一種微區(qū)精確選區(qū)成像/采譜的方法、裝置和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)成像領(lǐng)域，尤其涉及一種在顯微領(lǐng)域精確選擇部分區(qū)域的方法、裝置和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]微納米技術(shù)是近年來飛速發(fā)展的高新技術(shù)領(lǐng)域，美、日、歐等發(fā)達(dá)國家及我國都將微納米技術(shù)列入二十一世紀(jì)國家科技發(fā)展戰(zhàn)略中優(yōu)先發(fā)展的前沿技術(shù)領(lǐng)域。顯微鏡技術(shù)是微納米領(lǐng)域非常重要的研究觀測(cè)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(xì)結(jié)構(gòu)的信息。依成像原理不同，顯微鏡有光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡、掃描探針顯微鏡等。其中，光學(xué)顯微鏡是最古老的一種，也是其他各類顯微鏡的基礎(chǔ)，它利用光學(xué)成像原理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不受微納米樣品的導(dǎo)電性(導(dǎo)體、半導(dǎo)體與絕緣體)、磁性(磁體與非磁體)等限制，在微納米技術(shù)及其分支學(xué)科中的研究及應(yīng)用極其廣泛，對(duì)科學(xué)技術(shù)特別是微納米相關(guān)技術(shù)的發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。
[0003]受衍射極限的限制，光學(xué)顯微鏡的分辨率一般在亞微米量級(jí)，其視場(chǎng)范圍與放大倍數(shù)成反比。為了提高顯微鏡的分辨率，人們發(fā)明了激光共聚焦技術(shù)，利用激光誘導(dǎo)材料自身的光學(xué)信號(hào)(如熒光、拉曼、倍頻等線性/非線性光學(xué)性質(zhì))，在收集光路中加入微孔對(duì)激光光斑以外的區(qū)域進(jìn)行遮擋。這種方法的好處是顯著提高了光學(xué)分辨率及成像質(zhì)量，但是也存在以下兩個(gè)顯著的不足:
[0004]I)微孔的位置與激光光斑是嚴(yán)格對(duì)應(yīng)的，這樣只能收集到激光激發(fā)的區(qū)域內(nèi)的信號(hào)，無法顧及激發(fā)點(diǎn)以外的區(qū)域，而在現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用中，常常需要采集激發(fā)點(diǎn)以外的信號(hào)。例如，光信號(hào)能夠沿著一維結(jié)構(gòu)的軸向或者二維結(jié)構(gòu)的對(duì)角線方向進(jìn)行傳播，就需要采集傳導(dǎo)點(diǎn)的信號(hào)以分析光的傳播損耗，這對(duì)發(fā)展低維結(jié)構(gòu)在納米光子學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用是很重要的。
[0005]2)為了兼顧共聚焦系統(tǒng)的分辨率與信號(hào)強(qiáng)度(微孔直徑太大了會(huì)降低系統(tǒng)分辨率，太小了信號(hào)強(qiáng)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(duì)于材料性質(zhì)本身比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，比如不均勻摻雜造成的多色發(fā)光，在熒光顯微鏡中也無法選擇自己感興趣的樣品區(qū)域進(jìn)行研究。因此需要在顯微鏡成像及光譜采集光路上進(jìn)一步發(fā)展和創(chuàng)新。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是克服常規(guī)光學(xué)顯微技術(shù)在樣品觀測(cè)區(qū)域監(jiān)控與選區(qū)、成像/采譜的隨機(jī)性、盲目性和局限性，提供一種顯微監(jiān)控型可選擇不同大小區(qū)域進(jìn)行光學(xué)成像的方法及裝置。
[0007]本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]一種微區(qū)精確選區(qū)裝置的選區(qū)方法，其特征在于，所述方法包括采用光學(xué)成像技術(shù)，在顯微鏡出光位置依次引入固定裝置、內(nèi)置透鏡組的圓筒光路、可移動(dòng)狹縫、推拉裝置，可自由選擇顯微鏡出射光進(jìn)入監(jiān)控成像光路，隨后進(jìn)入電荷耦合器件(CXD)并通過視頻連接線將信號(hào)輸出至顯示屏，對(duì)顯微區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；或者使顯微鏡出射光進(jìn)入信號(hào)輸出裝置，進(jìn)入自由空間，方便后續(xù)的光譜采集。
