干光，經(jīng)過(guò)光纖耦合器接入光環(huán)形器3的第一端口，然后該低相干光通過(guò)光環(huán)形器3的第二端口入射至樣品臂13中；
[0025]步驟2，在樣品臂13中，光纖出射光首先經(jīng)過(guò)第一準(zhǔn)直透鏡4得到準(zhǔn)直光束，該準(zhǔn)直光束入射至第一光柵5，由第一光柵5衍射后的光束經(jīng)過(guò)第一會(huì)聚透鏡6會(huì)聚成一條編碼線(xiàn)照射在載物臺(tái)7的樣品上；所述準(zhǔn)直光束入射至第一光柵5，其中該準(zhǔn)直光束在第一光柵5的入射角和衍射角滿(mǎn)足利特羅結(jié)構(gòu)，即如下公式:
[0026]θ 0= Θ J= sinh (m λ G/2)
[0027]式中，m為衍射級(jí)次，取一級(jí)衍射；6為光柵線(xiàn)對(duì)數(shù)，Θ (!為準(zhǔn)直光束在第一光柵5的入射角，Θ i為寬帶光源中心波長(zhǎng)λ在第一光柵5的衍射角。
[0028]步驟3，從樣品臂13沿原路返回的光攜帶有樣品信息，該返回光經(jīng)過(guò)光環(huán)形器3的第三端口耦合至光譜儀14中；
[0029]步驟4，在光譜儀14中，樣品臂13中返回的光經(jīng)過(guò)第二準(zhǔn)直透鏡9入射到第二光柵10上，經(jīng)過(guò)第二光柵10衍射后的光入射至第二會(huì)聚透鏡11，會(huì)聚光照射到線(xiàn)陣C⑶相機(jī)12的感光元件上；
[0030]步驟5，通過(guò)計(jì)算機(jī)2控制線(xiàn)性位移臺(tái)8，使得載物臺(tái)7上的樣品沿著與樣品上編碼線(xiàn)垂直的方向平移，由線(xiàn)陣CCD相機(jī)12獲得整個(gè)樣品的表面光譜信息并輸入計(jì)算機(jī)2進(jìn)行顯示。
[0031]所述光譜儀14的光譜分辨率大于樣品臂13的光譜分辨率:樣品臂13的光譜分辨率由第一光柵5被照射的光柵線(xiàn)數(shù)決定；光譜儀14的光譜分辨率由第二光柵10被照射的光柵線(xiàn)數(shù)和線(xiàn)陣CCD相機(jī)12的像素?cái)?shù)共同決定，取兩者光譜分辨率值中大的為光譜儀14的光譜分辨率。
[0032]如圖2所示，準(zhǔn)直光束以角度為Qtl入射至衍射光柵處，寬帶光源中心波長(zhǎng)λ的衍射角為θρ衍射方程如下公式:
[0033]SinQc^sinQ1=IiiAG
[0034]式中，m為衍射級(jí)次，取一級(jí)衍射；G為光柵線(xiàn)對(duì)數(shù)。入射角Qtl和衍射角Θ i滿(mǎn)足利特羅結(jié)構(gòu)時(shí)，衍射效率最大，即^ci= Θ 1= sinh(mAG/2)。衍射后的光束經(jīng)過(guò)第一會(huì)聚透鏡6聚焦到樣品上形成一條線(xiàn)，不同波長(zhǎng)聚焦到樣品不同位置上，攜帶者樣品信息的反射光原路返回，就實(shí)現(xiàn)了頻譜編碼。圖2中λρ λ2、入3分別表示不同的波長(zhǎng)。
[0035]圖3中，Ρ1，Ρ2，Ρ3，……，Pn分別表示第1，2，3，……，η個(gè)像素；λ ^ λ 2、λ 3分別表示不同的波長(zhǎng)。如圖3所示，在光譜儀中衍射后的光經(jīng)過(guò)會(huì)聚透鏡11會(huì)聚到線(xiàn)陣CCD相機(jī)12的探測(cè)陣列上。不同波長(zhǎng)會(huì)聚到探測(cè)陣列的不同像素上，只要光譜儀14的光譜分辨率大于樣品臂13的光譜分辨率，就能將攜帶樣品信息的光全部分辨開(kāi)來(lái)。光柵最小可分辨波長(zhǎng)差為Δ λ = λ/(mN)，N為光柵被照射的線(xiàn)對(duì)數(shù)。對(duì)于樣品臂13，光譜分辨率只由第一光柵5的最小可分辨波長(zhǎng)差決定。