[發明專利]一種微區精確選區成像/采譜的方法、裝置和系統

有效

• 申請號: 201410143701.0
• 申請日: 2014-04-10
• 公開（公告）號: CN104977706B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 趙永生;閆永麗;姚建年
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: G02B21/36
• 分類號: G02B21/36
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙)11535
• 代理人: 劉元霞

技術領域

本發明涉及光學成像領域，尤其涉及一種在顯微領域精確選擇部分區域的方法、裝置和系統。

背景技術

微納米技術是近年來飛速發展的高新技術領域，美、日、歐等發達國家及我國都將微納米技術列入二十一世紀國家科技發展戰略中優先發展的前沿技術領域。顯微鏡技術是微納米領域非常重要的研究觀測手段，它利用不同的成像原理，把人眼所不能分辨的微小物體放大成像，供人們提取微細結構的信息。依成像原理不同，顯微鏡有光學顯微鏡、電子顯微鏡、掃描探針顯微鏡等。其中，光學顯微鏡是最古老的一種，也是其他各類顯微鏡的基礎，它利用光學成像原理，結構簡單，不受微納米樣品的導電性(導體、半導體與絕緣體)、磁性(磁體與非磁體)等限制，在微納米技術及其分支學科中的研究及應用極其廣泛，對科學技術特別是微納米相關技術的發展起到了重要的推動作用。

受衍射極限的限制，光學顯微鏡的分辨率一般在亞微米量級，其視場范圍與放大倍數成反比。為了提高顯微鏡的分辨率，人們發明了激光共聚焦技術，利用激光誘導材料自身的光學信號(如熒光、拉曼、倍頻等線性/非線性光學性質)，在收集光路中加入微孔對激光光斑以外的區域進行遮擋。這種方法的好處是顯著提高了光學分辨率及成像質量，但是也存在以下兩個顯著的不足：

1)微孔的位置與激光光斑是嚴格對應的，這樣只能收集到激光激發的區域內的信號，無法顧及激發點以外的區域，而在現實的應用中，常常需要采集激發點以外的信號。例如，光信號能夠沿著一維結構的軸向或者二維結構的對角線方向進行傳播，就需要采集傳導點的信號以分析光的傳播損耗，這對發展低維結構在納米光子學領域的應用是很重要的。

2)為了兼顧共聚焦系統的分辨率與信號強度(微孔直徑太大了會降低系統分辨率，太小了信號強度又很低，信噪比很差)，光路中微孔的大小是確定的，在使用過程中不能按照自己的需求隨意改變。此外，對于材料性質本身比較復雜的結構，比如不均勻摻雜造成的多色發光，在熒光顯微鏡中也無法選擇自己感興趣的樣品區域進行研究。因此需要在顯微鏡成像及光譜采集光路上進一步發展和創新。

發明內容

本發明的目的是克服常規光學顯微技術在樣品觀測區域監控與選區、成像/采譜的隨機性、盲目性和局限性，提供一種顯微監控型可選擇不同大小區域進行光學成像的方法及裝置。

本發明通過如下技術方案實現：

一種微區精確選區裝置的選區方法，其特征在于，所述方法包括采用光學成像技術，在顯微鏡出光位置依次引入固定裝置、內置透鏡組的圓筒光路、可移動狹縫、推拉裝置，可自由選擇顯微鏡出射光進入監控成像光路，隨后進入電荷耦合器件(CCD)并通過視頻連接線將信號輸出至顯示屏，對顯微區域進行實時監控；或者使顯微鏡出射光進入信號輸出裝置，進入自由空間，方便后續的光譜采集。

本發明通過在顯微鏡相面上引入狹縫對進入CCD及光路的光進行選擇性遮擋，僅允許感興趣區域的光能夠通過狹縫，方便后續采集光譜及圖像監控。

根據本發明，所述狹縫由4個刀口組成，所述刀口可單獨移動。

根據本發明，所述感興趣區域通過信號輸出進行實時監控。

根據本發明，所述方法包括：

(1)首先將推拉裝置后的光路選擇為成像CCD，將經過準直后的光束經過4個可移動刀口組成的狹縫到達CCD，其透光狹縫大小及位置可以通過可移動刀口的相對位置來調節，

(2)光路經聚焦后到達CCD相面，并將信號輸出到監視屏上進行實時監控；

(3)在監控的同時改變4個刀口的位置，從而選擇感興趣的區域；

(4)任選地，通過推拉裝置將光路選擇性輸出，進行后續的處理(如成像、采集光譜等)。

本發明中，“準直”是指將原本發散的光束通過具有特殊功能的光學元器件(如透鏡)后形成為平行光的過程。“自由空間”是指光在行進過程中不受任何光學元件束縛的空間。

根據本發明，通過改變4刀口的位置，狹縫區域既可以是視野的全部，也可是視野范圍內的任意方形區域。優選地，所述區域最小可達1平方微米。

根據本發明，所述固定裝置固定在顯微鏡的出光孔上；所述透鏡組放置在從固定裝置上延伸出來的鏡筒中，所述圓筒的長度可以通過螺紋旋進而改變，從而改變成像位置；所述可移動狹縫位于透鏡組與CCD之間；所述推拉裝置位于可移動狹縫之后，用于切換信號的成像與輸出；所述監控成像光路及CCD位于推拉裝置的左側，其感光面位于透鏡組的相面；所述顯示屏與CCD通過數據線連接；所述信號輸出光路位于推拉裝置的右側通光位置。