專利名稱：線結(jié)構(gòu)光共焦掃描顯微鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及顯微鏡，特別是線結(jié)構(gòu)光共焦掃描顯微鏡。
背景技術(shù)：
1957年美國哈佛大學(xué)的博士后Minsky首次提出共焦顯微術(shù)的概念。共焦顯微術(shù)
與普通顯微術(shù)相比不同在于，共焦顯微術(shù)中采用點(diǎn)光源照明物體，用物鏡將點(diǎn)光源成像于
物體的一點(diǎn)上，然后由這一點(diǎn)反射的光再被點(diǎn)探測器接收。當(dāng)被測表面、點(diǎn)光源和點(diǎn)探測器
三者共軛時(shí)，達(dá)到共焦效果，其無論是橫向分辨率還是縱向分辨率都是普通顯微術(shù)分辨率
的々倍。盡管共焦顯微術(shù)可以獲得更高的分辨率，但是有兩個(gè)不足之處 1.因其成像時(shí)需要逐點(diǎn)進(jìn)行掃描，且對平面成像時(shí)需要進(jìn)行X、 Y兩軸掃描，成像
速度慢； 2.因其是點(diǎn)光源參與成像，其光能量很少，故在采集成像信息時(shí)，需要使用光電增 強(qiáng)器對采集光點(diǎn)信號進(jìn)行增強(qiáng)，這樣導(dǎo)致制造的成本過高。 因上述缺點(diǎn)，除一些成像質(zhì)量要求極高的顯微鏡外，其它的顯微鏡很少應(yīng)用，而且 國內(nèi)除極少數(shù)企業(yè)研究生產(chǎn)基于共焦顯微原理的顯微鏡外，其余的國內(nèi)共焦顯微鏡基本上 都是依賴進(jìn)口。

實(shí)用新型內(nèi)容2005年，桂林電子科技大學(xué)光機(jī)電一體化研究所研究人員以傅立葉光學(xué)為理論基 礎(chǔ)，將薄透鏡的傅立葉光學(xué)和三維點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)作為出發(fā)點(diǎn)，研究點(diǎn)共焦顯微術(shù)成像原理，對 線結(jié)構(gòu)光共焦顯微成像機(jī)理進(jìn)行探索，并率先在國內(nèi)提出了線結(jié)構(gòu)光共焦掃描顯微術(shù)的理 論。 本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種結(jié)構(gòu)新穎、簡單、成本較 低、價(jià)格便宜、成像速度較快、基于線結(jié)構(gòu)光共焦掃描顯微術(shù)的線結(jié)構(gòu)光共焦掃描顯微鏡。 本實(shí)用新型的目的通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn) 線結(jié)構(gòu)光共焦掃描顯微鏡，包括圖像采集系統(tǒng)、直線掃描系統(tǒng)、主支撐架、控制電 機(jī)單片機(jī)系統(tǒng)和圖像重構(gòu)軟件系統(tǒng)，圖像重構(gòu)軟件系統(tǒng)安裝在PC機(jī)內(nèi)，圖像采集系統(tǒng)通過 PC機(jī)與圖像重構(gòu)軟件系統(tǒng)連接，直線掃描系統(tǒng)、控制電機(jī)單片機(jī)系統(tǒng)與PC機(jī)順序連接，與 現(xiàn)有技術(shù)不同的是在圖像采集系統(tǒng)與直線掃描系統(tǒng)之間設(shè)置有光學(xué)成像系統(tǒng)，該光學(xué)成 像系統(tǒng)為被測細(xì)縫表面、細(xì)縫光源和探測細(xì)縫三者共軛的光學(xué)成像系統(tǒng)，它設(shè)置在主支撐 架上，其分光鏡與圖像采集系統(tǒng)中的CCD相對應(yīng)，物鏡垂直設(shè)置在直線掃描系統(tǒng)中的載物 臺上方。 所述的光學(xué)成像系統(tǒng)由調(diào)焦手輪、物鏡、調(diào)焦支撐架、輔助物鏡、光源、聚光鏡前 組、細(xì)縫光闌、聚光鏡后組、分光鏡、光闌固定座和分光鏡固定座組成，分光鏡設(shè)置在分光鏡 固定座上，細(xì)縫光闌設(shè)置在光闌固定座內(nèi)，分光鏡固定座、聚光鏡后組、光闌固定座、聚光鏡 前組與光源順序連接，并設(shè)置在主支撐架上端面上，物鏡設(shè)置在調(diào)焦支撐架前端，調(diào)焦支撐
