[发明专利]一种快照型显微高光谱成像系统及成像方法

说明书

本发明涉及一种快照型显微高光谱成像系统及成像方法，解决现有显微光谱成像技术需要时间维扫描或空间维扫描，难以实现目标三维信息的快速获取以及成像系统结构复杂等问题。该成像系统包括照明系统、载物台、显微物镜、分光元件、计算机、采集系统和补偿系统；照明系统用于对载物台上的待观察目标进行均匀照明；分光元件对通过显微物镜的光束按一定分光比进行分光；采集系统包括依次设置在分光元件透射光路上的第一成像镜、微透镜阵列、准直镜、色散元件、第二成像镜和第一探测器；补偿系统包括依次设置在分光元件反射光路上的第三成像镜和第二探测器；第一探测器和第二探测器分别与计算机连接。

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，具体涉及一种快照型显微高光谱成像系统及成像方法。

背景技术

显微镜是人类20世纪最伟大的发明物之一，常常被用来观察微小的物体，一般被应用于生物学、组织学、细菌学、药物化学、医学研究以及临床检验。由于传统显微成像技术只能提供被观测物的形态学计量，不能进一步给出物质的组成成分信息，因此这种成像方法已不能满足显微成像领域应用发展要求，而如何提供被观测样本的化学或生化成分的定量分布图像及其变化信息成为了当前显微技术研究的热点。显微光谱成像技术是在现有显微成像技术的基础上，结合目前发展迅速的光谱成像技术产生的一种新型光学成像技术，它是光谱分析技术和显微成像技术的有机结合，可以同时提供二维空间信息和一维光谱信息，配合一定的数据分析处理算法，能够实现物质组成成份定性、定量、定位的综合分析。

现有的显微光谱成像技术从成像方式上可分为两大类：

一类是基于时间维扫描型的显微光谱成像技术，此类技术的主要分光手段包括有声光可调谐滤光片(AOTF)、液晶可调谐滤光片(LCTF)和旋转滤光片三种。公开号为CN102226756A的发明公开了一种基于AOTF的显微光谱成像装置；公开号为CN107064019A、CN103323410的发明公开了一种基于液晶可调谐滤光片的显微光谱成像装置。基于AOTF分光的方法具有分光简单、可调谐波段宽、调谐速度快，无运动机构等优点，但是该器件在带宽调谐时存在空间像移，造成成像模糊，这对于显微成像系统来说是非常有害的。基于LCTF分光的方法同样具有分光简单，无运动部件的优点，但是该器件波段范围一般较窄，严重限制了系统的可探测谱段，并且存在光谱透过率低的缺点，进而严重影响了系统的信噪比与成像的清晰度。公开号为CN102589694的发明公开了一种可调带通滤光片装置的多光谱显微图像获取装置，该分光方法可使用的波段受限于滤光片轮上所安装的滤光片数量，只能实现有限几个波段的变换，不能实现宽波段连续波长范围内的谱段变换，因此只能针对特定的几种组织进行诊断，不能对多种病变组织进行诊断。基于时间维扫描型的显微光谱成像技术由于需要时间维的扫描，才能获取目标不同谱段的光谱信息，因此难以实现视频级目标三维信息(两维空间信息一维光谱)的快速获取。

另外一类是空间维扫描型的显微光谱成像技术：此类成像技术的主要分光手段有棱镜、光栅或者棱镜与光栅组合分光。现有公开号为CN1563947A与CN103411934A的发明均采用国外标准化商业分光产品ImSpector实现分光(该产品价格相对较高)，并通过在现有显微镜上增加精密电控推扫以实现另外一维空间信息的获取，最终得到所观察目标的两维空间信息与一维光谱信息。该方法具有光谱范围宽，光谱分辨率高，系统透过率高等优点，但是需要在现有显微镜上增加高精度扫描机构以实现另外一维空间信息的获取，对现有显微系统改动较大，集成度不高，系统结构比较复杂。基于空间维扫描型的显微光谱成像技术由于需要进行一空间维的扫描，才能获取目标的另外一维空间信息(否则只能得到一维空间信息与一维光信息)，因此也难以实现视频级目标三维信息(两维空间信息一维光谱)的快速获取。

发明内容