本发明专利技术涉及一种像面干涉高光谱显微成像装置和方法。该装置包括光源、显微物镜、横向剪切分束器、电控旋转台、成像物镜、面阵CCD相机和计算机。本发明专利技术方法步骤为：处于照明视场的目标经无限远共轭显微物镜成像后以平行光入射横向剪切分束器，横向剪切分束器横向剪切每一束光线，得到两束相互平行的光线；再经过成像物镜后，在面阵CCD上产生干涉条纹；由计算机控制和驱动电控旋转台旋转实现对目标推扫成像，获得干涉图像序列；在图像序列中提取每幅图像中观测目标对应的光强，重新组合成观测目标的干涉信息，对该干涉信息进行傅里叶变换计算反演得到观测目标的光谱信息。该方法光通量大、信噪比高、分辨率高。
【技术实现步骤摘要】
本发现涉及显微高光谱成像领域，具体是一种显微成像技术和干涉成像光谱技术相结合的高光谱显微成像装置和方法。
技术介绍
光谱分析是自然科学中一种重要的研究手段，光谱技术能检测到被测物体的物理结构和化学成分等信息。光谱成像技术是光谱分析技术和图像分析技术完美结合的产物，它不仅具有光谱分辨能力，还有图像分辨能力，可以对目标进行定性、定量和定位分析。干涉成像光谱技术是光谱成像领域中一种前沿的光谱探测技术，它利用干涉图与光源光谱图之间存在的傅里叶变换关系，通过对干涉图进行傅里叶变换反演得到光谱图，在军事和民用领域具有极大的应用价值和广阔的发展前景。光学显微镜是一种精密的光学仪器，至今已有300多年的历史。目前，作为人类研究微小物体的基本工具，光学显微镜仍在生物医学、药学、细胞遗传学、材料科学等领域发挥着重要作用。然而，随着人们对显微探测技术的要求进一步提高，传统的光学显微镜都只能提供微小物体的空间信息，并不能给出物体中物质结构和成分的进一步细节。这就给显微系统在某些场合的应用受到限制。显微成像光谱技术是在显微成像技术的基础上引入目前迅速发展的光谱成像理论而得到的一种新型的光学探测技术。现有的显微光谱成像方法从分光技术上可分为两类，一类是采用可调谐滤光片作为分光手段，将照明光分为不同波长进行扫描，因此单次显微图像摄取只能获得某一特定波长照明下的图像，无法实现对连续谱段内所以光谱信号的同时探测。常用的可调谐滤光片主要有声光可调谐滤光片(AOTF)和液晶可调谐滤光片(LCTF )。AOTF滤光具有相对较大的通光孔径、宽的光波工作范围和快速电调谐等优点，但在带宽调谐时存在空间像移，造成成像模糊，这对显微成像来说是非常有害的。LCTF滤光具有光谱分辨率高、易与现有的显微镜集成等优点，但存在的主要问题是透光效率低、光谱范围有限等。另一类是采用光栅或棱镜或二者组合作为分光手段，利用步进电机对样品进行平动推扫，对处于照明条件下的样品同时记录光谱和成像信息。但主要缺点是系统的信噪比和光谱分辨率受到狭缝宽度的限制，狭缝越窄，光谱分辨率越高，但系统接收到的能量也随之降低。像面干涉高光谱显微成像技术将干涉成像光谱技术与显微成像技术结合于一体，将干涉成像光谱技术这一研究内容深入到微观领域，可提供目标微米尺度的空间信息及纳米尺度的光谱信息，反映目标的微观形貌及其化学成分，是显微光谱成像技术的又一有力手段。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种像面干涉高光谱显微成像装置和基于该装置的像面干涉高光谱显微成像方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为一种像面干涉高光谱显微成像装置，包括光源、显微物镜、横向剪切分束器、电控旋转台、成像物镜、面阵CCD相机和计算机。沿光路依次布置光源、显微物镜、横向剪切分束器、成像物镜、面阵CCD相机。