[实用新型]一种用于显微光谱成像的静态光谱成像仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是一种用于显微光谱成像的静态光谱成像仪，属于光学器械技术领域，应用于生物医学、材料学、法医学、微电子技术等领域。

背景技术

普通光学显微镜一直是人类研究微小物体的基本工具，虽然在分辨能力和成像质量上已经达到了很高的水平，但它只能对样本进行形态方面的观察与分析，不能获得与样本物质结构和化学成分相关的进一步细节信息，已无法满足日益发展的实际应用需求。

光谱成像技术不仅能够获得目标的空间信息，还能够获得目标每一点的光谱信息。每种物质由于结构和化学成分的不同，其发射或反射光谱会存在不同程度差异，因此，光谱成像技术可对目标进行形态和生化组分分析，该技术目前已在遥感应用领域取得了巨大成就。光谱成像技术与显微成像技术相结合，则将光谱成像技术应用拓展到微观领域，为观测或研究微小物体提供一种新的技术手段。例如，对生物组织从细胞或分子角度进行生理和病理变化分析，对片状或颗粒药物中有效成分及其含量分布进行检测，对制作芯片的晶体品质检测等。

现有显微光谱成像系统将光谱成像仪与带视频接口的显微镜结合，常用的光谱成像仪有基于滤光片转轮的光谱成像仪、基于狭缝色散的推扫式光谱成像仪，或基于液晶可调谐滤波器(Liquid Crystal Tunable Filter,LCTF)的光谱成像仪等。上述光谱成像仪与显微镜结合时都具有一定的缺陷。其中：(1)采用基于滤光片转轮的光谱成像仪时，系统含有机械运动部件，稳定性差、体积较大，安装在显微镜上会不平稳，另外还有速度较慢、功耗大、谱段数有限，且容易引入色差和图像难以配准的问题；(2)采用基于狭缝色散的推扫式光谱成像仪时，需要对显微镜进行改装，加装高精度平移载物台，通过平移台的推扫获取二维光谱图像，这种方式的缺点是需要对显微镜改装、平移台成本较高，并且采集光谱图像的图像配准精度较低；(3)采用液晶可调谐滤波器的光谱成像，现有方案将液晶可调谐滤波器放置在会聚成像光路中，无法有效消除色差，图像的配准精度较低。

经对现有技术文献的检索分析发现，中国专利申请号：200410017031.4，《显微高光谱成像系统》公开的技术方案是：把显微成像技术和高光谱成像技术相结合的一种集成系统，包括光学显微镜、光谱仪、面阵CCD相机以及专用数据采集与处理软件。可提供图谱合一微观光谱图像，能广泛应用于临床医学、生物学、材料学、微电子学等学科领域中。该技术方案是一种推帚式的显微高光谱成像系统，该系统利用步进电机驱动载物台进行平动，实现物方推扫。而在实际使用过程中，这种推扫的方式带来两个问题：一是推扫是一种机械运动，速度比较慢，图像采集时间较长；二是推扫运动使得操作繁琐，可靠性不高，不利于作为通用设备使用。类似的，中国专利申请号90103416.9《扫描多光谱显微成像方法及其装置》同样含有机械扫描部件。中国专利申请号：200810036683.0，《分子光谱成像仪》使用声光调谐滤波器(Acousto Optic Tunable Filter,AOTF)或者液晶可调谐滤波器作为色散单元，避免了推扫运动，可以实现快速成像，但是，该系统是通过对光源分光实现的光谱成像，测量时会受到环境杂散光的影响，给成像质量带来不利影响。中国专利申请号：201110079506.2，《声光光谱成像显微系统》公开的技术方案是：以光学显微镜为基础，加入AOTF作为分光环节，将照明光分为不同波长进行扫描，实现显微谱图摄取。与《分子光谱成像仪》类似，也是通过对光源分光实现的光谱成像，测量时会受到环境杂散光影响，给成像质量带来不利影响。中国专利申请号：201310200049.7，《一种基于液晶滤波器件的显微光谱成像装置和方法》公开了一种基于液晶滤波器件(LCTF)的显微光谱成像装置，其CCD、镜筒、成像透镜组件、LCTF、显微物镜位于同一光轴上，成像透镜位于镜筒内部，LCTF位于镜筒与显微物镜之间，该系统的实现需对显微镜进行特别定制，不直接适用于市场现有各类显微装置。

基于上述分析，能够设计一种可以与具有视频接口的现有主流显微镜通过简单转接口直接连接，不再改变显微镜其它部件，且不会额外引入色差的光谱成像仪，将使得显微光谱成像仪性能更加优越，是本实用新型主要解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种用于显微光谱成像的静态光谱成像仪，可实现静态画幅式显微光谱成像、消除色差和图像配准偏差的问题，可通过C转换接口与主流显微镜连接，不需要对显微镜进行修改。

为达到上述目的，本实用新型通过以下技术方案来具体实现：