像映射光谱仪制造技术

用于高光谱和多光谱成像的装置和方法被讨论。尤其是，像映射光谱仪系统、使用方法和制造的方法被给出。一般地说，像映射光谱仪包括像映射场单元、光谱分离单元、以及选择性成像器。像映射光谱仪可以被用于光学样本的光谱成像。在一些实施例中，像映射光谱仪的像映射场单元可以用表面成型金刚石刀具被制造。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】像映射光谱仪交叉参考相关申请本申请要求于2008年11月4日递交的美国临时专利申请系列号61/111，182的权益，本文引用该申请以供参考。
技术介绍
高光谱成像器是一种已知的装置，它一般被用于检查物体或景色的光谱成分，或波长依赖性。(高光谱成像器亦称成像光谱仪。)在高光谱成像器中，被给定物体或景色发射或反射的光，被成像于光谱仪的入口，该入口通常是透射物体或景色单根线的像的狭缝元件。光谱仪接着使该光再成像于另一个位置，同时使该光按照它的波长沿垂直于狭缝元件取向的方向色散，该光在该另一个位置上能够易于被观察或记录。照这样，物体或景色的每一线的像被分解为两维数据阵列，并通过按逐根直线的增量扫描物体或景色，形成三维的数据立方体。荧光显微术被大范围用于对变化着的细胞动力学获得更深刻的了解。该分析工具被广泛应用的主要推动力，在于以一定范围灵敏度用作生理学分析物的荧光蛋白质、纳米晶体、和有机荧光团的不断发展。荧光探针的发展和应用已经使细胞和组织生理学的研究发生巨大变化。然而，为了充分利用这些探针产生的潜在信息，检测系统必须同时监控荧光团组合的光谱变化。这一要求来自如下事实大多数细胞的响应不是孤立地出现的，而是事件的复杂序列，该序列是响应细胞的效应物而出现的。另外，生理学关注的样本常常包含细胞的异质聚居群，每一细胞可能与其他细胞耦合并以独特模式对扰动作出响应。为了用荧光技术确定这类事件的时间序列，光谱成像系统必须呈现高的空间、光谱、和时间分辨率的适当组合。由于目前可用系统的扫描要求，这些参数的一个或多个常常为改进另一个而被牺牲。这样导致在生物处理的时间过程中空间或时间的模糊。这些相同限制对内源性荧光信号也同样存在，那里的样本中常常有不同分子以独特的时间上的相互作用的独特组合， 难以用扫描技术检测。此外，许多内源性和外源性荧光对比剂随时间光致漂白，并从能够在整个积分周期上收集信号的非扫描方案获益。基于信号的反射和吸收，同样遭受要与基于成像光谱仪的扫描类似的检测折衷。在癌症早期和前期检测的内窥镜成像技术中，正在增长的趋势已经通过改进它们的像的光谱成分，增强它们的诊断能力。光谱学技术已经表明，内源性癌症生物标记，诸如 烟酰胺腺嘌呤二核甙酸(nicotinamide adenine dinucleotide，“NADH”)、核黄素腺嘌呤二核甙酸(flavin adenine dinucleotide，“FAD”)、胶原蛋白、以及含氧的及脱氧的血红蛋白，有基于光谱特征标识的性质不同的荧光和反射。这些分子生物标记可以在识别前期和早期癌变区中用作更具传统的形态学及组织结构特征的重要指示剂。成像光谱仪已经被提出，但缺陷已经限制它们作为可用的实时筛选工具。这些方案的主要限制是它们依赖于昂贵的、用于获取增大的光谱带宽的诸如液晶或声光的可调谐滤波器。不但这些滤波器价格过于昂贵，而且它们还由于光谱数据收集的串行方式，延迟成像获取时间(>约23秒)。诸如计算机断层成像光谱仪(“CTIS”)的快照技术，避免了这种限制，然而，这些技术有长时间的后获取处理(约30到60分钟)，这也不适合用于体内成像。遥感是用于从危险或不能进入的区域，诸如战区、冰河、海洋深处、飓风、煤气卷流、生物武器等等区域采集信息的有价值工具。成像光谱仪使基于来自样本的精细光谱特性提供关键信息的遥感技术得以增强。这些装置常常被用于高速运行的运载工具，诸如卫星和飞机，从而要求快速数据收集。基于扫描的方案常常在像大小、对比度和/或光谱分辨率上妥协，以满足这些快速的时间获取要求。