本實(shí)用新型涉及光學(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)。
背景技術(shù)：
：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—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—光譜信息的成像光譜儀的需求在增加。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(guó)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—光譜信息提供了新的方法。文獻(xiàn)[MarcLevoy,RenNg,AndrewAdams,MatthewFooter,MarkHorowtz“LightFieldMicroscope(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)[AndrewBodkin,A.Sheinis,A.Norton“SnapshotHyperspectralImaging-theHyperpixelArrayCamera(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—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)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足提供了新的技術(shù)方案，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—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。本實(shí)用新型適用于生物醫(yī)療檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)細(xì)胞樣本組成成分的探測(cè)。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)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?jī)蓚€(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?jī)蓚€(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?jī)蓚€(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。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(zhǎng)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—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f(ζ,η)，整個(gè)系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)為h(u,v,ζ,η)，探測(cè)器像平面函數(shù)為g(t,w)，則g(t,w)＝f(ξ,η)*h(u,v,ξ,η)(1)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：h1(u,v,ζ,η)=ejkz1λ2z1z2exp[jk2z2(u2+v2)]exp[jk2z1(ζ2+η2)]∫dxdyP1(x,y)exp[jk2(1z1+1z2+1z3)(x2+y2)]exp{-jkz2[(u-Mζ)x+(v-Mη)y]}---(2)]]>式中為成像波長(zhǎng)，波數(shù)k＝2π/λ，是指物從物平面?zhèn)鞑サ轿镧R的像平面的放大倍率M＝z2/z1，將式中的和分別用x’＝x/λz2，y’＝y(tǒng)/λZ2替換，且將式(2)中的入瞳函數(shù)的傅里葉變換定義為h’，即：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(jiǎn)為：h1(u,v;ζ,η)=ejkz1exp[jk2z2(u2+v2)]exp[jk2z1(ζ2+η2)]h′(u-Mζ,v-Mη)---(4)]]>假設(shè)微透鏡陣列是由M×N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：PSF(t,w,ζ′,η′)=|ejkz1ejkz3jλz3M2exp[jk2z3(u2+v2)]ΣmΣnexp{--jk2f2[(mD2)2+(nD2)2]}∫∫dudvP2(u-mD2,v-nD2)exp{-jk[u(tz3-mD2f2)+v(wz3-nD2f2)]h′(u-ζ′,v-η′)|2---(5)]]>微透鏡陣列后的信息經(jīng)分光系統(tǒng)后探測(cè)器上即可獲得樣本五維向量信息。考慮分光系統(tǒng)為光柵分光時(shí)，當(dāng)光在子午面內(nèi)入射時(shí)光柵衍射方程為：α1=2arcsin(h1R1)---(6)]]>d(sin(φ)-sin(α1))＝mλ(7)式中h1為入射光線高度，φ表示光柵的衍射角度，α1表示光線在光柵表面的入射角度，R1為反射平面的半徑，d為光柵常數(shù)。由公式(6)、(7)可得光子午面內(nèi)入射時(shí)光柵衍射方程為：d(sin(φ)-h1R1)=mλ---(8)]]>當(dāng)光不在子午面內(nèi)入射時(shí)有光柵衍射方程：dcos(θ)(sin(φ)-h1R1)=mλ---(9)]]>式中θ是指光線不在子午面內(nèi)入射時(shí)水平方向內(nèi)與光柵的夾角。在光場(chǎng)顯微成像光譜儀結(jié)構(gòu)中h1＝PSF(t,w,ζ',η')+h0(10)h0是指微透鏡陣列底部與光軸之間的距離，h0為常數(shù)，在光場(chǎng)顯微成像光譜儀分光系統(tǒng)中h1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。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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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×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(zhǎng)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(zhǎng)不同視場(chǎng)角物體的信息。基于上述方法，本實(shí)用新型提供一種光場(chǎng)光譜顯微成像裝置，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)、探測(cè)器7以及與探測(cè)器通過電纜連接的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)18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)。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(zhǎng)按照分光原理進(jìn)行色散。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制探測(cè)器完成對(duì)光場(chǎng)光譜五維向量信息的采集，并根據(jù)不同譜段波長(zhǎng)的信息將圖像合成一幅偽彩圖片。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。所述的分光元件為分光棱鏡或者光柵。所述的微透鏡陣列由若干個(gè)拋物面鏡陣列組成。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。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)。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。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。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300μm×300μm的方形口徑，微透鏡陣列個(gè)數(shù)為80×80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。由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：本實(shí)用新型設(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?jī)蓚€(gè)相鄰的小透鏡成的像之間有一定空隙，后期不同波長(zhǎng)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。附圖說明圖1為本實(shí)用新型設(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；圖2為本實(shí)用新型設(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)；圖3為本實(shí)用新型設(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)；圖4為本實(shí)用新型設(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；圖5為本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)采集圖片；圖6為本實(shí)用新型設(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；圖7為本實(shí)用新型設(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；圖8為本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)算法重構(gòu)圖片；圖9為本實(shí)用新型設(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)；圖10為本實(shí)用新型設(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)。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,18為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述：實(shí)施例一：一種光場(chǎng)光譜顯微成像裝置，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)、探測(cè)器7以及與探測(cè)器通過電纜連接的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)18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)。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(zhǎng)按照分光原理進(jìn)行色散。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制探測(cè)器完成對(duì)光場(chǎng)光譜五維向量信息的采集，并根據(jù)不同譜段波長(zhǎng)的信息將圖像合成一幅偽彩圖片。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。所述的分光元件為分光棱鏡或者光柵。所述的微透鏡陣列由若干個(gè)拋物面鏡陣列組成。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。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)。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。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。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300μm×300μm的方形口徑，微透鏡陣列個(gè)數(shù)為80×80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。本實(shí)用新型設(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?jī)蓚€(gè)相鄰的小透鏡成的像之間有一定空隙，后期不同波長(zhǎng)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。實(shí)施例二：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，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)18，光場(chǎng)光譜顯微成像系統(tǒng)主要包括以下步驟：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。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60μm的蠶絲，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見附圖5，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。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)N×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(zhǎng)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(zhǎng)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6、附圖7，重構(gòu)結(jié)果見附圖8。實(shí)施例三：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，共軛距離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300μm×300μm的方形口徑，微透鏡陣列個(gè)數(shù)為80×80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9，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5.205μm/nm，分光系統(tǒng)的具體參數(shù)見附圖10。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3