[发明专利]一种显微超光谱层析三维成像装置

说明书

技术领域

本发明适用于生物医学检测、食品安全检测和生态环境监测领域等，涉及一种显微超光谱层析三维成像装置。

背景技术

成像光谱技术起源于70年代的多光谱遥感技术,并自20世纪80年代中后期,发展成为遥感应用领域的有力工具，随着多光谱分辨率的提高，目前已发展为高光谱成像技术，并随之应用于生物医学、食品安全、环境检测和军事等领域。而超光谱成像技术是日前新起的一种成像光谱技术，它比之前的多光谱成像和高光谱成像技术有更高的光谱和空间分辨率，并且得到的数据信息量比前两种高出成百上千倍。但是在目前的超光谱成像应用中，对目标事物的识别还处于远距离的遥感测量或宏观事物的光谱成像，而对于肉眼无法识别的微小物体甚至细胞、基因等分子级的物体，目前超光谱成像尚没有涉足。

中国发明专利申请公开说明书（公开号CN 1563947A）公开了一种显微高光谱成像系统，但是该系统只是成像光谱系统和普通光学显微镜的简单耦合，并且成像方式只是简单的推扫，只能得到单个方向的二维图像，也无法对被测物体进行层析成像，所得到的能表达物体性质的信息量有限，特别距离光源较深的部位。层析成像光谱技术(tomography imaging spectrometer,TIS)借用断层扫描的原理,与成像光谱技术相结合,探测目标数据立方体的一个投影或者多个投影方向的投影图像,然后由这些投影图像重建目标的光谱信息和空间图像信息。它在光谱与图像的快速探测、无视场扫描、高通量、性能稳定等方面具有显著特征。中国实用新型专利说明书（公告号 CN 2401883Y和 CN 2651731Y以及CN 2457581Y）公开了三种层析光谱成像装置，但是这些装置都没有涉及显微成像技术，且结构复杂，系统稳定性差。中国发明专利申请公开说明书（CN 101526477A和CN 1369702A）分别公开了一种激光差动共焦图谱显微层析成像装置和一种高速光干涉层析成象仪，但是这些装置结构复杂，且只是对拉曼光谱或干涉光谱进行显微层析成像，尚不能对被测物体进行三维的显微层析成像，运用范围受限。显微技术在微观的生物医学领域已有广泛的应用，通过显微技术可以观测肉眼所不能看到的事物及其形态,但是目前的医学显微技术，主要是对被测物质先做小块切片，然后放置于平台进行显微观测，这种传统的显微切片技术是具有损伤破坏性的, 而无法实现在体无损的大型物体的显微层析成像，比如：中国发明专利申请公开说明书（公开号CN 101477241A）公开了一种显微光学扫描层析成像装置，该装置就是先对物体进行有破坏性的切片，再进行光学层析成像。而目前光谱成像或层析成像技术还大多停留在二维成像，但是由于激发光源的波长不同，使得激发光对被测物体的穿透深度也不尽相同，对较深层物质的探测局限性将导致无法鉴别被测物体的全部信息，使得超光谱的二维成像应用受到限制，而将三维成像技术应用于显微超光谱层析成像中，将可以得到被测物体微观下的超光谱层析三维景象，并能对被测物体的性状做出满意的解释。因此，利用显微超光谱层析三维成像技术可以实现对包括微小体积、较大体积物体的三维超光谱层析成像。同时，可以将光谱成像技术延伸至分子水平，将大大提高目标识别的精度、光谱和空间分辨率，必将给显微技术、光谱成像技术和层析成像技术带来巨大的推动作用。

发明内容

本发明是针对现有光谱成像技术的不足之处，将超光谱成像技术、层析成像技术、显微成像技术相结合，提供一种高分辨率、高精度、高通量、高性价比的显微超光谱层析三维成像装置。 

本发明的显微超光谱层析三维成像装置，包括光源单元、三维扫描平台、前置显微光路单元、分光成像单元、信号预处理单元、信号采集单元和控制单元，光源单元由光源、反射腔、集光镜、孔径光阑、视场光阑、聚光镜构成，光源设在反射腔内，集光镜装在反射腔端口，孔径光阑、视场光阑设在集光镜与聚光镜之间；三维扫描平台由样品托架、转轴、三维底座和电机控制器组成，转轴一端与三维底座连接，另一端与样品托架相接；前置显微光路单元由物镜、管镜、目镜组成，物镜、管镜、目镜依次排列，三者光轴在同一条直线上；分光成像单元由入射狭缝、第二准直镜、体全息透射式光栅、成像透镜、CCD摄像头依次排列构成，入射狭缝、第二准直镜的光轴与成像透镜、CCD摄像头的光轴夹角成90度；信号预处理单元由信号放大器、信号滤波器电气连接构成；信号采集单元由数据采集卡、数据缓存器、PCI接口卡电气连接构成；控制单元由计算机、同步时序控制器、外部控制按键和显示器组成；三维扫描平台设置在光源单元与前置显微光路单元之间，前置显微光路单元与分光成像单元串接。