專利名稱:一種同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)，主要包括：激光器，其發(fā)射短脈沖激光信號；照明光源，其發(fā)射可見光信號；折射反射光路，其中包過多個透射反射鏡，以使所述激光器和照明光源發(fā)出的光信號均豎直向下傳播；物鏡，其位于所述折射反射光路的下方，豎直向下傳播的光信號穿過所述物鏡，照射在物鏡下方的待檢測物體上；移動機構，其移動所述光信號或移動所述待檢測物體，使得所述光信號遍歷所述待檢測物體的所有部分。本實用新型將LIBS分析技術與激光掃描共聚焦技術有機結合，采用光譜顯微成像技術實現(xiàn)對待測樣品的逐點掃描，實現(xiàn)了一種同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)。
【專利說明】一種同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種顯微光學成像技術，特別涉及一種同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]高分辨顯微光學成像技術是人們從宏觀轉向微觀，在細胞分子水平實時動態(tài)揭示生命的構成和調(diào)控機制，獲得一系列原創(chuàng)性科學發(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)生命科學與物理、化學等學科的全面交叉融合的重要手段。從最早的常規(guī)顯微鏡到現(xiàn)在的超級顯微鏡，如超分辨顯微鏡、雙光子顯微鏡以及隧道掃描顯微鏡等，可以說每一項新成像技術的出現(xiàn)都具有里程碑式的意義。隨著激光技術的出現(xiàn)，將光與物質(zhì)相互作用應用于顯微成像和材料分析，不但可以大大地提高光學顯微技術的空間分辨率，更可以實現(xiàn)被測物組分和結構的檢測，同時還可以進行三維成像。
[0003]目前報道的非線性光學成像技術如多光子熒光成像、二次諧波及三次諧波成像等，都出現(xiàn)了很好的應用實例。不過多光子熒光技術大多數(shù)情況需要注入熒光標記物，而二次諧波和三次諧波成像也由于其對被測物非線性性質(zhì)的特殊要求，應用范圍受到了極大影響。
[0004]激光誘導擊穿光譜(LIBS)是目前公認的一種重要的新型分析技術。這種技術對被測樣品的前期準備要求低，適用范圍廣，損傷小等特點。但傳統(tǒng)LIBS需要使用相對復雜的光譜分析系統(tǒng)，測試數(shù)據(jù)量大，處理時間長；而且，其光譜分析系統(tǒng)的靈敏度一旦不足，需要依靠增加激發(fā)光的光強來提高等離子體信號強度，在增加待測物體損傷的同時，大大降低了空間分辨率。因此在顯微成像方面，LIBS的應用有很大的局限性。
[0005]正因為LIBS技術的局限性，本實用新型結合LIBS分析技術與激光掃描共聚焦技術，實現(xiàn)了一種既可以獲得外觀圖像又可以觀察待測物體的元素分布的新型顯微成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)結構簡單，便于操作。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型針對上述局限性，將LIBS分析技術與激光掃描共聚焦技術有機結合，采用光譜顯微成像技術實現(xiàn)對待測樣品的逐點掃描，實現(xiàn)了一種同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)。該技術適用于生物醫(yī)學分析、材料分析、土壤分析及大氣分析等各個領域。
[0007]本實用新型的一個目的在于，提供一種疊加在激光掃描共聚焦顯微鏡基礎上的元素分布掃描鏡，以最大限度地降低成本。
[0008]本實用新型的另一個目的在于，提供一種光路簡單的元素分布掃描鏡，在探測到物體內(nèi)元素分布的同時，還能夠展示物體的表面影像，實現(xiàn)兩者的結合。
[0009]為實現(xiàn)上述目的以及一些其它的目的，本實用新型通過以下技術方案實現(xiàn):
[0010]一種同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)，包括:
[0011]激光器I，其發(fā)射短脈沖激光信號；
[0012]照明光源12，其發(fā)射可見光信號；
[0013]折射反射光路，其中包括多個透射反射鏡，以使所述激光器I和照明光源12發(fā)出的光信號均豎直向下傳播；
[0014]物鏡5，其位于所述折射反射光路的下方，豎直向下傳播的光信號穿過所述物鏡5，照射在物鏡下方的待檢測物體上；
[0015]移動機構，其移動所述光信號或移動所述待檢測物體，使得所述光信號遍歷所述待檢測物體的所有部分；
[0016]其中，所述短脈沖激光信號激發(fā)所述待檢測物體產(chǎn)生等離子體，且所述照明光源12的可見光信號經(jīng)過所述待檢測物體反射后返回通過物鏡，并到達圖像處理器8，得到待檢測物體的外觀圖像；且所述激光器I的短脈沖激光信號經(jīng)過所述待檢測物體反射后返回通過物鏡，并穿過中階梯光柵14，生成分光光譜，通過凹面鏡6匯聚后，到達光電探測器15，其通過探測分光光譜中的電磁波強度確定待檢測物體的元素分布影像。
