[发明专利]一种微区精确选区成像/采谱的方法、装置和系统

说明书

技术领域

本发明涉及光学成像领域，尤其涉及一种在显微领域精确选择部分区域的方法、装置和系统。

背景技术

微纳米技术是近年来飞速发展的高新技术领域，美、日、欧等发达国家及我国都将微纳米技术列入二十一世纪国家科技发展战略中优先发展的前沿技术领域。显微镜技术是微纳米领域非常重要的研究观测手段，它利用不同的成像原理，把人眼所不能分辨的微小物体放大成像，供人们提取微细结构的信息。依成像原理不同，显微镜有光学显微镜、电子显微镜、扫描探针显微镜等。其中，光学显微镜是最古老的一种，也是其他各类显微镜的基础，它利用光学成像原理，结构简单，不受微纳米样品的导电性(导体、半导体与绝缘体)、磁性(磁体与非磁体)等限制，在微纳米技术及其分支学科中的研究及应用极其广泛，对科学技术特别是微纳米相关技术的发展起到了重要的推动作用。

受衍射极限的限制，光学显微镜的分辨率一般在亚微米量级，其视场范围与放大倍数成反比。为了提高显微镜的分辨率，人们发明了激光共聚焦技术，利用激光诱导材料自身的光学信号(如荧光、拉曼、倍频等线性/非线性光学性质)，在收集光路中加入微孔对激光光斑以外的区域进行遮挡。这种方法的好处是显著提高了光学分辨率及成像质量，但是也存在以下两个显著的不足：

1)微孔的位置与激光光斑是严格对应的，这样只能收集到激光激发的区域内的信号，无法顾及激发点以外的区域，而在现实的应用中，常常需要采集激发点以外的信号。例如，光信号能够沿着一维结构的轴向或者二维结构的对角线方向进行传播，就需要采集传导点的信号以分析光的传播损耗，这对发展低维结构在纳米光子学领域的应用是很重要的。

2)为了兼顾共聚焦系统的分辨率与信号强度(微孔直径太大了会降低系统分辨率，太小了信号强度又很低，信噪比很差)，光路中微孔的大小是确定的，在使用过程中不能按照自己的需求随意改变。此外，对于材料性质本身比较复杂的结构，比如不均匀掺杂造成的多色发光，在荧光显微镜中也无法选择自己感兴趣的样品区域进行研究。因此需要在显微镜成像及光谱采集光路上进一步发展和创新。

发明内容

本发明的目的是克服常规光学显微技术在样品观测区域监控与选区、成像/采谱的随机性、盲目性和局限性，提供一种显微监控型可选择不同大小区域进行光学成像的方法及装置。

本发明通过如下技术方案实现：

一种微区精确选区装置的选区方法，其特征在于，所述方法包括采用光学成像技术，在显微镜出光位置依次引入固定装置、内置透镜组的圆筒光路、可移动狭缝、推拉装置，可自由选择显微镜出射光进入监控成像光路，随后进入电荷耦合器件(CCD)并通过视频连接线将信号输出至显示屏，对显微区域进行实时监控；或者使显微镜出射光进入信号输出装置，进入自由空间，方便后续的光谱采集。

本发明通过在显微镜相面上引入狭缝对进入CCD及光路的光进行选择性遮挡，仅允许感兴趣区域的光能够通过狭缝，方便后续采集光谱及图像监控。

根据本发明，所述狭缝由4个刀口组成，所述刀口可单独移动。

根据本发明，所述感兴趣区域通过信号输出进行实时监控。

根据本发明，所述方法包括：

(1)首先将推拉装置后的光路选择为成像CCD，将经过准直后的光束经过4个可移动刀口组成的狭缝到达CCD，其透光狭缝大小及位置可以通过可移动刀口的相对位置来调节，

(2)光路经聚焦后到达CCD相面，并将信号输出到监视屏上进行实时监控；

(3)在监控的同时改变4个刀口的位置，从而选择感兴趣的区域；

(4)任选地，通过推拉装置将光路选择性输出，进行后续的处理(如成像、采集光谱等)。

本发明中，“准直”是指将原本发散的光束通过具有特殊功能的光学元器件(如透镜)后形成为平行光的过程。“自由空间”是指光在行进过程中不受任何光学元件束缚的空间。

根据本发明，通过改变4刀口的位置，狭缝区域既可以是视野的全部，也可是视野范围内的任意方形区域。优选地，所述区域最小可达1平方微米。

根据本发明，所述固定装置固定在显微镜的出光孔上；所述透镜组放置在从固定装置上延伸出来的镜筒中，所述圆筒的长度可以通过螺纹旋进而改变，从而改变成像位置；所述可移动狭缝位于透镜组与CCD之间；所述推拉装置位于可移动狭缝之后，用于切换信号的成像与输出；所述监控成像光路及CCD位于推拉装置的左侧，其感光面位于透镜组的相面；所述显示屏与CCD通过数据线连接；所述信号输出光路位于推拉装置的右侧通光位置。