[发明专利]一种用于高温状态下在线监测的光学显微成像方法及装置

说明书

本发明提出一种用于高温状态下在线监测的光学显微成像方法及装置，旨在解决现有高分辨率动态光学显微成像方案系统复杂、显微镜与热源距离较近等问题。该方法包括以下步骤：1)将试样和光学显微镜分别放置于共轭成像面的焦点A和焦点B处；2)对试样进行加热，并维持高温状态；3)利用照明光照射试样表面，产生漫反射，再经所述共轭成像面反射，由光学显微镜接收共轭像进行放大，获取显微图像；4)若需要观测试样表面的不同区域，则移动试样，确保被测区域中心始终处于焦点A上，按照步骤3)获取显微图像。

技术领域

本发明属于光学显微分析领域，涉及一种在线光学显微成像方法及装置。

背景技术

显微镜作为人类历史上最伟大的发明之一，在生命医学、生物科学、材料学等诸多领域有着非常广泛的应用。利用显微镜及显微成像技术，可以方便的观测细胞、组织结构和形态、材料/器件表面微观形貌，实时监测细胞内部的变化等。显微镜主要分为光学显微镜和电子显微镜两大类。电子显微镜具有光学显微镜无可比拟的高分辨率，但对工作环境要求高且很难做到无损观测。相对而言，光学显微镜价格较低、操作简单，缺点是分辨率受衍射极限的限制。

近年来，随着计算机技术、光电技术、激光技术等的快速发展，共聚焦像、荧光像、谐波、相干反斯托克斯拉曼等一系列高分辨率或超分辨率动态显微成像技术日趋成熟，这些技术不仅在分辨率上实现了对衍射极限的突破，更在多维度上体实现了实时动态捕捉。为提高系统分辨力，本领域技术人员在上述显微成像系统的光学系统上作了一定改进。例如，中国专利申请201210244377、201210244825和201210244838中，分别公开了一种基于椭球反射照明共焦测量装置、荧光反射镜共轭双通照明共焦显微装置、相位共轭反射双通照明共焦显微装置，此类装置在探测光路中配置旋转椭球反射镜，利用椭球远、近焦点的共轭特性，提高了系统的分辨力。

但总体而言，现有高分辨率动态光学显微成像方法，成像系统复杂，成像工作距离近，即便引入旋转椭球反射镜作为共轭成像器件，其近焦点(物)位于成像面与远焦点(探测系统)之间，光路极其复杂且不适用于高温状态下材料表面在线显微成像。

发明内容

为了解决现有高分辨率动态光学显微成像方案系统复杂、显微镜与热源距离较近等问题，本发明提出一种新的用于高温状态下在线监测的光学显微成像方法及装置。

本发明的基本原理是：利用非旋转半椭球反射面的共轭成像特性，实现物面的空间转移，结合光学显微镜实现高温状态下材料表面形貌的在线显微成像(摄像)。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于高温状态下在线监测的光学显微成像方法，包括以下步骤：

1)将试样和光学显微镜分别放置于共轭成像面的焦点A和焦点B处；

2)对试样进行加热，并维持高温状态；

3)利用照明光照射试样表面，产生漫反射，再经所述共轭成像面反射，由光学显微镜接收共轭像进行放大，获取显微图像；

4)若需要观测试样表面的不同区域，则移动试样，确保被测区域中心始终处于焦点A上，按照步骤3)获取显微图像。

相应的，一种实现上述光学显微成像方法的装置，包括非旋转椭球共轭成像器件、光学显微镜、位置调节机构、加热机构和照明光源；所述加热机构用于对试样加热并维持高温状态；所述非旋转椭球共轭成像器件用于提供共轭成像面；所述光学显微镜放置于共轭成像面的焦点B处；所述位置调节机构用于放置试样，并能够实现三维方向位置调整，使得试样表面的被测区域中心始终位于共轭成像面的焦点A处；所述照明光源位于共轭成像面的外部，在所述共轭成像面上开设有用于照明光入射的光窗，照明光源透射该光窗至试样表面，产生漫反射，再经所述共轭成像面反射至光学显微镜。

进一步的，所述加热装置可以有多种形式，例如：