[0017]優(yōu)選的是，一種同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)，所述折射反射光路包括:
[0018]第一半透半反鏡，其與水平方向呈45度角設置，所述激光器I發(fā)射的短脈沖激光信號沿水平方向入射所述第一半透半反鏡，取其反射的豎直向下的短脈沖激光信號；
[0019]第二半透半反鏡，其與水平方向呈135度角設置，第一半透半反鏡反射的短脈沖激光信號透過第二半透半反鏡繼續(xù)豎直向下傳播，且照明光源12從與所述激光器I相反的一側沿水平方向入射所述第二半透半反鏡，取其反射的豎直向下的可見光信號，照明光源12的入射點與所述短脈沖激光信號的穿透點相同；
[0020]由此，短脈沖激光信號和可見光信號均變成豎直向下傳播的光信號。
[0021]優(yōu)選的是，一種同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)，所述折射反射光路還包括:
[0022]第三半透半反鏡，其與水平方向呈45度角設置，豎直向下傳播的光信號透過第三半透半反鏡繼續(xù)向下傳播，且可見光信號在待檢測物體上的反射光返回通過第三半透半反鏡，取其反射光，而短脈沖激光信號在待檢測物體上的反射光返回第三半透半反鏡，取其透射光，以將照明光源12和激光器I的返回光路區(qū)分開。
[0023]優(yōu)選的是，一種同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)，
[0024]所述移動機構為沿X，Y，Z三向移動的移動架，其設置在所述待檢測物體的下方，帶動所述待檢測物體移動，以實現(xiàn)遍歷。
[0025]優(yōu)選的是，一種同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)，
[0026]所述移動機構為掃描振鏡17，其設置在所述第三半透半反鏡與物鏡5之間，通過改變豎直向下傳播的光信號的角度，以實現(xiàn)遍歷。
[0027]優(yōu)選的是，一種同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)，還包括:
[0028]成像透鏡9，其設置在照明光源的返回光路上，用于匯聚通過第三半透半反鏡的可見光中的反射光；
[0029]圖像處理器8，其設置在所述成像透鏡9的焦距處，并將匯聚的可見光信號轉化為電信號，對圖像進行處理。
[0030]優(yōu)選的是，一種同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)，還包括:
[0031]信號放大器16，其與所述光電探測器通訊連接，用于放大電信號。
[0032]優(yōu)選的是，一種同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)，還包括:
[0033]計算機2，用于收集和分析信號放大器和圖像處理器的電信號，進行顯示和分析圖像。
[0034]優(yōu)選的是，一種同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)，還包括:
[0035]步進電機7，其與所述計算機2線路連接，用于控制所述中階梯光柵14的轉動。
[0036]本實用新型公開的一種同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)的有益效果至少包括:將LIBS分析技術與激光掃描共聚焦技術有機結合，采用光譜顯微成像技術實現(xiàn)對待測樣品的逐點掃描，實現(xiàn)了一種同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)。

【附圖說明】

[0037]圖1為本實用新型一實施例所述的一種同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)示意圖。

【具體實施方式】
[0038]下面結合實施例對本實用新型做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。
[0039]如附圖1所示，本實用新型公開了一種同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)，即既能夠展示物體的外觀影像，又能夠反映出物體內(nèi)各種元素的分布狀況。例如對鐵皮進行檢測，在展示其細微影像的同時，還反應出該鐵皮內(nèi)包含內(nèi)的鉻元素、碳元素、氧化鐵化合物等的含量及分布。所述顯微成像系統(tǒng)包括:
