一種基于微透鏡陣列的光場(chǎng)光譜顯微成像方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種將微透鏡陣列和顯微物鏡及光譜分光系統(tǒng)相結(jié)合構(gòu)成的光場(chǎng)光譜顯微成像方法及系統(tǒng),能夠在一個(gè)積分時(shí)間內(nèi)獲取物體的光場(chǎng)和光譜五維向量信息，該成像系統(tǒng)前置物鏡選用顯微物鏡，給微小物質(zhì)的組成成分的探測(cè)提供了方便；微透鏡陣列放置在顯微物鏡的像平面位置，前端顯微物鏡和微透鏡陣列構(gòu)成光場(chǎng)顯微成像系統(tǒng)，微透鏡陣列的像平面可獲取樣本的四維光場(chǎng)信息；因此微透鏡陣列后記錄的光場(chǎng)信息同時(shí)經(jīng)分光系統(tǒng)傳播到探測(cè)器平面，光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)可以在不需要掃描的情況下獲取樣本整體的光譜信息；探測(cè)器放置在分光系統(tǒng)的像平面位置，對(duì)前端光路結(jié)構(gòu)捕獲的五維向量數(shù)據(jù)進(jìn)行算法重構(gòu)可以獲得不同波長及不同視角的物體信息。
【專利說明】
一種基于微透鏡陣列的光場(chǎng)光譜顯微成像方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)成像技術(shù)，基于微透鏡陣列的光場(chǎng)成像技術(shù)以及基于光柵分光系 統(tǒng)和棱鏡分光系統(tǒng)的光譜成像技術(shù)。 技術(shù)背景
[0002] 顯微成像系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、生物等多個(gè)領(lǐng)域，但是目前的顯微系統(tǒng)由于景深 短，成像模式單一。這種觀測(cè)方法，對(duì)于樣本本身要求極高，一般都需要進(jìn)行切片或者染色 等方式，才能獲得較為清晰的圖像以及實(shí)現(xiàn)對(duì)某些特定成分的區(qū)分。樣片制作工藝繁瑣，并 且會(huì)破壞目標(biāo)成分，同時(shí)一次觀測(cè)只能看到深度范圍很小的物體，因此在觀察較厚的物體 時(shí)需要翻動(dòng)樣本，在這個(gè)過程中樣本容易遭到破壞。在物質(zhì)鑒別方面，傳統(tǒng)成像光譜技術(shù)需 要采用多次曝光掃描的方式獲取物體的空間一光譜信息，且掃描的過程需要一定的掃描時(shí) 間容易引進(jìn)運(yùn)動(dòng)模糊和像差，無法在一次曝光時(shí)間內(nèi)獲得完整的數(shù)據(jù)立方體信息，對(duì)運(yùn)動(dòng) 物體難以進(jìn)行實(shí)時(shí)快速的監(jiān)測(cè)。因此人們對(duì)可獲得物體立體信息的顯微成像系統(tǒng)以及可以 在一次曝光時(shí)間內(nèi)就可獲得物體空間一光譜信息的成像光譜儀的需求在增加。
[0003] 微透鏡陣列作為新型的計(jì)算成像元件，憑借單元透鏡直徑小、對(duì)光信息有很好的 聚焦、準(zhǔn)直、交換、多重成像和綜合成像的能力，在光纖通信與傳感、光譜信息處理以及光信 息計(jì)算方面發(fā)揮了極為重要的作用，越來越受到各行各業(yè)的重視。微透鏡陣列是由很多相 同或者不同的小透鏡按照陣列方式排列組成的。近年來，國內(nèi)外很多研究人員對(duì)微透鏡陣 列做了研究，將微透鏡陣列和傳統(tǒng)成像物鏡相結(jié)合構(gòu)成光場(chǎng)成像系統(tǒng)。光場(chǎng)成像系統(tǒng)可同 時(shí)記錄物體的空間信息和光線傳播的方向信息。光場(chǎng)成像系統(tǒng)探測(cè)器平面記錄的是物體的 中間像并不能直接被人眼觀察，需通過后期重構(gòu)算法對(duì)探測(cè)器獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以獲得 不同視場(chǎng)角信息，這也是光場(chǎng)成像系統(tǒng)的計(jì)算成像特性。光場(chǎng)成像技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)光學(xué)成 像技術(shù)，在信息獲取上具有很大的優(yōu)勢(shì)，它的多維信息獲取能力，為一次曝光時(shí)間內(nèi)獲取目 標(biāo)物體的空間一光譜信息提供了新的方法。