對(duì)于光譜儀，光譜分辨率有第二光柵10的最小可分辨波長(zhǎng)差和線(xiàn)陣CCD相機(jī)12可分辨的最小波長(zhǎng)差共同決定，取兩者中最小波長(zhǎng)差較大值為光譜儀的光譜分辨率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于頻譜編碼的共焦顯微成像裝置，其特征在于，包括寬帶光源(1)、計(jì)算機(jī)(2)、光環(huán)形器(3)、樣品臂(13)、光譜儀(14)，寬帶光源(I)接入光環(huán)形器(3)的第一端口，光環(huán)形器(3)的第二端口與樣品臂(13)連接，光環(huán)形器(3)的第三端口接入光譜儀(14);所述樣品臂(13)包括沿光路依次設(shè)置的第一準(zhǔn)直透鏡(4)、第一光柵(5)、第一會(huì)聚透鏡(6)和載物臺(tái)(7)，載物臺(tái)(7)固定于線(xiàn)性位移臺(tái)(8)上，線(xiàn)性位移臺(tái)(8)的信號(hào)控制端接入計(jì)算機(jī)(2);光譜儀(14)包括沿光路依次設(shè)置的第二準(zhǔn)直透鏡(9)、第二光柵(10)、第二會(huì)聚透鏡(11)和線(xiàn)陣CCD相機(jī)(12)，線(xiàn)陣CCD相機(jī)(12)的輸出端接入計(jì)算機(jī)⑵； 所述寬帶光源(I)發(fā)射出的低相干光，經(jīng)過(guò)光纖耦合器接入光環(huán)形器(3)的第一端口，然后該低相干光通過(guò)光環(huán)形器(3)的第二端口入射至樣品臂(13)中；在樣品臂(13)中，光纖出射光首先經(jīng)過(guò)第一準(zhǔn)直透鏡(4)得到準(zhǔn)直光束，該準(zhǔn)直光束入射至第一光柵(5)，由第一光柵(5)衍射后的光束經(jīng)過(guò)第一會(huì)聚透鏡(6)會(huì)聚成一條編碼線(xiàn)照射在載物臺(tái)(7)的樣品上；從樣品臂(13)沿原路返回的光攜帶有樣品信息，該返回光經(jīng)過(guò)光環(huán)形器(3)的第三端口耦合至光譜儀(14)中；在光譜儀(14)中，樣品臂(13)中返回的光經(jīng)過(guò)第二準(zhǔn)直透鏡(9)入射到第二光柵(10)上，經(jīng)過(guò)第二光柵(10)衍射后的光入射至第二會(huì)聚透鏡(11)，會(huì)聚光照射到線(xiàn)陣C⑶相機(jī)(12)的感光元件上，由線(xiàn)陣C⑶相機(jī)(12)獲得的光譜信息輸入計(jì)算機(jī)(2)進(jìn)行顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于頻譜編碼的共焦顯微成像裝置，其特征在于，所述第一光柵(5)的入射角和衍射角滿(mǎn)足利特羅結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于頻譜編碼的共焦顯微成像裝置，其特征在于，所述線(xiàn)性位移臺(tái)⑶為thorlabs公司的LNR50S/M帶梯形步進(jìn)器的50毫米TravelMax平臺(tái)、最大行程為50毫米，增量運(yùn)動(dòng)的最小單位為0.05微米。
4.一種基于頻譜編碼的共焦顯微成像方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，寬帶光源(I)發(fā)射出的低相干光，經(jīng)過(guò)光纖耦合器接入光環(huán)形器(3)的第一端口，然后該低相干光通過(guò)光環(huán)形器(3)的第二端口入射至樣品臂(13)中； 步驟2，在樣品臂(13)中，光纖出射光首先經(jīng)過(guò)第一準(zhǔn)直透鏡(4)得到準(zhǔn)直光束，該準(zhǔn)直光束入射至第一光柵(5)，由第一光柵(5)衍射后的光束經(jīng)過(guò)第一會(huì)聚透鏡(6)會(huì)聚成一條編碼線(xiàn)照射在載物臺(tái)(7)的樣品上； 