[發明專利]像面干涉高光譜顯微成像裝置和方法

無效

• 申請號: 201210583485.2
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN103063307A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 李建欣;周偉;孟鑫;史今賽;郭仁慧;沈華;馬駿;朱日宏;陳磊;何勇
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01J3/45
• 分類號: G01J3/45
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發現涉及顯微高光譜成像領域，具體是一種顯微成像技術和干涉成像光譜技術相結合的高光譜顯微成像裝置和方法。

背景技術

光譜分析是自然科學中一種重要的研究手段，光譜技術能檢測到被測物體的物理結構和化學成分等信息。光譜成像技術是光譜分析技術和圖像分析技術完美結合的產物，它不僅具有光譜分辨能力，還有圖像分辨能力，可以對目標進行定性、定量和定位分析。干涉成像光譜技術是光譜成像領域中一種前沿的光譜探測技術，它利用干涉圖與光源光譜圖之間存在的傅里葉變換關系，通過對干涉圖進行傅里葉變換反演得到光譜圖，在軍事和民用領域具有極大的應用價值和廣闊的發展前景。

光學顯微鏡是一種精密的光學儀器，至今已有300多年的歷史。目前，作為人類研究微小物體的基本工具，光學顯微鏡仍在生物醫學、藥學、細胞遺傳學、材料科學等領域發揮著重要作用。然而，隨著人們對顯微探測技術的要求進一步提高，傳統的光學顯微鏡都只能提供微小物體的空間信息，并不能給出物體中物質結構和成分的進一步細節。這就給顯微系統在某些場合的應用受到限制。

顯微成像光譜技術是在顯微成像技術的基礎上引入目前迅速發展的光譜成像理論而得到的一種新型的光學探測技術?，F有的顯微光譜成像方法從分光技術上可分為兩類，一類是采用可調諧濾光片作為分光手段，將照明光分為不同波長進行掃描，因此單次顯微圖像攝取只能獲得某一特定波長照明下的圖像，無法實現對連續譜段內所以光譜信號的同時探測。常用的可調諧濾光片主要有聲光可調諧濾光片（AOTF）和液晶可調諧濾光片（LCTF）。AOTF濾光具有相對較大的通光孔徑、寬的光波工作范圍和快速電調諧等優點，但在帶寬調諧時存在空間像移，造成成像模糊，這對顯微成像來說是非常有害的。LCTF濾光具有光譜分辨率高、易與現有的顯微鏡集成等優點，但存在的主要問題是透光效率低、光譜范圍有限等。另一類是采用光柵或棱鏡或二者組合作為分光手段，利用步進電機對樣品進行平動推掃，對處于照明條件下的樣品同時記錄光譜和成像信息。但主要缺點是系統的信噪比和光譜分辨率受到狹縫寬度的限制，狹縫越窄，光譜分辨率越高，但系統接收到的能量也隨之降低。

像面干涉高光譜顯微成像技術將干涉成像光譜技術與顯微成像技術結合于一體，將干涉成像光譜技術這一研究內容深入到微觀領域，可提供目標微米尺度的空間信息及納米尺度的光譜信息，反映目標的微觀形貌及其化學成分，是顯微光譜成像技術的又一有力手段。

發明內容

本發明的目的在于提供一種像面干涉高光譜顯微成像裝置和基于該裝置的像面干涉高光譜顯微成像方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種像面干涉高光譜顯微成像裝置，包括光源、顯微物鏡、橫向剪切分束器、電控旋轉臺、成像物鏡、面陣CCD相機和計算機。沿光路依次布置光源、顯微物鏡、橫向剪切分束器、成像物鏡、面陣CCD相機。橫向剪切分束器固定在電控旋轉臺上，計算機分別與電控旋轉臺和面陣CCD相機連接，計算機控制和驅動電控旋轉臺旋轉實現對目標的推掃成像，面陣CCD相機采集到的圖像序列傳輸給計算機，由計算機進行分析處理；上述光學器件相對于基底同軸等高，即相對于光學平臺或儀器底座同軸等高。

在上述裝置中，光源采用以下的一種：LED環形燈、鹵鎢燈、帶濾光片的汞燈、氙燈、激光作為熒光激發光源。

在上述裝置中，顯微物鏡采用無限遠共軛顯微物鏡。

在上述裝置中，橫向剪切分束器可采用Sagnac型、馬赫-曾德型、雙角反射體型以及它們的改進型，其作用是將一束入射光沿垂直于光軸方向（橫向）剪切成兩束相互平行的相干光。

一種基于上述裝置的像面干涉高光譜顯微成像方法，包括以下步驟：

步驟一：觀測目標經光源照明后，經無限遠共軛顯微物鏡成像后以平行光入射到橫向剪切分束器中。

步驟二：橫向剪切分束器橫向剪切每一束光線，得到兩束相互平行的光線。

步驟三：成像物鏡將兩束相互平行的光線會聚到面陣CCD相機上，由于這兩束平行光會聚到像面上同一點時存在著光程差，產生干涉條紋，因此在面陣CCD相機上得到的是經過光程差調制后的全視場目標像，并且不同視場的目標單元對著不同的干涉光程差。

步驟四：計算機控制和驅動電控旋轉臺實現對觀測目標推掃成像，面陣CCD相機采集獲得干涉圖像序列并傳輸到計算機中。

步驟五：計算機在圖像序列中提取每幅圖像中觀測目標對應的光強，重新組合成觀測目標的干涉信息，對該干涉信息進行傅里葉變換計算即可反演得到觀測目標的光譜信息。