[0040]激光器1，其發(fā)射出短脈沖激光信號。短脈沖激光打到待分析物質(zhì)的某一位置處時，能夠在該位置激發(fā)物體產(chǎn)生等離子體。而通過等離子對該短脈沖激光產(chǎn)生的反射光進行分光，得到反射光的光譜之后，又能夠通過分析光譜而得到物質(zhì)在被掃描位置處的元素成分。因此，只要讓短脈沖激光逐行掃描待分析物質(zhì)的所有位置，就能得到所有位置處的元素成分，將位置關系和相應的元素成分繪制成圖表，就能夠的得到待測物體的元素分布圖。
[0041]照明光源12，其發(fā)射出可見光信號，用于照射待測物體。同樣，照明光源一次照射待測物體上的一個位置點，得到該位置點的反射光，利用反射光對這個位置點進行成像。之后通過移動待測物體本身或通過移動照明光源的照射角度，使得照明光源12遍歷待測物體上的每一個位置點，直到最后獲得了待測物體所有位置的圖像。最后將位置關系和相應的圖像繪制成圖表，就能夠得到其外觀圖像。
[0042]折射反射光路，其中包括多個透射反射鏡，以使所述激光器I和照明光源12發(fā)出的光信號均豎直向下傳播，正好可以正入射進物鏡。在折射放射光路中，本領域技術人員可以根據(jù)光路的基礎知識，設置透射反射鏡，使得最終所述激光器I和照明光源12發(fā)出的光信號均豎直向下傳播即可。并且最好是使得所述激光器I和照明光源12發(fā)出的光信號沿相同的路徑傳播，這樣待檢測物體上的某個位置點同時獲得光照和短脈沖激光。
[0043]在本實用新型的一個優(yōu)選實例中，所述折射放射光路可以包括:
[0044]第一半透半反鏡，其與水平方向呈45度角設置，所述激光器I發(fā)射的短脈沖激光信號沿水平方向入射所述第一半透半反鏡，取其反射的豎直向下的短脈沖激光信號；
[0045]第二半透半反鏡，其與水平方向呈135度角設置，第一半透半反鏡反射的短脈沖激光信號透過第二半透半反鏡繼續(xù)豎直向下傳播，且照明光源12從與所述激光器I相反的一側沿水平方向入射所述第二半透半反鏡，取其反射的豎直向下的可見光信號，照明光源12的入射點與所述短脈沖激光信號的穿透點相同；
[0046]由此，短脈沖激光信號和可見光信號均變成豎直向下傳播的光信號。
[0047]所述折射反射光路還包括:第三半透半反鏡，其與水平方向呈45度角設置，豎直向下傳播的光信號透過第三半透半反鏡繼續(xù)向下傳播，且可見光信號在待檢測物體上的反射光返回通過第三半透半反鏡，取其反射光，而短脈沖激光信號在待檢測物體上的反射光返回第三半透半反鏡，取其透射光，以將照明光源12和激光器I的返回光路區(qū)分開；
[0048]物鏡5，其位于所述折射反射光路的下方，豎直向下傳播的光信號穿過所述物鏡5，照射在物鏡下方的待檢測物體上；
[0049]移動機構，其通過微移掃描振鏡17來改變豎直向下傳播的光信號的角度或沿X，Y，Z三向移動移動架來移動所述待檢測物體。也可以同時采用兩者，通過兩者的緊密配合，使得所述光信號遍歷所述待檢測物體的所有部分；
[0050]進一步地，一種同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)，還包括:
[0051]成像透鏡9，其設置在照明光源的返回光路上，用于匯聚通過第三半透半反鏡的可見光中的反射光。
[0052]圖像處理器8，其設置在所述成像透鏡9的焦距處，并將匯聚的可見光信號轉化為電信號，實現(xiàn)圖像的獲取、存儲、傳輸、處理和復現(xiàn)。
[0053]進一步地，一種同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)，還包括:
[0054]信號放大器16，其與所述光電探測器通訊連接，用于放大所述光電探測器所轉化出的電信號。
[0055]進一步地，一種同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)，還包括:
[0056]計算機2，用于收集和分析信號放大器和圖像處理器的電信號，并根據(jù)電信號繪制成其外觀成像以及其元素分布影像。
[0057]進一步地，一種同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)，還包括:
[0058]步進電機7，其與計算機2線路連接，用于控制中階梯光柵14的轉動。
[0059]進一步地，一種同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)，構成四條光路:
[0060]第I條光路:由照明光源12發(fā)出的照明光，經(jīng)過第二半透半反鏡11反射后進入物鏡5，聚焦在待檢測物體3 ;
[0061]第2條光路:待檢測物體3反射的照明光沿照明光的反方向傳播，再被物鏡5收集后，依次經(jīng)過第三半透半反鏡10、成像透鏡9及圖像處理器8，通過計算機2實現(xiàn)觀察待檢測物體的外觀圖像；
[0062]第3條光路:短脈沖激光器I輸出的激光脈沖經(jīng)過第一半透半反鏡13的反射后進入物鏡5，經(jīng)該物鏡聚焦后照射到待檢測物體3 ;