[0009]本發(fā)明通過在顯微鏡相面上引入狹縫對(duì)進(jìn)入CXD及光路的光進(jìn)行選擇性遮擋，僅允許感興趣區(qū)域的光能夠通過狹縫，方便后續(xù)采集光譜及圖像監(jiān)控。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，所述狹縫由4個(gè)刀口組成，所述刀口可單獨(dú)移動(dòng)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，所述感興趣區(qū)域通過信號(hào)輸出進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，所述方法包括:
[0013](I)首先將推拉裝置后的光路選擇為成像(XD，將經(jīng)過準(zhǔn)直后的光束經(jīng)過4個(gè)可移動(dòng)刀口組成的狹縫到達(dá)CCD，其透光狹縫大小及位置可以通過可移動(dòng)刀口的相對(duì)位置來調(diào)節(jié)，
[0014](2)光路經(jīng)聚焦后到達(dá)CXD相面，并將信號(hào)輸出到監(jiān)視屏上進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；
[0015](3)在監(jiān)控的同時(shí)改變4個(gè)刀口的位置，從而選擇感興趣的區(qū)域；
[0016](4)任選地，通過推拉裝置將光路選擇性輸出，進(jìn)行后續(xù)的處理(如成像、采集光譜
O
[0017]本發(fā)明中，“準(zhǔn)直”是指將原本發(fā)散的光束通過具有特殊功能的光學(xué)元器件(如透鏡)后形成為平行光的過程?！白杂煽臻g”是指光在行進(jìn)過程中不受任何光學(xué)元件束縛的空間。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，通過改變4刀口的位置，狹縫區(qū)域既可以是視野的全部，也可是視野范圍內(nèi)的任意方形區(qū)域。優(yōu)選地，所述區(qū)域最小可達(dá)I平方微米。
[0019]根據(jù)本發(fā)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(zhǎng)度可以通過螺紋旋進(jìn)而改變，從而改變成像位置；所述可移動(dòng)狹縫位于透鏡組與CCD之間；所述推拉裝置位于可移動(dòng)狹縫之后，用于切換信號(hào)的成像與輸出；所述監(jiān)控成像光路及CCD位于推拉裝置的左側(cè)，其感光面位于透鏡組的相面；所述顯示屏與CCD通過數(shù)據(jù)線連接；所述信號(hào)輸出光路位于推拉裝置的右側(cè)通光位置。
[0020]本發(fā)明還提供一種實(shí)時(shí)監(jiān)控并對(duì)感興趣區(qū)域進(jìn)行選區(qū)成像的方法，其特征在于，所述方法采用光學(xué)顯微成像的技術(shù)。
[0021]本發(fā)明還提供一種微區(qū)精確選區(qū)裝置，其特征在于，所述裝置包括固定裝置、透鏡組、可移動(dòng)狹縫、推拉裝置、監(jiān)控成像光路及CCD、顯示屏及信號(hào)輸出光路。
[0022]根據(jù)本發(fā)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(zhǎng)度可以通過螺紋旋進(jìn)而改變，從而改變成像位置；所述可移動(dòng)狹縫位于透鏡組與CCD之間；所述推拉裝置位于可移動(dòng)狹縫之后，用于切換信號(hào)的成像與輸出；所述監(jiān)控成像光路及CCD位于推拉裝置的左側(cè)，其感光面位于透鏡組的相面；所述顯示屏與CCD通過數(shù)據(jù)線連接；所述信號(hào)輸出光路位于推拉裝置的右側(cè)通光位置。
[0023]根據(jù)本發(fā)明，所述的微區(qū)精確選區(qū)裝置在相面上引入4個(gè)可移動(dòng)的刀口，利用CXD監(jiān)視狹縫的像，并將圖像輸入顯示屏以供觀測(cè)。
[0024]根據(jù)本發(fā)明，所述微區(qū)精確選區(qū)裝置還包括位于顯微鏡出光孔位置的固定裝置鏈接1，位于透鏡組后面的方形光闌鏈接2，可旋進(jìn)圓筒，調(diào)節(jié)透鏡組的聚焦位置的調(diào)焦裝置3，位于圓筒上，用于兩圓筒的相對(duì)位置的調(diào)位釘4，固定于推拉裝置上的光纖連接5，位于方形光闌2之后的光闌6，位于圓筒上，固定透鏡的內(nèi)六角螺釘7，位于內(nèi)置透鏡組的圓筒光路之后的螺紋光纖連接8，連接推拉裝置與內(nèi)置透鏡組的圓筒的燕尾槽光闌連接9，以及位于燕尾槽光闌連接9之后的導(dǎo)軌10 (推拉裝置)。
[0025]根據(jù)本發(fā)明，所述微區(qū)精確選區(qū)裝置還進(jìn)一步包括位于鏡頭鏈接的調(diào)焦裝置13，和固定于導(dǎo)軌連接15上的調(diào)焦裝置16，
