱镜或三棱镜。

在一些示例中，所述像感器为单色像感器。