[发明专利]一种基于LED阵列的光谱显微成像装置及其实现方法

说明书

本发明公开了一种基于LED阵列的光谱显微成像装置及其实现方法，光谱显微成像装置包括依次设置的15×15单光源窄光谱红光光源LED阵列，载物台，显微物镜，视场光阑，4F中继透镜，阿米西棱镜，带通滤波器，微透镜阵列和CCD阵列工业相机；所述的4F中继透镜共有两组，分别设置在视场光阑和阿米西棱镜之间以及带通滤波器和微透镜阵列之间；本发明装置通过光路设计，达到15×15单光源窄光谱红光光源LED阵列中单一波长的LED灯逐一点亮225次即可同时获得观测样本多路单个连续光谱通道，可以实时获得观察样本单个光谱图像视频信息，无时间延时，无计算耗时；本发明装置采用了阿米西棱镜，其体积较小并且可以使物镜和目镜位于一条直线上，且阿米西棱镜不会受限于全反射的临界角，能接受较大角度的入射光。

技术领域

本发明涉及光谱成像领域，具体涉及一种快速光谱显微成像装置。

背景技术

相比于传统的成像技术，光谱成像在拍摄样品的二维图像的同时，并将其一维的光谱信息和二维的空间信息一并记录下来。光谱成像技术可以提升增加所记录信息的丰富程度，有利于简便后期进一步的分析与处理。在光谱成像技术应用初期，使用的是传统的实验方法来获取光谱信息——即通过窄带滤光片来记录对应波长处的二维空间信息信息与以及一维光谱信息。该方法优点为精度高，易于实现。但同时其存在的缺点是该系统只能够获取样品的有限多个光谱通道信息，且所获得的光谱信息并不连贯。并且，这种方法无法同时记录样品不同光谱通道上的光谱信息，因而只能实现样品在静态场景下的光谱成像。

快速光谱显微成像技术则可以实现连续多个单个光谱通道的信息获取，因此所获得的光谱数据更加丰富也更为精准。因此，快速光谱显微成像技术可以有效地解决早期光谱成像技术中所存在的光谱通道少混乱，无法处理动态场景图像混叠获取的问题。

发明内容

针对现有技术所存在的不足，本发明提出一种基于LED阵列的光谱显微成像装置及其实现方法。该方法可以连续记录多个单个光谱通道信息，并且可以用于记录动态静态场景的光谱显微成像。

一种基于LED阵列的光谱显微成像装置，包括依次设置的15×15单光源窄光谱红光光源LED阵列(1)，载物台(2)，显微物镜(3)，视场光阑(4)，4F中继透镜(5)，阿米西棱镜(6)，带通滤波器(7)，微透镜阵列(8)和CCD阵列工业相机(9)。所述的4F中继透镜(5)共有两组，分别设置在视场光阑(4)和阿米西棱镜(6)之间以及带通滤波器(7)和微透镜阵列(8)之间；

显微物镜(3)的成像镜头用于获取载物台(2)上样本的二维图像信息并成像在视场光阑(4)所在平面，再通过第一组4F中继透镜(5)中继到阿米西棱镜(6)表面。阿米西棱镜(6)将像沿中线切开并将左右两部分互换，带通滤波器(7)将阿米西棱镜(6)亮度最高的+1级中待记录的光谱波段单独通过，并将其波段以及其它光栅级上的光线屏蔽掉。此时光栅色散后的光线经过第二组4F中继透镜(5)重新汇聚在微透镜阵列(8)所在平面，不同波长的光线在微透镜阵列(8)后方于微透镜焦距f距离处聚焦，并且连续光谱沿光栅色散方向一字展开，展开后的像重新成像在CCD阵列工业相机(9)上。整个光路系统前后需要数值孔径匹配，即投射到微透镜阵列(8)上的光与微透镜阵列(8)本身的数值孔径大小不能超过设定阈值，并且尽量接近，以免产生图像重叠混淆。

通过采用上述结构，由于微透镜阵列对视场内成像进行了采样分割，因此不同光谱通道的成像会聚焦在不同的像素坐标中，选取子像素中对应位置的像素重新组合即可得到对应光谱信息。

本发明有益效果如下：

本发明装置通过光路设计，达到15×15单光源窄光谱红光光源LED阵列中单一波长的LED灯逐一点亮225次即可同时获得观测样本多路单个连续光谱通道，可以实时获得观察样本单个光谱图像视频信息，无时间延时，无计算耗时；本发明装置采用了阿米西棱镜，其体积较小并且可以使物镜和目镜位于一条直线上，且阿米西棱镜不会受限于全反射的临界角，能接受较大角度的入射光。

附图说明