扫描多光谱显微成像方法及其装置.pdf

本发明属于应用光学领域中的多光谱显微成像技术，特别是把光学扫描显微成像和多光谱分析技术相结合的一种方法和装置。
    光学扫描显微成像技术是七十年代末期发展起来的一种高精度扫描的数字成像技术，它的分辨率高（可达0.2μm）、视场大，特别是与数字图像处理技术结合在一起，使其功能大为扩展。以西德卡尔·蔡氏公司（OPTON）生产的LSM10、LSM20、LSM30激光扫描显微镜和日本激光技术公司生产的1LM11、2LM11激光扫描显微镜（《映像情报》1988.1.）为代表的产品则是这一技术的体现，此项技术已在大规模集成电路的检测、生物医学、矿物分析等方面获得应用，但由于它们都是采用单一激光作为光源，故使用起来受到一定局限，特别是用于分析物质的特性时，由于待测样品的透射率或反射率大都是与波长有关，因而采用待测样品的光谱特性来分析物质的特性则成为光学扫描显微成像技术的一个难点。

    为了适应遥感技术的发展，近几年出现的成像光谱技术，除了用线扫描的办法获得地面信息外，还把每个像元进行光谱分析，形成目标的多光谱图像。这样可以使信息量成倍地增加。但目前由于高分辨率面阵列器件制作的困难，给大信息量在传输、存贮、处理上带来了不便，因此离实用还有相当的距离，而且其系统结构非常复杂。

    本发明的目的是为了补偿目前光学扫描显微成像技术和成像光谱技术所存在的不足，更好地满足显微成像技术的要求，增强对显微物体观察地手段，而寻找一种把光学扫描显微成像技术与成像光谱技术相结合，以形成扫描多光谱显微成像的方法，并提供一种实现这种方法的实用装置。

    本发明是利用白光光源经显微光学系统照射样品上很小的一点（～1μm），进行高速逐点扫描，扫描的同时把每个像点用光谱分解元件进行光谱分解，再用线阵探测器接收各个波段的光强，并进行处理成像。其中高速逐点扫描可采用机械扫描方式或者光学扫描方式。由于待测的目标对不同波长的光的吸收和反射情况不同，对逐点的信息经处理，可同时得到同一目标的不同波段的图像，故可根据使用者的需要选择波段。

    利用本发明可做成透射式（透射率成像）或反射式（反射率成像）的扫描多光谱显微成像装置，也可将两种组合成一个系统。图1是透射式扫描多光谱显微成像装置的示意图，图2是反射式扫描多光谱显微成像装置的示意图。均由光源1、聚光镜2、小孔光栏3、物镜4、准直镜6、光谱分解元件7、付里叶变换透镜8、线阵列探测器9、处理器10、控制系统11、载物台12及显示器13构成。反射式扫描显微成像装置设有分束镜14。由光源1发出的光经聚光镜2聚焦到小孔光栏3上形成点源，物镜4把点源成像在样品5上（～1μm大小），样品装在由控制系统11控制的可移动的载物台12上，完成两维扫描，准直镜6将成像光束准直，同时经光谱分解元件7进行光谱分解，由付里叶变换透镜8形成不同波长的谱，线阵列探测器9探测不同光谱的光强，经处理器10处理，由显示器13同时显示出同一样品的不同波长的图像。其中光谱分解元件7可采用透射式或反射式。

    本发明的最佳实施装置为，光源1采用连续谱的卤钨灯及分立谱的高压汞灯，光谱分解元件7采用反射式或透射式衍射光栅，线阵列探测器9采用CCD线阵列，控制系统11采用由微机控制的可进行两维移动的电控机构，处理器10采用微计算机。

    本发明构思新颖，系统结构简单，可同时对同一目标显示出所需要的不同波长的透射率或反射率图像，信息量成倍增加，同时还可对每个光谱的像或多个光谱的像进行处理，如图像增强、彩色编码、图像相减等。对于反射式装置还可用来观察透明物质内部的特性，具有层析作用。可广泛应用于大规模集成电路的检测、生物医学标本的测试、矿物分析中，使显微镜走向自动化和智能化。