步驟3，從樣品臂(13)沿原路返回的光攜帶有樣品信息，該返回光經(jīng)過(guò)光環(huán)形器(3)的第三端口耦合至光譜儀(14)中； 步驟4，在光譜儀(14)中，樣品臂(13)中返回的光經(jīng)過(guò)第二準(zhǔn)直透鏡(9)入射到第二光柵(10)上，經(jīng)過(guò)第二光柵(10)衍射后的光入射至第二會(huì)聚透鏡(11)，會(huì)聚光照射到線(xiàn)陣CCD相機(jī)(12)的感光元件上； 步驟5，通過(guò)計(jì)算機(jī)(2)控制線(xiàn)性位移臺(tái)(8)，使得載物臺(tái)(7)上的樣品沿著與樣品上編碼線(xiàn)垂直的方向平移，由線(xiàn)陣CCD相機(jī)(12)獲得整個(gè)樣品的表面光譜信息并輸入計(jì)算機(jī)(2)進(jìn)行顯示。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于頻譜編碼的共焦顯微成像方法，其特征在于，步驟2所述光纖出射光首先經(jīng)過(guò)第一準(zhǔn)直透鏡(4)得到準(zhǔn)直光束，該準(zhǔn)直光束入射至第一光柵(5)，其中該準(zhǔn)直光束在第一光柵(5)的入射角和衍射角滿(mǎn)足利特羅結(jié)構(gòu)，即如下公式:Θ 0= Θ J= sinh (m λ G/2) 式中，m為衍射級(jí)次，取一級(jí)衍射；G為光柵線(xiàn)對(duì)數(shù)，Θ (!為準(zhǔn)直光束在第一光柵(5)的入射角，Θ i為寬帶光源中心波長(zhǎng)λ在第一光柵(5)的衍射角。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于頻譜編碼的共焦顯微成像方法，其特征在于，所述光譜儀(14)的光譜分辨率大于樣品臂(13)的光譜分辨率:樣品臂(13)的光譜分辨率由第一光柵(5)被照射的光柵線(xiàn)數(shù)決定；光譜儀(14)的光譜分辨率由第二光柵(10)被照射的光柵線(xiàn)數(shù)和線(xiàn)陣CCD相機(jī)(12)的像素?cái)?shù)共同決定，取兩者光譜分辨率值中大的為光譜儀(14)的光譜分辨率。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于頻譜編碼的共焦顯微成像裝置及方法。本成像系統(tǒng)基于光學(xué)頻譜編碼：寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直后以特定角度入射至高線(xiàn)對(duì)數(shù)的透射式光柵，衍射后經(jīng)過(guò)聚焦透鏡聚焦在樣品上形成一條編碼線(xiàn)照明，使得樣品上不同位置對(duì)應(yīng)著一定帶寬的不同波長(zhǎng)，樣品反射光經(jīng)原光路返回進(jìn)入自制光譜儀中進(jìn)行探測(cè)分析，采用位移平臺(tái)進(jìn)行一維掃描即可獲得二維表面圖像。本發(fā)明結(jié)構(gòu)裝置簡(jiǎn)單、操作方便，具有成像速度快、結(jié)構(gòu)緊湊、便于內(nèi)窺化的特點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】G01N21-25
【公開(kāi)號(hào)】CN104568777
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510015283
【發(fā)明人】高萬(wàn)榮, 廖九零, 朱越, 陳朝良, 卞海溢, 劉浩, 伍秀玭
【申請(qǐng)人】南京理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月12日