[0004] 文獻(xiàn)[Marc Levoy,Ren Ng,Andrew Adams，Matthew Footer，Mark Horowtz "Light Field Micr0SC0pe(2006)" ]文章中將傳統(tǒng)顯微物鏡和微透鏡陣列相結(jié)合設(shè)計(jì)了一套基于 微透鏡陣列的光場(chǎng)顯微鏡，將微透鏡陣列放置于顯微物鏡的像平面位置，探測(cè)器平面放置 在微透鏡陣列的像平面位置，探測(cè)器記錄被測(cè)樣本的光場(chǎng)信息，通過后期重構(gòu)算法對(duì)探測(cè) 器記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理可獲得不同視場(chǎng)角的圖像。但是光場(chǎng)顯微鏡只能用于對(duì)樣本的外貌 形態(tài)進(jìn)行觀察，不能對(duì)樣本的組成成分進(jìn)行探測(cè)。文獻(xiàn)[Andrew Bodkin，A. She inis， A.Norton"Snapshot Hyperspectral Imaging-the Hyperpixel Array Camera(2015)'']設(shè) 計(jì)了一套快照式成像光譜儀，文中利用小孔陣列作為快照式成像光譜儀中的調(diào)制原件，前 置物鏡為照相物鏡，分光系統(tǒng)為棱鏡分光系統(tǒng)。將小孔陣列放置在照相物鏡的焦平面位置， 分光系統(tǒng)整體接在照相物鏡和小孔陣列后方，且小孔陣列放置在分光系統(tǒng)的狹縫位置代替 狹縫。因此照相物鏡拍攝得到的物平面信息整體經(jīng)過分光系統(tǒng)同時(shí)傳播到探測(cè)器平面，在 一次積分時(shí)間內(nèi)可獲得物體平面一光譜信息。但是這套系統(tǒng)適合用于對(duì)遠(yuǎn)處的物體進(jìn)行成 像分光，難以對(duì)微小物質(zhì)的組成成分進(jìn)行鑒定。且小孔陣列的光通量低，加大了曝光時(shí)間， 無法應(yīng)用于快速變化或移動(dòng)的目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足提供了新的方法，主要解決的技術(shù)問題在于:設(shè) 計(jì)了一種可以在一次曝光時(shí)間內(nèi)獲取物體空間一光譜五維向量信息的光場(chǎng)光譜顯微成像 系統(tǒng)。光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)給微小物質(zhì)組成成分的探測(cè)提供了一種新的方式。本發(fā)明適 用于生物醫(yī)療檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)細(xì)胞樣本組成成分的探測(cè)。
[0006] 具體地，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0007] 一種基于微透鏡陣列的光場(chǎng)光譜顯微成像方法，包括以下步驟：
[0008] 1).設(shè)計(jì)成像系統(tǒng)并搭建光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)步驟:主要由在光軸上依次設(shè)置 的顯微物鏡、微透鏡陣列、分光系統(tǒng)以及探測(cè)器構(gòu)成，其中微透鏡陣列放置在顯微物鏡的像 平面位置，顯微物鏡和微透鏡陣列構(gòu)成前端光場(chǎng)顯微成像系統(tǒng)，顯微物鏡F數(shù)大于微透鏡陣 列微透鏡陣列F數(shù)。微透鏡陣列上每兩個(gè)相鄰?fù)哥R小透鏡成的像之間有一定空隙，給后期信 息經(jīng)分光系統(tǒng)色散做準(zhǔn)備，當(dāng)微透鏡陣列后的光場(chǎng)信息經(jīng)分光系統(tǒng)傳播到探測(cè)器平面時(shí)， 不同譜段信息按照分光原理沿某個(gè)方向色散到探測(cè)器平面，將微透鏡陣列像平面無效的位 置充分利用起來；當(dāng)顯微物鏡F數(shù)等于微透鏡陣列F數(shù)時(shí)，微透鏡陣列像平面上每兩個(gè)相鄰 的小透鏡成的像互相相切，微透鏡陣列后的光場(chǎng)信息經(jīng)分光系統(tǒng)傳播到探測(cè)器平面時(shí)，不 同譜段信息互相重疊，后期難以通過算法將不同譜段信息分離；當(dāng)顯微物鏡F數(shù)小于微透鏡 陣列F數(shù)時(shí)，微透鏡陣列像平面上每兩個(gè)相鄰小透鏡成的像互相重疊，當(dāng)微透鏡陣列后的光 場(chǎng)信息經(jīng)分光系統(tǒng)傳播到探測(cè)器平面上時(shí)，光譜信息互相重疊，難以觀察到明顯的分光現(xiàn) 象，給后期重構(gòu)算法帶來了較大難度。微透鏡陣列微透鏡陣列F數(shù)要大于分光系統(tǒng)的F數(shù)可 以明顯減小系統(tǒng)像差。
[0009] 2).記錄樣本的空間光譜五維向量信息步驟:樣本經(jīng)光場(chǎng)顯微成像系統(tǒng)后獲得樣 本的四維光場(chǎng)向量信息，經(jīng)由分光系統(tǒng)分光在探測(cè)器中獲得樣本的空間光譜五維向量信 息。分光系統(tǒng)整體位于顯微物鏡和微透鏡陣列構(gòu)成的光場(chǎng)顯微成像系統(tǒng)后端，當(dāng)樣本經(jīng)光 場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)后，探測(cè)器拍攝的圖片為樣本經(jīng)光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)成像時(shí)子圖像 陣列，且陣列中的每個(gè)子圖像中不同波長按照分光原理進(jìn)行色散。探測(cè)器平面記錄的為樣 本的空間一光譜五維向量信息，假設(shè)分光系統(tǒng)為光柵分光系統(tǒng)，樣本平面信息為?·(ζ，η)，整 個(gè)系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)為Μ?!， ν，ζ，τ?)，探測(cè)器像平面函數(shù)為g(t，w)，則 [0010] g(t,w)=f(C,n)*h(u,v,C,n)(D