[0026]根據(jù)本發(fā)明，所述微區(qū)精確選區(qū)裝置還進(jìn)一步包括固定在推拉裝置10左側(cè)的內(nèi)鏡框14 ((XD監(jiān)視成像光路中)，固定在推拉裝置10右側(cè)的動(dòng)鏡框18 (信號(hào)輸出光路中)。優(yōu)選地，還包括固定在動(dòng)鏡框18上的墊片19，固定在動(dòng)鏡框18和調(diào)焦裝置16之間的壓環(huán)20，固定在透鏡和壓環(huán)20之間的壓環(huán)21，固定在動(dòng)鏡框18上XY調(diào)節(jié)螺釘22，固定在動(dòng)鏡框18的左側(cè)的光纖端蓋23，固定在動(dòng)鏡框18上的彈簧24 (調(diào)節(jié)旋鈕22，可以改變彈簧的松緊程度，從而調(diào)節(jié)光纖耦合鏡的位置)，
[0027]根據(jù)本發(fā)明，所述微區(qū)精確選區(qū)裝置還進(jìn)一步包括固定于導(dǎo)軌10之上的鏡頭連接12，鏡頭11 (例如可以I倍放大，即lx，與鏡頭連接12相連，固定于推拉裝置上的光纖/導(dǎo)軌連接15 (類導(dǎo)軌10)，固定于外圓筒上的光纖調(diào)位釘17 (用于調(diào)節(jié)光纖耦合輸出端的位置)，安裝于導(dǎo)軌10上的斜鐵25，安裝在斜鐵25上的內(nèi)六角錐端固定螺釘26 (用于固定斜鐵)。還進(jìn)一步包括位于彈簧24與動(dòng)鏡框18之間的(5_)鋼珠27，固定在推拉裝置的側(cè)板28，固定在內(nèi)鏡框14中的內(nèi)六角螺釘29，壓環(huán)30，固定在壓環(huán)30左側(cè)的中間環(huán)31，固定在動(dòng)鏡框18內(nèi)部的中間環(huán)32，固定在中間環(huán)32左側(cè)的錐孔壓緊環(huán)33等部件。
[0028]根據(jù)本發(fā)明，所述的微區(qū)精確選區(qū)裝置，通過固定裝置將選區(qū)裝置安裝在顯微鏡的出光孔位置，設(shè)計(jì)光路，引入透鏡組調(diào)節(jié)顯微鏡出射光的發(fā)散角，同時(shí)進(jìn)行聚焦成像。
[0029]根據(jù)本發(fā)明，所述四刀口系統(tǒng)包括光闌2，光闌6。所述光闌2和光闌6形成本發(fā)明的4個(gè)可移動(dòng)刀口，光闌2為豎直方向上下移動(dòng),光闌6為水平方向前后移動(dòng)。
[0030]本發(fā)明的技術(shù)效果在于:可有效地實(shí)現(xiàn)微觀觀測(cè)區(qū)域的實(shí)時(shí)監(jiān)控，配合選區(qū)裝置，能夠精確阻擋興趣點(diǎn)之外的圖像，僅留存感興趣的區(qū)域用來觀測(cè)及采集光譜。
【附圖說明】
[0031]圖1是微區(qū)精確選區(qū)裝置外觀圖。
[0032]圖2是微區(qū)精確選區(qū)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖中對(duì)應(yīng)部件名稱:I接口，2方光闌鏈接，3調(diào)焦裝置，4調(diào)位釘，5光纖連接，6光闌，7內(nèi)六角螺釘，8螺紋光纖連接，9燕尾槽光闌連接，10導(dǎo)軌，11 (Ix)鏡頭，12 (Ix鏡頭連接)，13調(diào)焦裝置，14內(nèi)鏡框，15光纖/導(dǎo)軌連接，16調(diào)焦裝置，17光纖調(diào)位釘，18動(dòng)鏡框，19墊片，20壓環(huán)，21壓環(huán)，22XY調(diào)節(jié)螺釘，23光纖端蓋，24彈簧，25斜鐵，26內(nèi)六角錐端固定螺釘，27 (5mm)鋼珠，28側(cè)板，29，內(nèi)六角螺釘，30壓環(huán)，31中間環(huán)，32中間環(huán)，33錐孔壓緊環(huán)，34鏡片組，35鏡片組。
[0034]圖3是微區(qū)精確選區(qū)裝置對(duì)多種大小的成像區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]本發(fā)明通過如下具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。但本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下述實(shí)施例不是對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，任何在本發(fā)明基礎(chǔ)上做出的改進(jìn)和變化，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0036]微區(qū)精確選區(qū)裝置，采用光學(xué)顯微成像技術(shù)，通過在相面上引入可移動(dòng)狹縫對(duì)進(jìn)入CXD及光路的光進(jìn)行選擇性遮擋，引入透鏡組及光學(xué)成像(XD、顯示屏，將經(jīng)過狹縫的光導(dǎo)入成像(XD，并將信號(hào)輸入顯示屏進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過移動(dòng)4個(gè)刀口，選取感興趣的區(qū)域；同時(shí)利用推拉裝置