本發(fā)明屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種同軸光顯微成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

我們對(duì)微觀世界的探索從很早便開(kāi)始，但更多的時(shí)候是抽象的，而十六世紀(jì)末扎恰里亞斯·詹森父子宣告了顯微鏡的問(wèn)世，微觀世界便以新的面貌出現(xiàn)，對(duì)這些微觀對(duì)象記錄手段的摸索便從未停止，從最初的手繪到膠片的出現(xiàn)，一直不能令我們滿意。早在20世紀(jì)60年代，就開(kāi)始了“ccd芯片”的研究與開(kāi)發(fā)，1969年，貝爾實(shí)驗(yàn)室將可視電話和半導(dǎo)體泡存儲(chǔ)技術(shù)結(jié)合，設(shè)計(jì)了可以數(shù)碼相機(jī)沿半導(dǎo)體表面?zhèn)鲗?dǎo)電荷的“電荷‘泡’器”(charge“bubble”devices)，率先發(fā)明了ccd器件的原型。1975年世界首臺(tái)數(shù)碼相機(jī)于美國(guó)紐約實(shí)驗(yàn)室中誕生，1995年全球掀起數(shù)碼熱潮。即時(shí)拍攝給了顯微觀察新的生命。

現(xiàn)有的顯微成像技術(shù)多采用環(huán)形光源或者其它斜射照明，導(dǎo)致光照和光學(xué)成像角度過(guò)大，成像清晰度低，對(duì)于某些表面光滑的觀察樣品，會(huì)出現(xiàn)樣品無(wú)法反射光從而接收不到樣品表面信息的問(wèn)題。在傳統(tǒng)的依靠日光，或者斜射光的方法時(shí)，往往存在光場(chǎng)暗區(qū)，由于物鏡的作用，顯微裝置視場(chǎng)較小，合適的成像焦點(diǎn)往往在物鏡正中央下方，而這個(gè)區(qū)域很容易形成暗區(qū)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種同軸光顯微成像系統(tǒng)，同軸光的使用，使得成像與照明光路同路，而且由于垂直入射，在觀察范圍內(nèi)，保證了更加均勻明亮的視野，可以完美實(shí)現(xiàn)不同粗糙度表面的樣品照明。

本發(fā)明提供一種同軸光顯微成像系統(tǒng)，包括攝像裝置、分光棱鏡、物鏡以及同軸光源，所述攝像裝置、分光棱鏡和物鏡位于同一光軸上，所述同軸光源和分光棱鏡位于同一光軸上，所述同軸光源與攝像裝置的光軸相互垂直。

在本發(fā)明的同軸光顯微成像系統(tǒng)中，所述成像系統(tǒng)還設(shè)有連接筒，所述連接筒包括依次連接的第一連接部、中間部以及第二連接部，所述第一連接部設(shè)有用于連接所述攝像裝置的卡扣，所述中間部設(shè)有安裝所述分光棱鏡的安裝槽，所述第二連接部設(shè)有用于連接所述物鏡的螺紋，所述同軸光源從中間部的側(cè)壁入射到分光棱鏡上。

在本發(fā)明的同軸光顯微成像系統(tǒng)中，所述分光棱鏡由兩個(gè)直角棱鏡的斜面膠合而成，所述直角棱鏡的斜面與同軸光源的光軸成45度角，以使透射光和反射光的光強(qiáng)比例為1:1。

4在本發(fā)明的同軸光顯微成像系統(tǒng)中，所述成像系統(tǒng)還設(shè)有l(wèi)形支架，所述l形支架包括相互連接的垂直板和水平板，所述垂直板上設(shè)有粗調(diào)支架，所述攝像裝置安裝在所述粗調(diào)支架上，所述水平板上設(shè)有用于放置觀測(cè)樣品的精調(diào)平臺(tái)。

在本發(fā)明的同軸光顯微成像系統(tǒng)中，所述粗調(diào)支架可在垂直板上沿y軸和z軸方向移動(dòng)，使整體光路在y軸和z軸方向移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)焦。

在本發(fā)明的同軸光顯微成像系統(tǒng)中，所述精調(diào)平臺(tái)可在水平板上沿x軸、y軸和z軸方向移動(dòng)，使樣品在x軸、y軸和z軸方向移動(dòng)。

在本發(fā)明的同軸光顯微成像系統(tǒng)中，所述成像系統(tǒng)還包括卡設(shè)于所述粗調(diào)支架與攝像裝置之間的減震支架，以減少外界振動(dòng)干擾引起的抖動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)減震支架使物鏡的光軸與精調(diào)平臺(tái)的表面保持垂直。