[0011] 式中h(x，y)是指點(diǎn)光源經(jīng)過系統(tǒng)傳播之后到達(dá)探測(cè)器的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，首先看點(diǎn)光 源經(jīng)物鏡傳播到微透鏡陣列前表面的光場(chǎng)函數(shù)根據(jù)式(1)可得：
[0012]
[0013] 式中λ為成像波長，波數(shù)k = 23iA，M是指物從物平面?zhèn)鞑サ轿镧R的像平面的放大倍 率Μ=Ζ2/ζι，將式中的X和y分別用X' = x/Az2，y ' = y/AZ2替換，且將式⑵中的入瞳函數(shù)的傅 里葉變換定義為h'，即：
[0014]
[0015] 因此點(diǎn)光源經(jīng)物鏡傳播到微透鏡陣列前表面時(shí)的光場(chǎng)信息可化簡為：
[0016]
[0017] 假設(shè)微透鏡陣列是由MXN相同的小透鏡構(gòu)成的透鏡陣列，當(dāng)光源傳播到微透鏡陣 列后表面再到探測(cè)器時(shí)，只需計(jì)算單個(gè)透鏡傳播的情況，在單透鏡成像的基礎(chǔ)上乘梳妝函 數(shù)即可表示光場(chǎng)函數(shù)傳播的情況。光信息經(jīng)系統(tǒng)整體傳播后的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)為：
[0018]
系統(tǒng)中hi是入射光線與光軸之間的距離。將公式（10)帶入到公式(8)或(9)中即可得到光場(chǎng) 光譜顯微成像系統(tǒng)探測(cè)器平面獲得的五維譜場(chǎng)向量。
[0029] 3).對(duì)探測(cè)器平面記錄的五維向量進(jìn)行后期算法重構(gòu)獲得不同視場(chǎng)角及不同波長 物體的信息步驟:微透鏡陣列對(duì)應(yīng)于探測(cè)器像面上相同位置的像元為同一個(gè)波長某一個(gè)相 同視場(chǎng)角信息，將相同位置探測(cè)器像元的像素提取出來，獲取不同波長不同視場(chǎng)角物體的 信息。假設(shè)微透鏡陣列中的每個(gè)小透鏡對(duì)應(yīng)N X N個(gè)探測(cè)器像元，微透鏡陣列對(duì)應(yīng)于探測(cè)器 像面上相同位置的像元為同一個(gè)波長某一個(gè)相同視場(chǎng)角信息，將相同位置探測(cè)器像元的像 素提取出來就可以獲得不同波長不同視場(chǎng)角物體的信息。
[0030] 基于上述方法，本發(fā)明提供一種基于微透鏡陣列的光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)，主要 由在光軸上依次設(shè)置的顯微物鏡、微透鏡陣列、分光系統(tǒng)以及探測(cè)器構(gòu)成，其中微透鏡陣設(shè) 置在顯微物鏡的像平面位置，顯微物鏡F數(shù)大于微透鏡陣列微透鏡陣列F數(shù)。
[0031] 上述技術(shù)方案中，所述的分光系統(tǒng)由準(zhǔn)直元件、分光元件以及用于將光線匯聚在 探測(cè)器上的成像元件組成。
[0032] 所述的分光元件為分光棱鏡或者光柵。
[0033] 所述的微透鏡陣列由若干個(gè)拋物面鏡陣列組成。
[0034]優(yōu)選的技術(shù)方案，分光系統(tǒng)為offner分光系統(tǒng)，分光元件為凸面光柵。
[0035] 優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的微透鏡陣列F數(shù)大于分光系統(tǒng)的F數(shù)。
[0036] 所述的分光系統(tǒng)中分光元件為反射型光柵或者透射型光柵。
[0037] 所述的基于微透鏡陣列的光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)，所述的微透鏡陣列材為透明的 玻璃或者樹脂塑料。
[0038]優(yōu)選的技術(shù)方案，顯微物鏡的F數(shù)為31.25;微透鏡陣列中每個(gè)小透鏡尺寸為300μπι X 300μπι的方形口徑，微透鏡陣列個(gè)數(shù)為80 X 80個(gè)，材料為石英玻璃，曲率半徑1.35，面型為 拋物面面型，微透鏡陣列F數(shù)10;分光系統(tǒng)中分光元件為凸面光柵，分光系統(tǒng)的F數(shù)為5。 [0039]由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：