在某些情形中，要研究的事件，诸如验证导弹已经击中它的目标，进行得如此迅速，以致实际上不可能使用扫描方案，诸如验证导弹已经击中它的目标。因此，非扫描快照光谱成像技术将是合乎需要的。食品检验在保证我们国内消费的食品质量上起重要作用。然而，这一过程通常是基于人的视觉外观检测的食品人工观察。这种方案有诸多限制，包含用人眼不能观察到的许多缺陷。它还能够是缓慢的过程，易于出现人为错误和抽样不精确。光谱成像技术通过以快速和基于唯一光谱特征标识的定量方式，能评价食品的多种缺陷，所以能够在该领域起重要作用。为了对送至市场的时间有最小的影响，这些检验站必须非常快速地获取和分析信息，限制基于扫描的方案的使用。
技术实现思路
本公开一般属于高光谱和多光谱成像领域。尤其是，本公开按照某些实施例，是涉及小型的像映射光谱仪(“IMS”)系统和方法。本公开的一个实施例给出一种像映射光谱仪。该像映射光谱仪包括像映射场单元。该像映射光谱仪还包括光谱分离单元。该像映射光谱仪还包括选择性成像器。本公开另一个实施例给出一种光谱成像方法。该光谱成像方法包括提供光学样本。该光谱成像方法还包括提供像映射光谱仪，其中该像映射光谱仪包括像映射场单元、光谱分离单元、和选择性成像器。该光谱成像方法还包括用该像映射光谱仪使光学样本成像。本公开又一个实施例给出一种制造像映射场单元的方法。该制造像映射场单元的方法，包括提供像映射场单元的基底。该方法还包括提供光学组件的横截面轮廓。该方法还包括提供专用于该光学组件横截面轮廓的表面成型的金刚石刀具。该方法还包括利用该表面成型的金刚石刀具，在像映射场单元基底中建立该光学组件横截面轮廓，以形成映射元件。本专利技术的特性和优点，对本领域熟练技术人员是显而易见的。而本领域熟练技术人员可以作出众多的改变，这些改变都在本公开的精神内。附图说明本公开的一些具体示例性实施例，可以部分地参照下面的描述和附图加以理解。图1按照像映射光谱仪(“IMS”)系统的一个实施例，示出3D物体立方体到电荷耦合装置(“(XD”)阵列的成像序列。图2按照本公开的实施例，示出用于IMS系统的基本配置。图3按照本公开的实施例，示出可能的像映射场单元(“IMFU”)设计的例子。图4按照本公开的实施例，示出使用专门设计的表面成型的金刚石刀具，制造 IMFU的金刚石机加工配置(光栅式快速切削(raster fly cutting))。图5按照本公开的实施例，示出多小面的表面成型的金刚石刀具。图6示出与制造有关的称为“边缘侵蚀(edge eating) ”的像差，它通常是由光栅式快速切削的金刚石机加工引起的。图7按照本公开的实施例，给出IMFU的若干设计配置，这些设计配置可以使边缘侵蚀的作用最小。图8按照本公开的实施例，示出(a)模拟的由IMFU中小型光学组件引起的衍射效应，以及(b)约的最小串扰的相邻子光瞳的最佳方位。图9按照本公开的实施例，示出(a)从有25个倾斜(5个χ-倾斜和5个y-倾斜) 的IMS系统的实际光瞳产生的像，并展示由衍射产生的椭圆形光瞳。该像被与模拟的光瞳 (b)所产生的像比较。通过实际和模拟光瞳的y轴和χ轴的横截面分别在(c)和(d)中出7J\ ο图10按照本公开的实施例，示出对透镜阵列组件的不同的选择性成像器配置。图11按照本公开的实施例，示出使用光学模型软件，验证选择性成像器的色差校正的模拟结果。图12按照本公开的实施例，示出使用光学模型软件，验证在最后像平面上，IMS系统的光谱分离的模拟结果。图13按照本公开的实施例，示出χ轴有三种倾斜角度和y轴有三种倾斜角度的像映射器的例子。倾斜的总数是9，它对应于选择性成像器的子系统数，并还涉及像传本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种像映射光谱仪，包括：像映射场单元；光谱分离单元；和选择性成像器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·S·卡克泽克，
申请(专利权)人：威廉马什赖斯大学，
类型：发明
国别省市：US