3架后端通過齒輪組與設(shè)置在主支撐架中部的調(diào)焦手輪連接，輔助物鏡設(shè)置在主支撐架前端，位于物鏡與分光鏡之間。 所述的物鏡、輔助物鏡與CCD的光學(xué)中心在同一條軸線上，所述的聚光鏡后組、細(xì)縫光闌、聚光鏡前組與光源的光學(xué)中心在同一條軸線上，且光源和細(xì)縫光闌所在軸線與物鏡和輔助物鏡所在軸線相互垂直。[0012] 所述的物鏡為無窮遠(yuǎn)物鏡。 當(dāng)光源發(fā)出的水平光線分別通過聚光鏡前組和聚光鏡后組的細(xì)縫光闌后形成細(xì)縫光源，然后水平經(jīng)聚光鏡后組、在分光鏡處垂直向下反射，垂直經(jīng)過輔助物鏡和無窮遠(yuǎn)物鏡后，將細(xì)縫光源的像，成像在物面上，形成被測細(xì)縫表面，接著帶有被測細(xì)縫表面信息的光線(光線中包括物面和細(xì)縫光源的像兩種光信息)一起經(jīng)物面垂直向上反射，分別通過無窮遠(yuǎn)物鏡、輔助物鏡、分光鏡后將被測表面的像成像在CCD靶面上，其中帶有細(xì)縫光源的像光線形成探測細(xì)縫、而帶有物面信息的光線形成實(shí)際被測物面的像，實(shí)際上探測細(xì)縫和被測物面的像是重合在一起。 通過上述說明可以看出光源發(fā)出的光線經(jīng)細(xì)縫光闌后形成細(xì)縫光源、細(xì)縫光源在物面上形成被測細(xì)縫表面、細(xì)縫光源的像經(jīng)光學(xué)成像系統(tǒng)后在CCD靶面上形成探測細(xì)縫，顯然此時(shí)這三者是屬于成像的共軛關(guān)系，即形成線結(jié)構(gòu)光共焦顯微系統(tǒng)。[0015] 本實(shí)用新型的掃描成像方式說明如下 開啟本顯微鏡后，通過調(diào)焦手輪對顯微鏡進(jìn)行調(diào)焦，待調(diào)焦結(jié)束后，啟動圖像重構(gòu)軟件，PC機(jī)自動給控制電機(jī)單片機(jī)系統(tǒng)(以下簡稱單片機(jī))發(fā)送掃描信號，單片機(jī)控制直線掃描系統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過帶動連接在電機(jī)上的絲桿轉(zhuǎn)動，從而控制載物臺向前移動，單片機(jī)受內(nèi)部程序定時(shí)控制，定時(shí)時(shí)間到單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，并向PC機(jī)發(fā)送到位信號，PC控制圖像采集系統(tǒng)開始采集細(xì)縫圖像，采集完畢后，PC機(jī)給單片機(jī)發(fā)送采集完畢信號，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動，從而載物臺繼續(xù)向前移，定時(shí)時(shí)間到單片機(jī)再次控制步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，并再向PC機(jī)發(fā)送到位信號，PC控制再次圖像采集系統(tǒng)開始采集細(xì)縫圖像，采集完畢后，PC機(jī)再次給單片機(jī)發(fā)送采集完畢信號，根據(jù)成像的大小需要，重復(fù)上述過程幾十次后，圖像重構(gòu)軟件系統(tǒng)將采集的這幾十張圖像進(jìn)行圖像的重構(gòu)，重構(gòu)后形成一張完整圖片，該圖片即是所需被測物面的圖像。 盡管本實(shí)用新型僅橫向分辨率能達(dá)到或接近傳統(tǒng)點(diǎn)共焦顯微術(shù)的水平(即是普
通顯微術(shù)橫向分辨率的々倍)，但對于一些成像要求比普通顯微術(shù)要高的成像系統(tǒng)來說還