[0040]本發(fā)明設(shè)計(jì)的光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)顯微成像系統(tǒng)和成像光譜系統(tǒng)， 可以在一次曝光時(shí)間內(nèi)獲得物體的光場(chǎng)及光譜五維向量信息而不是傳統(tǒng)成像光譜儀探測(cè) 器平面記錄的三維數(shù)據(jù)立方體信息。光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)主要由顯微物鏡、微透鏡陣列 和光譜分光系統(tǒng)構(gòu)成，前端顯微物鏡和微透鏡陣列構(gòu)成光場(chǎng)顯微成像系統(tǒng)，在微透鏡陣列 像平面位置可獲得被探測(cè)樣本的四維光場(chǎng)信息。與現(xiàn)有的光場(chǎng)顯微鏡不同的是光場(chǎng)光譜顯 微成像系統(tǒng)中顯微物鏡的F數(shù)要求大于微透鏡陣列F數(shù)，因此微透鏡陣列像平面上每兩個(gè)相 鄰的小透鏡成的像之間有一定空隙，后期不同波長的信息按照分光原理將前端光場(chǎng)顯微成 像系統(tǒng)中無效的地方占滿。分光系統(tǒng)整體位于顯微物鏡和微透鏡陣列后方，微透鏡陣列像 平面獲得的四維光場(chǎng)信息經(jīng)分光系統(tǒng)后每個(gè)小透鏡成的像經(jīng)分光系統(tǒng)后同時(shí)色散，給微小 物質(zhì)的組成成分的探測(cè)提供了一種新的方式。
【附圖說明】
[0041]圖1為本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于微透鏡陣列的光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)示意圖；
[0042]圖2為本發(fā)明設(shè)計(jì)的棱鏡分光系統(tǒng)的光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)光路結(jié)構(gòu)；
[0043]圖3為本發(fā)明設(shè)計(jì)的光柵分光系統(tǒng)的光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)光路結(jié)構(gòu)；
[0044] 圖4為本發(fā)明設(shè)計(jì)的光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)軟件模擬探測(cè)器平面成像結(jié)果；
[0045] 圖5為本發(fā)明設(shè)計(jì)的光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)軟件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建；
[0046] 圖6為本發(fā)明設(shè)計(jì)的光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)采集圖片；
[0047]圖7為本發(fā)明設(shè)計(jì)的光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)后期重構(gòu)算法流程圖；
[0048]圖8為本發(fā)明設(shè)計(jì)的光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)后期重構(gòu)算法示意圖；
[0049] 圖9為本發(fā)明設(shè)計(jì)的光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)算法重構(gòu)圖片；
[0050] 圖10為本發(fā)明設(shè)計(jì)的光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)采用棱鏡分光時(shí)各部分參數(shù)；
[0051] 圖11為本發(fā)明設(shè)計(jì)的光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)采用光柵分光時(shí)各部分參數(shù)。
[0052] 其中，1為樣本，2為顯微物鏡，3為微透鏡陣列，4為準(zhǔn)直物鏡，5為分光元件，6為成 像物鏡，7為探測(cè)器，8為棱鏡，9為光柵，10為反射鏡，11為反射鏡，12為被成像物體，13為微 透鏡陣列像平面上的像，14為探測(cè)器平面像，15為14的局部放大像，16為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，17為16 的局部放大像。
【具體實(shí)施方式】
[0053]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：
[0054]實(shí)施例一：基于微透鏡陣列的光場(chǎng)光譜顯微成像方法，圖1為整體光路結(jié)構(gòu)原理 圖，圖中各元件按照光路傳播順序?yàn)闃颖?，顯微物鏡2，微透鏡陣列3，準(zhǔn)直系統(tǒng)4，分光元 件5,成像系統(tǒng)6,探測(cè)器7,光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)主要包括以下步驟：