横向剪切分束器固定在电控旋转台上，计算机分别与电控旋转台和面阵CCD相机连接,计算机控制和驱动电控旋转台旋转实现对目标的推扫成像，面阵CCD相机采集到的图像序列传输给计算机，由计算机进行分析处理；上述光学器件相对于基底同轴等高，即相对于光学平台或仪器底座同轴等闻。在上述装置中，光源采用以下的一种LED环形灯、卤钨灯、带滤光片的汞灯、氙灯、激光作为荧光激发光源。在上述装置中，显微物镜采用无限远共轭显微物镜。在上述装置中，横向剪切分束器可采用Sagnac型、马赫-曾德型、双角反射体型以及它们的改进型，其作用是将一束入射光沿垂直于光轴方向(横向)剪切成两束相互平行的相干光。一种基于上述装置的像面干涉高光谱显微成像方法，包括以下步骤步骤一观测目标经光源照明后，经无限远共轭显微物镜成像后以平行光入射到横向剪切分束器中。步骤二 横向剪切分束器横向剪切每一束光线，得到两束相互平行的光线。步骤三成像物镜将两束相互平行的光线会聚到面阵CXD相机上，由于这两束平行光会聚到像面上同一点时存在着光程差，产生干涉条纹，因此在面阵CCD相机上得到的是经过光程差调制后的全视场目标像，并且不同视场的目标单元对着不同的干涉光程差。步骤四计算机控制和驱动电控旋转台实现对观测目标推扫成像，面阵CCD相机采集获得干涉图像序列并传输到计算机中。步骤五计算机在图像序列中提取每幅图像中观测目标对应的光强，重新组合成观测目标的干涉信息，对该干涉信息进行傅里叶变换计算即可反演得到观测目标的光谱信肩、O本专利技术与现有技术相比，其显著优点(I)整个系统结构上不需要狭缝和用于产生单色光的滤光器，光能量尽可能的大，信噪比高，适合弱光检测。(2)显微物镜采用无限远共轭成像系统，在对目标成像的同时还将光路准直成平行光出射，与采用有限远共轭显微物镜构成二次成像系统相比，系统中没有准直镜，简化了光路，使得系统结构更加紧凑。( 3 )采用旋转横向剪切分束器实现对目标推扫成像，与直线位移推扫的方式相比，进一步增大了扫描光程的范围，提高了光谱分辨能力。附图说明图1是像面干涉高光谱显微成像装置的结构示意图。图2是分离式双直角反射体型横向剪切分束器的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。结合图1，包括光源1、显微物镜2、横向剪切分束器3、电控旋转台4、成像物镜5、面阵CXD相机6和计算机7。沿光路依次布置光源1、显微物镜2、横向剪切分束器3、成像物镜5、面阵CCD相机6。横向剪切分束器3固定在电控旋转台4上，计算机7分别与电控旋转台4和面阵CCD相机6连接，计算机7控制和驱动电控旋转台4旋转实现对目标的推扫成像，面阵CCD相机6采集到的图像序列传输给计算机7，由计算机7进行分析处理。上述光学器件相对于基底同轴等高，即相对于光学平台或仪器底座同轴等高。结合图2，包括分光棱镜201、第一二次反射直角棱镜202和第二二次反射直角棱镜203。第一二次反射直角棱镜202的光轴截面、第二二次反射直角棱镜203的光轴截面和分光棱镜201的光轴截面在同一平面内。第一二次反射直角棱镜202的斜边贴合在分光棱镜201分束面反射光线的出射面上，第二二次反射直角棱镜203的斜边贴合在分光棱镜201分束面透射光线的出射面上。图中虚线表示二次反射直角棱镜202关于分束面对称时的位置。第二二次反射直角棱镜203斜边顶点与分光棱镜201贴合面顶点的距离I为O. 5mm,经它们反射回来到达分束面的两束相干光不再重合，而是沿着垂直于光轴方向产生了 1_的距离，称这一距离为横向剪切量d，其中d=21。其中，第一二次反射直角棱镜202和第二二次反射直角棱镜203的两个反射面均镀制高反膜，分光棱镜的分束面镀制半透半反的分束膜，它们的有效工作波段范围为45(T750nm。