CN2591594Y - 可变干涉滤光片分光小型显微成像光谱仪 - Google Patents
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Abstract
一种可变干涉滤光片分光的小型显微成像光谱仪，该成像系统光谱仪由显微镜、可变干涉滤光片、微动平台、CCD摄像头、图像采集卡和计算机六大部分构成；其光路为：光源I发出的光经反射镜和聚光镜照明载物台上的样品；另一路，光源II发出的光经半透半反镜和显微物镜照明载物台上的样品，样品的物光经过显微物镜、半透半反镜、45度棱镜和目镜可供人眼观察，或通过成像物镜和可变干涉滤光片成像于CCD摄像头感光面上，CCD摄像头输出连接图象采集卡，图象采集卡连接计算机；该仪器装置具有结构简单，高空间分辨率和较高光谱分辨率的特点，已成功地应用于生物和医学荧光显微成像光谱分析。
Description
技术领域
本实用新型涉及分析科学与仪器技术领域，特别是一种用于生物学和医学的可变干涉滤光片分光小型显微成像光谱仪。
背景技术
光学成像技术和光谱技术是光电技术中的两个历史悠久并应用广泛的重要领域。长期以来，它们沿着各自的道路发展，虽然它们都是接收来自目标的光辐射，但光学成像器获取目标的影像信息，追求高空间分辨率，它积分涵盖了其接收器的整个光谱响应，但不具备光谱分辨能力；而光谱仪则把目标的光辐射分离成不同波长的光谱，追求高光谱分辨率，它积分涵盖了光谱仪的整个视场角内所有的像元，但不具备空间分辨能力。成像光谱分析系统需要将成像技术和光谱技术有机地融为一体，可以在空间和光谱两个方面同时对目标进行识别和分析。
一般来说，被研究的目标(或样品)既不是一个点物或平面物，也不是一个单色的静物，而是一个三维立体的彩色的并随时间而变化的运动着的物。因此，需要采集的信息分布在五维空间中，包括立体空间三维、频域一维和时域一维。但对于一项具体应用来说，对不同维度的分辨率要求不尽相同，对于成像光谱分析系统的各项指标的要求也有高低不同的差异。因此，就出现了种类繁多的成像光谱系统，以便适应不同的需要。
但是，上述这些系统共同特征是装置庞大、复杂且价格昂贵，不能满足各技术领域对具有高空间分辨率和较高光谱分辨率小型化和低价位的成像光谱仪与日俱增的需要。
到目前为止，尚未见到我们在下面叙述的具有高空间分辨率和较高光谱分辨率的小型化显微成像光谱仪系统。
发明内容
本实用新型目的是提供一种可变干涉滤光片分光小型显微成像光谱仪，它具有高空间分辨率和较高光谱分辨率小型化和低价位的成像光谱分析系统。满足生物学和医学实际需要。
本实用新型的目的是这样实现的：
一种可变干涉滤光片分光的小型显微成像光谱仪，包括光源、分光系统和成像系统，其特征在于：该成像光谱仪由显微镜(1)、可变干涉滤光片(2)、微动平台(3)、CCD摄像头(4)、图像采集卡(5)和计算机(6)六大部分构成；其光路为：光源I(7)发出的光经反射镜(9)和聚光镜(10)照明载物台(11)上的样品；另一路，光源II(8)发出的光经半透半反镜(13)和显微物镜(10)照明载物台(11)上的样品，样品的物光经过显微物镜(12)、半透半反镜(13)、45度棱镜(14)和目镜(16)可供人眼观察，或通过成像物镜(15)和可变干涉滤光片(2)成像于CCD摄像头(4)感光面上，CCD摄像头(4)输出连接图象采集卡(5)，图象采集卡(5)连接计算机(6)；CCD摄像头(4)输出的图像光电信号通过图象采集卡(5)进入计算机(6)，计算机(6)连接微动平台(3)控制可变干涉滤光片(2)的位置。
作为透射照明光源I(7)是以下的一种：卤钨灯构成的光源、带滤光片的氙灯、氘灯、汞灯和激光作为荧光或拉曼激发光源作为反射照明光源II(8)由卤钨灯构成的光源、带滤光片的氙灯、氘灯、汞灯和激光作为荧光或拉曼激发光源。
可变干涉滤光片(2)是以下的一种：由线形可变干涉滤光片、半环形可变干涉滤光片；相应的微动平台(3)是下面的一种：由直线位移平台、旋转角位移平台。
可变干涉滤光片(2)构成是以下的一种：单片构成、双片叠合构成。
可变干涉滤光片(2)和CCD摄像头(4)感光面同时位于成像物镜(15)的成像面上
将CCD摄像头(4)后移，并在可变干涉滤光片(2)和CCD摄像头(4)之间加置第二成像物镜(17)，使CCD摄像头(4)感光面位于第二成像物镜(17)成像面上。
微动平台(3)带动可变干涉滤光片(2)进行步进扫描，将每步扫描得到的图像按波长拆分成多个条形图像，再将各步扫描所得多个图像通过拆分所得的同一波长而不同像素的条形图像重构，获得一系列不同单色的完整图像。如图3所示
本实用新型的特点是：它是具有高空间分辨率和较高光谱分辨率的小型化显微成像光谱仪系统。
附图说明
图1是可变干涉滤光片分光小型显微成像光谱仪结构示意图
图2是可变干涉滤光片和CCD摄像头、成像物镜结构示意图
图3是成像过程示意图
最佳实施例：