是有很高的應(yīng)用價(jià)值和性價(jià)比。[0018] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是 1、只用一個(gè)細(xì)縫光闌配合聚光鏡前組、聚光鏡后組以及無窮遠(yuǎn)物鏡顯微系統(tǒng)就實(shí)現(xiàn)了線共焦顯微系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單； 2、因其應(yīng)用了線結(jié)構(gòu)光共焦掃描顯微術(shù)理論使其簡化了掃描機(jī)構(gòu)且使用低照度，CCD采集圖像代替光電增強(qiáng)器從而大大降低了成本，該顯微鏡的制造成本約是現(xiàn)有點(diǎn)共焦顯微鏡的1/4 1/6，設(shè)備成本較低； 3、因平面成像時(shí)僅需一維掃描，故采用物動的掃描方式下，成相同大小像時(shí)，其成像時(shí)間比現(xiàn)有點(diǎn)共焦顯微鏡的掃描成像時(shí)間縮短1/2，成像速度較快；[0022] 4、本發(fā)明結(jié)構(gòu)新穎，占地面積小，易安裝、易操作。
圖1為本實(shí)用新型光學(xué)成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其與圖像采集系統(tǒng)和直線掃描系統(tǒng)配裝關(guān)系示意圖； 圖2為本實(shí)用新型方框示意圖。 圖中，l.主支撐架2.調(diào)焦手輪3.步進(jìn)電機(jī)4.絲桿5.載物臺6.物鏡7.調(diào)焦支撐架8.輔助物鏡9.光源10.聚光鏡前組11.細(xì)縫光闌12.聚光鏡后組13.分光鏡14.接套15.接套支撐架16. CCD 17.光闌固定座18.分光鏡固定座19.絲桿固定架
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型內(nèi)容作進(jìn)一步的非限定性闡述。[0027] 實(shí)施例 參照圖1圖2，本實(shí)用新型線結(jié)構(gòu)光共焦掃描顯微鏡，包括圖像采集系統(tǒng)、直線掃描系統(tǒng)、主支撐架1、控制電機(jī)單片機(jī)系統(tǒng)和圖像重構(gòu)軟件系統(tǒng)，圖像重構(gòu)軟件系統(tǒng)安裝在PC機(jī)內(nèi)，圖像采集系統(tǒng)通過PC機(jī)與圖像重構(gòu)軟件系統(tǒng)連接，直線掃描系統(tǒng)、控制電機(jī)單片機(jī)系統(tǒng)與PC機(jī)順序連接，在圖像采集系統(tǒng)與直線掃描系統(tǒng)之間設(shè)置有光學(xué)成像系統(tǒng)，該光學(xué)成像系統(tǒng)為被測細(xì)縫表面、細(xì)縫光源和探測細(xì)縫三者共軛的光學(xué)成像系統(tǒng)，它設(shè)置在主支撐架1上，其分光鏡13與圖像采集系統(tǒng)中的CCD16相對應(yīng)，物鏡6垂直設(shè)置在直線掃描系統(tǒng)中的載物臺5上方。 圖像采集系統(tǒng)包括接套14、接套支撐架15和CCD16，接套14設(shè)置在接套支撐架15上，其后端與CCD16連接。 直線掃描系統(tǒng)包括步進(jìn)電機(jī)3、絲桿4、載物臺5和絲桿固定架19，載物臺5與絲桿4配裝，絲桿4兩端套在絲桿固定架19上， 一端與電機(jī)3連接。 光學(xué)成像系統(tǒng)由調(diào)焦手輪2、物鏡6、調(diào)焦支撐架7、輔助物鏡8、光源9、聚光鏡前組10、細(xì)縫光闌11、聚光鏡后組12、分光鏡13、光闌固定座17和分光鏡固定座18組成，分光鏡13設(shè)置在分光鏡固定座18上，細(xì)縫光闌11設(shè)置在光闌固定座17內(nèi)，分光鏡固定座18、聚光鏡后組12、光闌固定座17、聚光鏡前組10與光源9順序連接，并設(shè)置在主支撐架1上端面上，物鏡6設(shè)置在調(diào)焦支撐架7前端，調(diào)焦支撐架7后端通過齒輪組與設(shè)置在主支撐架1中部的調(diào)焦手輪2連接，輔助物鏡8設(shè)置在主支撐架1前端，位于物鏡6與分光鏡13之間。[0032] 物鏡6、輔助物鏡8與CCD16的光學(xué)中心在同一條軸線上，聚光鏡后組12、細(xì)縫光闌11、聚光鏡前組10與光源9的光學(xué)中心在同一條軸線上，且光源9和細(xì)縫光闌ll所在軸線與物鏡6和輔助物鏡8所在軸線相互垂直。[0033] 物鏡6為無窮遠(yuǎn)物鏡。 光源發(fā)出的光線經(jīng)細(xì)縫光闌11后形成細(xì)縫光源、細(xì)縫光源在物面上形成被測細(xì)縫表面、細(xì)縫光源的像經(jīng)光學(xué)成像系統(tǒng)后在CCD16靶面上形成探測細(xì)縫，顯然此時(shí)這三者是屬于成像的共軛關(guān)系，即形成線結(jié)構(gòu)光共焦顯微系統(tǒng)。