[0063]第4條光路:激光激發(fā)待檢測物體3產(chǎn)生的等離子體輻射光沿激發(fā)光相反的方向傳播，經(jīng)物鏡5收集，通過第一半透半反鏡13和中階梯光柵14，生成分光光譜，通過凹面鏡6匯聚到高靈敏光電探測器15，轉化為電信號，再通過信號放大器16放大電信號，并傳輸給計算機2，從而觀察待檢測物體的元素分布。
[0064]盡管本實用新型的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本實用新型的領域，對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本實用新型并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。
【權利要求】
1.一種同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，包括: 激光器(I)，其發(fā)射短脈沖激光信號； 照明光源(12)，其發(fā)射可見光信號； 折射反射光路，其中包括多個透射反射鏡，以使所述激光器(I)和照明光源(12)發(fā)出的光信號均豎直向下傳播； 物鏡(5)，其位于所述折射反射光路的下方，豎直向下傳播的光信號穿過所述物鏡(5)，照射在物鏡下方的待檢測物體上； 移動機構，其移動所述光信號或移動所述待檢測物體，使得所述光信號遍歷所述待檢測物體的所有部分； 其中，所述短脈沖激光信號激發(fā)所述待檢測物體產(chǎn)生等離子體，且所述照明光源(12)的可見光信號經(jīng)過所述待檢測物體反射后返回通過物鏡，并到達圖像處理器(8)，得到待檢測物體的外觀圖像；且所述激光器(I)的短脈沖激光信號經(jīng)過所述待檢測物體反射后返回通過物鏡，并穿過中階梯光柵(14)，生成分光光譜，通過凹面鏡(6)匯聚后，到達光電探測器(15)，其通過探測分光光譜中的電磁波強度確定待檢測物體的元素分布影像。2.如權利要求1所述的同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述折射反射光路包括: 第一半透半反鏡，其與水平方向呈45度角設置，所述激光器(I)發(fā)射的短脈沖激光信號沿水平方向入射所述第一半透半反鏡，取其反射的豎直向下的短脈沖激光信號； 第二半透半反鏡，其與水平方向呈135度角設置，第一半透半反鏡反射的短脈沖激光信號透過第二半透半反鏡繼續(xù)豎直向下傳播，且照明光源(12)從與所述激光器(I)相反的一側沿水平方向入射所述第二半透半反鏡，取其反射的豎直向下的可見光信號，照明光源(12)的入射點與所述短脈沖激光信號的穿透點相同； 由此，短脈沖激光信號和可見光信號均變成豎直向下傳播的光信號。3.如權利要求2所述的同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述折射反射光路還包括: 第三半透半反鏡，其與水平方向呈45度角設置，豎直向下傳播的光信號透過第三半透半反鏡繼續(xù)向下傳播，且可見光信號在待檢測物體上的反射光返回通過第三半透半反鏡，取其反射光，而短脈沖激光信號在待檢測物體上的反射光返回第三半透半反鏡，取其透射光，以將照明光源(12)和激光器(I)的返回光路區(qū)分開。4.如權利要求3所述的同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于， 所述移動機構為沿X，Y，Z三向移動的移動架，其設置在所述待檢測物體的下方，帶動所述待檢測物體移動，以實現(xiàn)遍歷。5.如權利要求4所述的同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于， 所述移動機構為掃描振鏡(17)，其設置在所述第三半透半反鏡與物鏡(5)之間，通過改變豎直向下傳播的光信號的角度，以實現(xiàn)遍歷。6.如權利要求5所述的同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 成像透鏡(9)，其設置在照明光源的返回光路上，用于匯聚通過第三半透半反鏡的可見光中的反射光； 圖像處理器(8)，其設置在所述成像透鏡(9)的焦距處，并將匯聚的可見光信號轉化為電信號，對圖像進行處理。7.如權利要求6所述的同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 信號放大器(16)，其與所述光電探測器通訊連接，用于放大電信號。8.如權利要求7所述的同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 計算機(2)，用于收集和分析信號放大器和圖像處理器的電信號，進行顯示和分析圖像。9.如權利要求8所述的同時獲得外觀圖像和元素分布影像的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 步進電機(7)，其與所述計算機(2)線路連接，用于控制所述中階梯光柵(14)的轉動。
【文檔編號】G01N21-63GK204269547SQ201420712258
【發(fā)明者】姜琛昱, 張運海 [申請人]中國科學院蘇州生物醫(yī)學工程技術研究所