在本發(fā)明的同軸光顯微成像系統(tǒng)中，所述攝像裝置包括數(shù)碼相機(jī)和鏡筒，所述鏡筒與第一連接部的卡扣相卡接。

在本發(fā)明的同軸光顯微成像系統(tǒng)中，所述成像系統(tǒng)還包括與所述攝像裝置通過(guò)數(shù)據(jù)線相連接的上位機(jī)。

本發(fā)明的同軸光源入射到分光棱鏡上再垂直打在樣品上形成很小的光斑，可直觀觀測(cè)到攝像裝置焦點(diǎn)的精確位置，有助于微小樣品在精調(diào)平臺(tái)上的初步精確定位，可提供更佳的拍攝效果。本發(fā)明成像系統(tǒng)利用相機(jī)液晶屏或者電腦顯示器作為數(shù)碼目鏡，代替了傳統(tǒng)的光學(xué)目鏡。使取景更加清晰明亮，即時(shí)取景，觀察更加方便。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的一種同軸光顯微成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的一種同軸光顯微成像系統(tǒng)的連接筒的剖視圖；

圖3是本發(fā)明的顯微成像系統(tǒng)的光路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的同軸光顯微成像系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。如圖1所示本發(fā)明的同軸光顯微成像系統(tǒng)包括攝像裝置、分光棱鏡3、物鏡5以及同軸光源4。攝像裝置、分光棱鏡3和物鏡5位于同一光軸上，同軸光源4和分光棱鏡3位于同一光軸上，同軸光源4與攝像裝置的光軸相互垂直。

如圖2所示，成像系統(tǒng)設(shè)有連接筒9，連接筒9包括依次連接的第一連接部91、中間部93以及第二連接部97。第一連接部91設(shè)有用于連接攝像裝置的卡扣92，中間部93設(shè)有安裝分光棱鏡3的安裝槽95和供同軸光源4入射的連接孔94，第二連接部97設(shè)有用于連接物鏡5的螺紋96，同軸光源4從中間部93的側(cè)壁上的連接孔94入射到分光棱鏡3上。分光棱鏡3由兩個(gè)直角棱鏡的斜面膠合而成，直角棱鏡的斜面與同軸光源4的光軸成45度角，以使透射光和反射光的光強(qiáng)比例為1:1。連接筒9的安裝方法：先將分光棱鏡3安裝到連接筒9的安裝槽95中，將中間兩組螺釘螺母擰緊。再通過(guò)螺紋96將物鏡5安裝到連接筒9的第二連接部97，將對(duì)應(yīng)兩組螺釘螺母擰緊。然后通過(guò)第一連接部91的卡扣92與鏡筒2相卡接，當(dāng)連接筒9的卡扣92剛好卡到鏡筒2的卡槽中時(shí)，擰緊連接筒9上對(duì)應(yīng)兩組螺釘螺母，從而實(shí)現(xiàn)鏡筒2、分光棱鏡3、物鏡5的整體固定。連接好后再將同軸光源4安裝到連接筒9對(duì)應(yīng)連接孔94中。針對(duì)不同的同軸光源4，可以使用對(duì)應(yīng)不同同軸光源4的轉(zhuǎn)接環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)同軸光源4與連接筒9的連接。

如圖1所示，成像系統(tǒng)還設(shè)有l(wèi)形支架7，l形支架7包括相互連接的垂直板和水平板。垂直板上設(shè)有粗調(diào)支架8，攝像裝置通過(guò)快裝板安裝在粗調(diào)支架8上，水平板上設(shè)有用于放置觀測(cè)樣品的精調(diào)平臺(tái)6。粗調(diào)支架8可在垂直板上沿y軸和z軸方向移動(dòng)，使整體光路在y軸和z軸方向移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)焦。精調(diào)平臺(tái)6可在水平板上沿x軸、y軸和z軸方向移動(dòng)，使樣品在x軸、y軸和z軸方向移動(dòng)。利用粗調(diào)支架8的粗調(diào)和精調(diào)平臺(tái)6的微調(diào)，達(dá)到清晰成像的位置。

攝像裝置包括數(shù)碼相機(jī)1和鏡筒2，鏡筒2與第一連接部91的卡扣92相卡接。成像系統(tǒng)還包括卡設(shè)置于粗調(diào)支架8與鏡筒2之間的減震支架10，以減少外界振動(dòng)干擾引起的抖動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)減震支架10使物鏡5的光軸與精調(diào)平臺(tái)6的表面保持垂直。成像系統(tǒng)還包括與攝像裝置的數(shù)碼相機(jī)1通過(guò)數(shù)據(jù)線相連接的上位機(jī)11。本成像系統(tǒng)還設(shè)有鋁合金框架，將l形支架7安裝在鋁合金框架上以實(shí)現(xiàn)更好的減震效果，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)隔絕外界振動(dòng)影響和微調(diào)過(guò)程中的振動(dòng)影響。圖3是本發(fā)明的顯微成像系統(tǒng)的光路原理圖。同軸光源4從左側(cè)射入，由分光棱鏡3反射入物鏡5中，從物鏡5中射出照射到待測(cè)樣品上，光反射到數(shù)碼相機(jī)1的ccd上成像，進(jìn)而可在上位機(jī)11中觀測(cè)到圖像。

