[发明专利]一种快速光谱显微成像装置

说明书

本发明公开了一种快速光谱显微成像装置，包括依次设置的宽光谱白光光源、载物台、显微物镜、分光棱镜；沿分光棱镜反射光方向设置有第一视场光阑、第一4F中继透镜和第一灰度相机；沿分光棱镜出射光方向设置的第二视场光阑、第二4F中继透镜、闪耀光栅、带通滤波器、第三4F中继透镜、微透镜阵列、第四4F中继透镜和第二灰度相机。第二4F中继透镜的两组镜片之间设置有孔径光阑。本发明可以实现对三维光谱图像的单次曝光获取，并且两个通道分别获取高空间分辨率图像和低分辨率光谱图像，弥补像素分区复用引起的空间分辨率损失；发明装置可以实时获取场景光谱数据并且实时显示，数据获取和数据处理过程没有时间延迟。

技术领域

本发明涉及显微成像和光谱成像领域，是一种快速光谱显微成像装置。

技术背景

相比于传统的成像技术，光谱成像会在拍摄场景二维图像的同时，记录其光谱信息，将二维空间与一维光谱信息记录下来。光谱成像技术可以增加记录信息的丰富程度，有利于后期分析与处理。光谱成像技术初期，使用的是传统的方法获取光谱信息，即通过窄带滤光片来记录对应波长处的二维空间信息与光谱信息。该方法精度高，易于实现，缺点是只能够获取有限多个光谱通道信息，且光谱信息不连贯。同时，此方法无法同时记录不同光谱通道上的光谱信息，因此只能实现静态场景的光谱成像。

快速光谱显微成像技术可以实现几个光谱通道的获取，因此光谱数据更加丰富。因此，快速光谱显微成像技术可以有效地解决早期光谱成像技术中光谱通道少，无法处理动态场景图像获取的问题。

发明内容：

针对现有技术中存在的不足，本发明提出一种快速光谱显微成像装置。该方法可以同时记录高分辨率二维空间信息和低分辨率一维光谱信息，并且可以用于记录动态场景的光谱显微成像。

一种快速光谱显微成像装置，包括依次设置的宽光谱白光光源(1)、载物台(2)、显微物镜(3)、分光棱镜(4)；沿分光棱镜(4)反射光方向设置有第一视场光阑(5.1)、第一4F中继透镜(7.1)和第一灰度相机(11.1)；沿分光棱镜(4)出射光方向设置的第二视场光阑(5.2)、第二4F中继透镜(7.2)、闪耀光栅(8)、带通滤波器(9)、第三4F中继透镜(7.3)、微透镜阵列(10)、第四4F中继透镜(7.4)和第二灰度相机(11.2)。

第二4F中继透镜(7.2)的两组镜片之间设置有孔径光阑(6)。

宽光谱白光光源(1)用于将载物台(2)上的观测物体即样本照亮，显微物镜(3)用于获取载物台(2)上样本的二维图像信息并经过分光棱镜(4)后分为出射光和反射光两束：

反射光以a亮度成像在第一视场光阑(5.1)所在平面，通过第一4F中继透镜(7.1)将第一视场光阑面实像中继至第一灰度相机(11.1)所在平面；

出射光以1-a亮度聚焦在第二视场光阑(5.2)所在平面，通过第二4F中继透镜(7.2)将第二视场光阑面实像中继至闪耀光栅(8)表面，孔径光阑(6)用于控制入射光数值孔径。闪耀光栅(8)会将场景不同光谱波长下的透射光色散到不同角度上，通过带通滤波器(9)将闪耀光栅(8)亮度最高的+1级中待记录的光谱波段单独通过，对其他波段以及其它光栅级上的光线进行屏蔽。此时闪耀光栅(8)色散后的光线经过第三4F中继透镜(7.3)重新汇聚在微透镜阵列(10)所在平面，不同波长的光线在微透镜阵列(10)后方微透镜焦距f距离处聚焦，并且连续光谱延光栅色散方向一字展开，展开的像经过第四4F中继透镜(7.4)，重新成像在第二灰度相机(11.2)的传感器阵列上。整个光路系统中，出射光对应的前后光路需要数值孔径匹配，即投射到微透镜阵列(10)上的光与微透镜阵列(10)本身的数值孔径大小相差不超过5％，以免产生图像重叠混淆。

通过采用上述结构，反射光将宽光谱白光光源(1)下生物样本的高分辨率二维空间信息完整的记录在第一灰度相机(11.1)中；