如图2所示，经显微物镜2出射的平行光入射到分光棱镜201，经分束面后形成一支透射光和一支反射光，透射光进入到第二二次反射直角棱镜203中，经其反射后返回到分光棱镜201中，再经分束面反射后射出；反射光进入到第一二次反射直角棱镜202中，经其反射后返回到分光棱镜201中，再经分束面透射后射出；两支射出光线相互平行。基于上述装置对洋葱表皮细胞装片进行像面干涉高光谱显微成像实验，包括以下步骤步骤一洋葱表皮细胞装片经LED环形灯照明后，经IOX无限远共轭显微物镜成像后以平本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种像面干涉高光谱显微成像装置，其特征在于：包括光源(1)、显微物镜(2)、横向剪切分束器(3)、电控旋转台(4)、成像物镜(5)、面阵CCD相机(6)和计算机(7)；沿光路依次布置光源(1)、显微物镜(2)、横向剪切分束器(3)、成像物镜(5)、面阵CCD相机(6)；横向剪切分束器(3)固定在电控旋转台(4)上，计算机(7)分别与电控旋转台(4)和面阵CCD相机(6)连接，计算机(7)控制和驱动电控旋转台(4)旋转实现对目标的推扫成像，面阵CCD相机(6)采集到的图像序列传输给计算机(7)，由计算机(7)进行分析处理；上述光学器件相对于基底同轴等高，即相对于光学平台或仪器底座同轴等高。
【技术特征摘要】
1.一种像面干涉高光谱显微成像装置，其特征在于包括光源(I)、显微物镜(2)、横向剪切分束器⑶、电控旋转台(4)、成像物镜(5)、面阵CCD相机(6)和计算机(7);沿光路依次布置光源(I)、显微物镜(2)、横向剪切分束器(3)、成像物镜(5)、面阵C⑶相机(6)；横向剪切分束器⑶固定在电控旋转台⑷上，计算机(7)分别与电控旋转台⑷和面阵CCD相机(6)连接，计算机(7)控制和驱动电控旋转台(4)旋转实现对目标的推扫成像，面阵CCD相机(6)采集到的图像序列传输给计算机(7)，由计算机(7)进行分析处理；上述光学器件相对于基底同轴等高，即相对于光学平台或仪器底座同轴等高。2.根据权利要求1所述的一种像面干涉高光谱显微成像装置，其特征在于横向剪切分束器(3)包括分光棱镜(201)、第一二次反射直角棱镜(202)和第二二次反射直角棱镜(203);第一二次反射直角棱镜(202)的光轴截面、第二二次反射直角棱镜(203)的光轴截面和分光棱镜(201)的光轴截面在同一平面内；第一二次反射直角棱镜(202)的斜边长与分光棱镜(201)的边长相等,第一二次反射直角棱镜(202)的斜边贴合在分光棱镜(201)分束面反射光线的出射面上；第二二次反射直角棱镜(203)的斜边长与分光棱镜(201)的边长相等，第二二次反射直角棱镜(203)的斜边贴合在分光棱镜(201)分束面透射光线的出射面上，第二二次反射直角棱镜(203)斜边顶点与分光棱镜(201)贴合面顶点的距离为I。3.根据权利要求2所述的一种像面干涉高光谱显微成像装置，其特征在于第二二次反射直角棱镜(203)斜边顶点与分光棱镜(201)贴合面顶点的距离为G其中O</<1/4边长，上述边长为分光棱镜(201)的边长。4.根据权利要求2所述的一种像面干涉高光谱显微成像装置，其特征在于横向剪切分束器(3)中，第一二次反射直角棱镜(202)和第二二次反射直角棱镜(203)的两个反射面均镀制高...
【专利技术属性】
技术研发人员：李建欣，周伟，孟鑫，史今赛，郭仁慧，沈华，马骏，朱日宏，陈磊，何勇，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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