權(quán)利要求線結(jié)構(gòu)光共焦掃描顯微鏡，包括圖像采集系統(tǒng)、直線掃描系統(tǒng)和主支撐架(1)，其特征在于在圖像采集系統(tǒng)與直線掃描系統(tǒng)之間設(shè)置有光學(xué)成像系統(tǒng)，該光學(xué)成像系統(tǒng)設(shè)置在主支撐架(1)上，其分光鏡(13)與圖像采集系統(tǒng)中的CCD(16)相對應(yīng)，物鏡(6)垂直設(shè)置在直線掃描系統(tǒng)中的載物臺(5)上方。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的線結(jié)構(gòu)光共焦掃描顯微鏡，其特征在于所述的光學(xué)成像系 統(tǒng)由調(diào)焦手輪(2)、物鏡(6)、調(diào)焦支撐架(7)、輔助物鏡(8)、光源(9)、聚光鏡前組(10)、細(xì) 縫光闌(11)、聚光鏡后組(12)、分光鏡(13)、光闌固定座(17)和分光鏡固定座(18)組成， 分光鏡(13)設(shè)置在分光鏡固定座(18)上，細(xì)縫光闌(11)設(shè)置在光闌固定座(17)內(nèi)，分光 鏡固定座(18)、聚光鏡后組(12)、光闌固定座(17)、聚光鏡前組(10)與光源(9)順序連接， 并設(shè)置在主支撐架(1)上端面上，物鏡(6)設(shè)置在調(diào)焦支撐架(7)前端，調(diào)焦支撐架(7)后 端通過齒輪組與設(shè)置在主支撐架(1)中部的調(diào)焦手輪(2)連接，輔助物鏡(8)設(shè)置在主支 撐架(1)前端，位于物鏡(6)與分光鏡(13)之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的線結(jié)構(gòu)光共焦掃描顯微鏡，其特征在于所述的物鏡 (6)、輔助物鏡(8)與CCD (16)的光學(xué)中心在同一條軸線上，所述的聚光鏡后組(12)、細(xì)縫光 闌(11)、聚光鏡前組(10)與光源(9)的光學(xué)中心在同一條軸線上，且光源(9)和細(xì)縫光闌 (11)所在軸線與物鏡(6)和輔助物鏡(8)所在軸線相互垂直。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的線結(jié)構(gòu)光共焦掃描顯微鏡，其特征在于所述的物鏡(6) 為無窮遠(yuǎn)物鏡。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種線結(jié)構(gòu)光共焦掃描顯微鏡，包括圖像采集系統(tǒng)、直線掃描系統(tǒng)和主支撐架，與現(xiàn)有技術(shù)不同的是在圖像采集系統(tǒng)與直線掃描系統(tǒng)之間設(shè)置有光學(xué)成像系統(tǒng)，該光學(xué)成像系統(tǒng)設(shè)置在主支撐架上，其分光鏡與圖像采集系統(tǒng)中的CCD相對應(yīng)，物鏡垂直設(shè)置在直線掃描系統(tǒng)中的載物臺上方。所述的光學(xué)成像系統(tǒng)為被測細(xì)縫表面、細(xì)縫光源和探測細(xì)縫三者共軛的光學(xué)成像系統(tǒng)。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)新穎、簡單、成本較低、價(jià)格便宜、成像速度較快的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G02B21/36GK201489184SQ200920141059
公開日2010年5月26日 申請日期2009年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月11日
發(fā)明者王曉芬, 蕭澤新, 韓文峰 申請人:桂林電子科技大學(xué)