[0055]步驟1，對(duì)光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，將微透鏡陣列放置在顯微物鏡像平面 的位置，分光系統(tǒng)整體接在顯微物鏡及微透鏡陣列后端，微透鏡陣列位于分光系統(tǒng)狹縫處 取代狹縫，探測(cè)器位于分光系統(tǒng)的像平面位置，用于接收樣本經(jīng)系統(tǒng)整體成的像便于后期 重構(gòu)算法對(duì)探測(cè)器記錄的信息進(jìn)行處理。
[0056]步驟2，數(shù)據(jù)采集，主要包括軟件模擬和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建，通過軟件對(duì)光場(chǎng)光譜顯微 成像系統(tǒng)進(jìn)行模擬，對(duì)顯微物鏡和微透鏡陣列的F數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使得光譜分光時(shí)不同譜段信 息將微透鏡陣列像平面中無效成像位置充分利用，獲得較好的成像效果。由于選擇顯微物 鏡的F數(shù)大于微透鏡陣列的F數(shù)，因此微透鏡陣列像平上獲得
[0057]模擬時(shí)分光系統(tǒng)做了兩種方案，包括棱鏡分光系統(tǒng)及光柵分光系統(tǒng)兩種。棱鏡分 光系統(tǒng)式光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)光路結(jié)構(gòu)見附圖2,棱鏡分光式光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)主 要包括顯微物鏡，微透鏡陣列3，雙高斯準(zhǔn)直系統(tǒng)5，分光棱鏡8，成像系統(tǒng)6.探測(cè)器，光柵分 光系統(tǒng)的光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)光路結(jié)構(gòu)見附圖3,圖中用到了光柵9,反射鏡10,反射鏡 11;系統(tǒng)模擬結(jié)果見附圖4,主要包括被成像物體12,微透鏡陣列像平面上的像13,探測(cè)器像 平面上的像14,以及像平面上局部放大像15。選擇合適參數(shù)搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)光路見附圖 5，實(shí)驗(yàn)光路主要包括樣本1，顯微物鏡2，微透鏡陣列3，準(zhǔn)直物鏡4，分光棱鏡8，成像物鏡6， 探測(cè)器7，實(shí)驗(yàn)時(shí)被成像物體選用直徑60μπι的蠶絲，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見附圖6，主要包括探測(cè)器像 平面像16,局部放大的像17。由模擬結(jié)果及實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得，光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)在獲得物 體的光場(chǎng)信息的同時(shí)將光場(chǎng)信息以不同角度進(jìn)行色散。
[0058]步驟3，算法重構(gòu)，假設(shè)微透鏡陣列中的每個(gè)小透鏡對(duì)應(yīng)Ν X Ν個(gè)探測(cè)器像元，微透 鏡陣列對(duì)應(yīng)于探測(cè)器像面上相同位置的像元為同一個(gè)波長某一個(gè)相同視場(chǎng)角信息，將相同 位置探測(cè)器像元的像素提取出來就可以獲得不同波長不同視場(chǎng)角物體的信息，重構(gòu)算法流 程圖及示意圖見附圖7、附圖8,重構(gòu)結(jié)果見附圖9。
[0059]實(shí)施例二:基于微透鏡陣列的光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)，光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)用 25倍放大倍率，數(shù)值孔徑0.4，共輒距離195mm，焦距7.2mm，顯微物鏡的F數(shù)為31.25;微透鏡 陣列中每個(gè)小透鏡尺寸為300μπιX 300μπι的方形口徑，微透鏡陣列個(gè)數(shù)為80 X 80個(gè)，材料為 石英玻璃，曲率半徑1.35,厚度1mm，面型為拋物面面型，微透鏡陣列F數(shù)10;分光系統(tǒng)為棱鏡 分光系統(tǒng)時(shí)系統(tǒng)的F數(shù)為6.7;具體參數(shù)見附圖10，分光系統(tǒng)為光柵分光系統(tǒng)時(shí)，分光系統(tǒng)為 offner分光系統(tǒng)，分光元件為凸面光柵，分光系統(tǒng)的F數(shù)為5,物方數(shù)值孔徑0.104,平均線色 散5.205ym/nm，分光系統(tǒng)的具體參數(shù)見附圖11。