[发明专利]一种多光谱显微镜多重光照明方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于显微镜照明技术领域，尤其涉及一种多光谱显微镜多重光照明方法和装置。

背景技术

随着科学技术的发展，人们不断追求越来越小的尺寸结构和越来越高的分辨能力。在显微成像领域，这一点显得尤为重要，一种好的照明方法对显微镜成像的效果影响甚远。

由瑞利判据可知，系统的分辨率R=k₁λ/NA，其中k₁为工艺因子，A为曝光波长，NA为数值孔径。要想提高系统的分辨率，可降低k₁和λ，增大NA。但是λ和NA的改变存在诸多的限制，因此在其一定的情况下必须通过采用降低k₁因子的分辨率增强技术，才能进一步延展系统的分辨率极限。目前主要有离轴照明、像移掩模、光学邻近效应校正等技术。

早期的技术是通过引入不同形状孔径光阑来实现离轴照明，虽然提高了分辨率，但是光阑的使用带来了一部分能量损失，这对实现高效、均匀的照明非常不利。

衍射光学元件（DOE）作为一种常用的光束整形元件，特点是能够在保持较高衍射效率的同时对光强分布进行精确控制，因此DOE成为实现离轴照明的理想元件，但是DOE设计数据量巨大，单元尺寸达到微米甚至亚微米，对加工工艺要求过高。

近年来，德国的LIMO公司将不对称的非球面微镜阵列（ROE）应用于离轴照明实现过结构光照，效率可接近100%，但是由于加工技术为LIMO所独有价格昂贵，使得不能得到广泛应用。

普通的激光光源和单色光照明中，光源的谱宽较小，应用范围较为狭窄，不能在广泛领域得到应用。

综上所述，需要提出一种新的照明方法，来实现能提供多种光谱照明，并且应用离轴照明技术来提高分辨率的多重光照明方式。

发明内容

本发明提供了一种多光谱显微镜多重光照明方法和装置，通过对照明光的光谱选择和照明方式的改进，有效提高了系统的应用范围，分辨率和照明效率等。

一种多光谱显微镜多重光照明方法，分为以下步骤：

1）白光光束经扩束匀光处理后得到宽视场照明光，对宽视场照明光进行分光，并通过空间频谱转换和整形后得到均匀复色光；

2）将均匀复色光中不同波长的光进行光谱选择和谱宽调节，得到均匀单色光；

3）把所述的均匀单色光转换为环形照明光，并调节环形照明光的环径后，对样品进行离轴照明。

所述的白光光束依次通过扩束透镜组和双排复眼透镜进行扩束匀光处理。

在步骤1）中，利用光栅对所述的宽视场照明光进行分光，并采用傅里叶透镜进行空间频谱转换和整形。

在步骤2）中，利用一级空间光调制器进行光谱选择和谱宽调节。

在步骤3）中，通过锥镜组将均匀单色光转换为环形照明光，并利用二级空间光调制器改变所述环形照明光的环径。

所述白光光束的光源为汞灯，具有高辐射，多光谱，寿命长等特点。

所述白光光束通过扩束准直及双排复眼透镜实现宽视场（3cmX3cm）均匀照明。

所述一级空间光调制器控制选择不同波长的光透过，并实现10nm谱宽的光谱选择。

所述锥镜组获得可调节的环形照明光，透过成像透镜经过反射镜映射在二级空间光调制器，电控通透范围，实现环形光入射角的时变选择。

本发明还提供了一种多光谱显微镜多重光照明装置，包括：包括沿光路依次布置的白光光源、扩束匀光模块、光谱选择模块和照明调节模块；

所述的扩束匀光模块，用于对白光光源发出的光束进行扩束匀光处理并得到宽视场照明光；

所述的光谱选择模块，用于将宽视场照明光转化为均匀复色光，并对均匀复色光进行光谱选择得到均匀单色光；

所述的照明调节模块，用于将均匀单色光转换为环形照明光，并对环形照明光进行环径调节，所述照明调节模块出射的光束对样品进行离轴照明。

所述的扩束匀光模块包括沿光路依次布置的扩束透镜组和双排复眼透镜。

所述的光谱选择模块包括沿光路依次布置的光栅、傅里叶透镜和一级空间光调制器。

所述的照明调节模块包括沿光路依次布置的锥镜组、第一成像透镜、二级空间光调制器和第二成像透镜。

在本发明中，沿所述白光光束光路依次布置有扩束透镜组、双排复眼透镜、光栅，傅里叶透镜；用于波长选择的一级空间光调制器；用于获得环形照明角度变化的锥镜组、反射镜，用于实现环形光入射角时变选择的二级空间光调制器，用于准直的成像透镜。