[發明專利]一種暗場散射顯微成像和光譜測試系統

有效

• 申請號: 202110604407.5
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113359288B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 袁浚瀟;侯宜棟;楊秀;吳軒楠;高福華;杜驚雷
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G02B21/10
• 分類號: G02B21/10;G02B21/18;G02B21/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明公開了一種暗場顯微成像和光譜測試系統。它由光源、新型散射光路、光譜儀、CCD組成。本發明主要基于暗場散射，通過將傳統暗場散射光路中的透鏡元件更換為曲面反射鏡，簡化了光路，增加了散射光吸收效率。其優點在于：光路簡單、成本低廉、散射光收集效率高、不僅能工作于可見光波段還能工作于紅外、紫外、太赫茲波段。本發明在顆粒散射成像與光譜分析、表面成分檢測等領域有廣泛應用前景。

技術領域

本發明涉及顯微成像和光譜測試技術，特別涉及一種具有新型散射光路的暗場散射光譜儀測試系統。

背景技術

顯微成像是一種用于對觀測對象進行光學放大，通過圖像采集設備的感光區域觀測和記錄，來實現對樣品的檢測及進行形態分析的技術，自問世以來即在科研和工業領域有廣泛應用。但是，無論是傳統的光學顯微鏡還是各種電子顯微鏡，它們都只能提供微小物體(如細胞等)的形態學計量，并不能給出物體中物質結構和成分的進一步細節.而成像光譜技術把成像技術和光譜技術有機地結合在了一起，不僅能對物體進行形態成像，并且還能提供豐富的光譜信息；它具有光譜分辨率高、波段多、圖像與光譜相結合等優點，因此近年來在生物大分子材料檢測、表面缺陷表征、表面微納加工等領域有重要應用。

暗場散射是光學顯微和電子顯微中的一種特殊顯微手法，暗場散射的基本原理是，使入射光大角度傾斜入射而發生散射，同時阻止反射光直接進入目鏡，僅使散射光進入物鏡成像，使得測到的視野背景是黑的，物體邊緣是亮的。相較于允許反射光進入目鏡的明場成像，暗場散射成像可以有效提高物體成像分辨率和光譜分辨率；此外由于散射光攜帶了更多物體本身形貌、組成成份等信息，而反射光卻沒有攜帶，所以僅接收散射光的暗場散射更好地分析物體本身的形貌和成分。因此，暗場散射在單納米顆粒成像與檢測、物體表面粗糙度和成份檢測等等領域具有很高的優勢。

目前的暗場散射成像光譜技術有以下問題：第一，現有光路使用透鏡來匯聚光束，透鏡由石英、玻璃制成，在紅外波段吸收巨大，因此使用透鏡的散射光路僅能用于可見光波段；第二，入射光受制于透鏡數值孔徑在光軸方向上入射和散射的角度有上限，超過該角度的光線無法入射后續光路，會造成散射光采集效率低，影響成像和光譜分析質量；第三，現有暗場散射成像光譜系統若在紅外波段工作要采用商業反射鏡頭系統，結構復雜、價格昂貴。

本發明設計了一種暗場散射顯微成像和光譜測試系統，包含新型散射光路，用大口徑曲面反射鏡取代透鏡，散射光采集率高；可工作于紅外、紫外、乃至太赫茲波段；系統簡單、廉價，僅靠少數簡單的光學元件既可以實現單顆粒散射。

發明內容

本發明提供一種暗場散射顯微成像和光譜測試系統，其優勢為：散射光采集率高，可工作于紅外、紫外、乃至太赫茲波段，結構緊湊，成本低廉，占用體積較小。

為達上述之一或部分或全部目的或是其它目的，本發明之一實施例提供一種暗場散射光譜儀系統，包括光源、三維調節臺、散射光路、光譜儀。

所述之光源可以為可見光光源，也可以為紅外光源、紫外光源、乃至太赫茲波段光源。

所述之散射光路沿入射光經過順序依次為第一平面鏡、第一曲面反射鏡、光闌、第二曲面反射鏡、樣品、第二平面鏡、第三曲面鏡、第三曲面反射鏡，最后匯聚于光譜儀探頭。在散射光路中，入射的非平行光過第一曲面反射鏡之后轉化為平行光，平行光經過光闌后，經過第二曲面反射鏡后聚焦樣品發生散射，散射光再經過第二曲面反射鏡反射后仍為平行光，與入射平行光平行的方向出射，經過半透半反鏡分為兩路光線，一路經第三曲面反射鏡匯聚于光譜儀探頭，一路經過第四曲面鏡匯聚于CCD探頭，可同時進行顯微成像和光譜。

有益效果

采用較大半徑的曲面反射鏡，有利于收集更多散射光束，提高成像分辨率和光譜測試分辨率。

系統光路簡單、搭建方便、成本低。

可用同時工作于紫外波段、可見波段、紅外波段、太赫茲波段。

附圖說明