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于微透鏡陣列的光場(chǎng)光譜顯微成像方法，包括以下步驟： 1) .設(shè)計(jì)并搭建光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)的步驟:設(shè)計(jì)主要由在光軸上依次設(shè)置的顯微 物鏡、微透鏡陣列、分光系統(tǒng)以及探測(cè)器構(gòu)成的光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)，其中微透鏡陣列放 置在顯微物鏡的像平面位置，顯微物鏡和微透鏡陣列構(gòu)成前端光場(chǎng)顯微成像系統(tǒng)，顯微物 鏡F數(shù)大于微透鏡陣列微透鏡陣列F數(shù)； 2) .記錄樣本的空間光譜五維向量信息的步驟:樣本經(jīng)光場(chǎng)顯微成像系統(tǒng)后獲得樣本 的四維光場(chǎng)向量信息，經(jīng)由分光系統(tǒng)分光在探測(cè)器中獲得樣本的空間光譜五維向量信息； 3) .對(duì)探測(cè)器平面記錄的五維向量進(jìn)行后期算法重構(gòu)獲得不同視場(chǎng)角及不同波長物體 的信息步驟:微透鏡陣列對(duì)應(yīng)于探測(cè)器像面上相同位置的像元為同一個(gè)波長某一個(gè)相同視 場(chǎng)角信息，將相同位置探測(cè)器像元的像素提取出來，獲取不同波長不同視場(chǎng)角物體的信息。2. -種基于微透鏡陣列的光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)，其特征在于：主要由在光軸上依次 設(shè)置的顯微物鏡(2)、微透鏡陣列（3)、分光系統(tǒng)以及探測(cè)器(7)構(gòu)成，其中微透鏡陣設(shè)置在 顯微物鏡的像平面位置，顯微物鏡F數(shù)大于微透鏡陣列微透鏡陣列F數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于微透鏡陣列的光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)，其特征在于:所述 的分光系統(tǒng)由準(zhǔn)直元件(4)、分光元件（5)以及用于將光線匯聚在探測(cè)器上的成像元件(6) 組成。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于微透鏡陣列的光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)，其特征在于:所述 的分光元件為分光棱鏡或者光柵。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于微透鏡陣列的光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)，所述的微透鏡陣 列由若干個(gè)拋物面鏡陣列組成。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于微透鏡陣列的光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)，分光系統(tǒng)為 offner分光系統(tǒng)，分光元件為凸面光柵。7. 根據(jù)權(quán)利要求2~6之一所述的基于微透鏡陣列的光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)，所述的微 透鏡陣列F數(shù)大于分光系統(tǒng)的F數(shù)。8. 根據(jù)權(quán)利要求2~3、5~6之一所述的基于微透鏡陣列的光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)，所 述的分光系統(tǒng)中分光元件為反射型光柵或者透射型光柵。9. 根據(jù)權(quán)利要求2~6之一所述的基于微透鏡陣列的光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)，所述的微 透鏡陣列材為透明的玻璃或者樹脂塑料。10. 根據(jù)權(quán)利要求2~3、5~6之一所述的基于微透鏡陣列的光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)，顯 微物鏡的F數(shù)為31.25;微透鏡陣列中每個(gè)小透鏡尺寸為300μπι X 300μπι的方形口徑，微透鏡 陣列個(gè)數(shù)為80 X 80個(gè)，材料為石英玻璃，曲率半徑1.35，面型為拋物面面型，微透鏡陣列F數(shù) 10;分光系統(tǒng)中分光元件為凸面光柵，分光系統(tǒng)的F數(shù)為5。
【文檔編號(hào)】G02B21/02GK105974573SQ201610383141
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月2日
【發(fā)明人】許峰, 姚宇佳, 夏銀香
【申請(qǐng)人】蘇州大學(xué)