一种可变干涉滤光片分光的小型显微成像光谱仪，包括光源、分光系统和成像系统，该成像光谱仪由显微镜(1)、可变干涉滤光片(2)、微动平台(3)、CCD摄像头(4)、图像采集卡(5)和计算机(6)六大部分构成；其光路为：光源I(7)发出的光经反射镜(9)和聚光镜(10)照明载物台(11)上的样品，或光源II(8)发出的光经半透半反镜(13)和显微物镜(10)照明载物台(11)上的样品，样品的物光经过显微物镜(12)、半透半反镜(13)、45度棱镜(14)和目镜(16)可供人眼观察，或通过成像物镜(15)和可变干涉滤光片(2)成像于CCD摄像头(4)感光面上，CCD摄像头(4)输出的图像光电信号通过图象采集卡(5)进入计算机(6)，计算机(6)通过微动平台(3)控制可变干涉滤光片(2)的位置。
作为透射照明光源I(7)是以下的一种：卤钨灯构成的光源、带滤光片的氙灯、氘灯、汞灯和激光作为荧光或拉曼激发光源作为反射照明光源II(8)卤钨灯构成的光源、带滤光片的氙灯、氘灯、汞灯和激光作为荧光或拉曼激发光源。
可变干涉滤光片(2)是以下的一种：线形可变干涉滤光片、半环形可变干涉滤光片；相应的微动平台(3)是下面的一种：直线位移平台、旋转角位移平台。
可变干涉滤光片(2)构成是以下的一种：单片构成、双片叠合构成。
可变干涉滤光片(2)和CCD摄像头(4)感光面同时位于成像物镜(15)的成像面上或将CCD摄像头(4)后移，并在可变干涉滤光片(2)和CCD摄像头(4)之间加置第二成像物镜(17)，使CCD摄像头(4)感光面位于第二成像物镜(17)成像面上。
微动平台(3)带动可变干涉滤光片(2)进行步进扫描，将每步扫描得到的图像按波长拆分成多个条形图像，再将各步扫描所得多个图像通过拆分所得的同一波长而不同像素的条形图像重构，获得一系列不同单色的完整图像。如图3所示。
在成像光谱分析系统中，其关键技术问题是：在将成像系统和分光系统融为一体的过程中，在要求小型化和低价位的前提条件下，同时满足空间分辨率和光谱分辨率的较高指标有一定的困难。为此，提出如下技术解决方案：本实用新型由显微镜、可变干涉滤光片、微动平台、CCD摄像头、图象采集卡和计算机及专用软件系统等构成。
可变干涉滤光片膜面与CCD摄像头感光面靠得很近，而且同时近似处于载物台上物光通过成像镜头后的成像面上。计算机控制微动平台的步进电机适配器，驱动可变干涉滤光片相对CCD发生位移而进行快速扫描，由于物光所形成的像面和CCD感光面都具有有限大小尺寸，在扫描的每一步，CCD虽均得到整个景物的图像，但CCD感光面上不同列(或行)的像元是由通过渐变干涉滤光片不同位置即不同波长的光照射的，当可变干涉滤光片位移时，对于滤光片上每一给定波长λ0处的一狭长透过区将逐列(或行)扫过CCD感光面。若将每步扫描得到的整幅图像按波长逐列(或行)进行拆分，最后按给定波长λ0进行重构，将得到一系列完整的单色图像。这样仅通过一次扫描，就可以得到不同波长下的单色图像。上述单色图像的光谱分辨率决定于可变干涉滤光片的极限光谱带宽和线色散以及CCD单一像素尺寸大小。
Claims (6)
1、一种可变干涉滤光片分光的小型显微成像光谱仪，包括光源、分光系统和成像系统，其特征在于：该成像光谱仪由显微镜(1)、可变干涉滤光片(2)、微动平台(3)、CCD摄像头(4)、图像采集卡(5)和计算机(6)六大部分构成；其光路为：光源I(7)发出的光经反射镜(9)和聚光镜(10)照明载物台(11)上的样品；另一路，光源II(8)发出的光经半透半反镜(13)和显微物镜(10)照明载物台(11)上的样品，样品的物光经过显微物镜(12)、半透半反镜(13)、45度棱镜(14)和目镜(16)；通过成像物镜(15)和可变干涉滤光片(2)成像于CCD摄像头(4)感光面上，CCD摄像头(4)输出连接图象采集卡(5)，图象采集卡(5)连接计算机(6)；CCD摄像头(4)输出的图像光电信号通过图象采集卡(5)进入计算机(6)，计算机(6)连接微动平台(3)控制可变干涉滤光片(2)的位置。
2.按照权利要求1所说的可变干涉滤光片分光小型显微成像光谱仪，其特征在于：作为透射照明光源I(7)是以下的一种：卤钨灯构成的光源、带滤光片的氙灯、氘灯、汞灯和激光作为荧光或拉曼激发光源；作为反射照明光源II(8)是以下的一种：卤钨灯构成的光源、带滤光片的氙灯、氘灯、汞灯和激光作为荧光或拉曼激发光源。
3.按照权利要求1所说的可变干涉滤光片分光小型显微成像光谱仪，其特征在于：可变干涉滤光片(2)是以下的一种：线形可变干涉滤光片、半环形可变干涉滤光片；相应的微动平台(3)是下面的一种：直线位移平台、旋转角位移平台。
4.按照权利要求1所说的可变干涉滤光片分光小型显微成像光谱仪，其特征在于：可变干涉滤光片(2)构成是以下的一种：单片构成、双片叠合构成。
5.按照权利要求1所说的可变干涉滤光片分光小型显微成像光谱仪，其特征在于：可变干涉滤光片(2)和CCD摄像头(4)感光面同时位于成像物镜(15)的成像面上。
6.按照权利要求1所说的可变干涉滤光片分光小型显微成像光谱仪，其特征在于：在可变干涉滤光片(2)和CCD摄像头(4)之间加置第二成像物镜(17)，使CCD摄像头(4)感光面位于第二成像物镜(17)成像面上。
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