具體實(shí)施時(shí)，數(shù)碼相機(jī)1可采用多種型號(hào)，本實(shí)施例選擇的是olympuse-m5mark相機(jī)，有效像素4000萬(wàn)，圖像分辨率7296×5472。本發(fā)明的顯微成像系統(tǒng)使用固定倍數(shù)的物鏡5，所以視野大小固定，利用光學(xué)顯微標(biāo)尺進(jìn)行標(biāo)定，數(shù)碼相機(jī)1像素4000萬(wàn)，ccd感光面積17.8×13.4mm，圖像理論大小長(zhǎng)：17.8mm/50＝356μm，寬：13.4mm/50＝268μm，長(zhǎng)寬比為1.33；標(biāo)尺測(cè)定：長(zhǎng)350μm，寬255μm，長(zhǎng)寬比1.33。由于ccd成像有損失，長(zhǎng)寬測(cè)定值略小于理論值，但比例正確，故而測(cè)量結(jié)果可靠，利用對(duì)視野尺寸的標(biāo)定可以對(duì)觀察樣品進(jìn)行測(cè)量。

具體拍攝方法及步驟：

1)依次連接數(shù)碼相機(jī)1、鏡筒2、安裝好分光棱鏡3的連接筒9、物鏡5，同軸光源4，使用快裝板將數(shù)碼相機(jī)1安裝到粗調(diào)滑塊8上；

2)精調(diào)平臺(tái)6安裝在物鏡5正下方的水平板上，并通過(guò)調(diào)節(jié)減震支架10使精調(diào)平臺(tái)6與物鏡5的光軸保持垂直；

3)將數(shù)碼相機(jī)1與上位機(jī)11通過(guò)數(shù)據(jù)線連接通訊，設(shè)置數(shù)碼相機(jī)1的參數(shù)使其達(dá)到最佳拍攝效果，也可通過(guò)上位機(jī)9對(duì)拍攝參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；

4)調(diào)整粗調(diào)滑塊8，大致從上位機(jī)9觀測(cè)到的圖像找到光路的焦距位置，使樣品大致清晰。也可先打開(kāi)同軸光源4，再快速調(diào)整粗調(diào)滑塊8直接觀察打到樣品上的同軸光斑，大致調(diào)節(jié)至光斑最小，再通過(guò)從上位機(jī)9觀測(cè)到的圖像找到光路的焦距位置，經(jīng)過(guò)粗調(diào)和微調(diào)之后，達(dá)到合適位置，樣品清晰，即可拍攝。

本發(fā)明使用數(shù)碼相機(jī)1的液晶屏或者上位機(jī)11的顯示器作為數(shù)碼目鏡，代替了傳統(tǒng)的光學(xué)目鏡。使取景更加清晰明亮，即時(shí)取景，觀察更加方便。該顯微成像系統(tǒng)不再采用以往的相機(jī)的ccd成像和拍攝一體的工作模式，通過(guò)加之上位機(jī)11的控制觀察，避免了拍攝過(guò)程的人為影響，并且觀測(cè)分析更加即時(shí)方便。

本發(fā)明不采用以往的自然光采光或者環(huán)形光源的照明方式，因?yàn)楦弑稊?shù)、小視場(chǎng)的情況下，自然光往往無(wú)法滿足拍攝要求，而環(huán)形燈源在成像中心存在照明盲點(diǎn)，二者光入射角度均為斜射，不同程度的存在色散，造成邊緣不清晰的現(xiàn)象。故而采用波長(zhǎng)520nm的綠色單色點(diǎn)光源的同軸光源4，點(diǎn)光源經(jīng)過(guò)1：1的膠合分光棱鏡3垂直打在樣品，既保證了觀察視場(chǎng)，垂直的光源提供了更佳的效果，點(diǎn)光源通過(guò)物鏡5打在樣品上會(huì)形成一個(gè)很小的光斑，可直觀觀測(cè)到物鏡5焦點(diǎn)的精確位置，有助于對(duì)微小樣品在移動(dòng)平臺(tái)上的初步精確定位。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明的思想，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。