[发明专利]一种暗场散射显微成像和光谱测试系统

说明书

本发明公开了一种暗场显微成像和光谱测试系统。它由光源、新型散射光路、光谱仪、CCD组成。本发明主要基于暗场散射，通过将传统暗场散射光路中的透镜元件更换为曲面反射镜，简化了光路，增加了散射光吸收效率。其优点在于：光路简单、成本低廉、散射光收集效率高、不仅能工作于可见光波段还能工作于红外、紫外、太赫兹波段。本发明在颗粒散射成像与光谱分析、表面成分检测等领域有广泛应用前景。

技术领域

本发明涉及显微成像和光谱测试技术，特别涉及一种具有新型散射光路的暗场散射光谱仪测试系统。

背景技术

显微成像是一种用于对观测对象进行光学放大，通过图像采集设备的感光区域观测和记录，来实现对样品的检测及进行形态分析的技术，自问世以来即在科研和工业领域有广泛应用。但是，无论是传统的光学显微镜还是各种电子显微镜，它们都只能提供微小物体(如细胞等)的形态学计量，并不能给出物体中物质结构和成分的进一步细节.而成像光谱技术把成像技术和光谱技术有机地结合在了一起，不仅能对物体进行形态成像，并且还能提供丰富的光谱信息；它具有光谱分辨率高、波段多、图像与光谱相结合等优点，因此近年来在生物大分子材料检测、表面缺陷表征、表面微纳加工等领域有重要应用。

暗场散射是光学显微和电子显微中的一种特殊显微手法，暗场散射的基本原理是，使入射光大角度倾斜入射而发生散射，同时阻止反射光直接进入目镜，仅使散射光进入物镜成像，使得测到的视野背景是黑的，物体边缘是亮的。相较于允许反射光进入目镜的明场成像，暗场散射成像可以有效提高物体成像分辨率和光谱分辨率；此外由于散射光携带了更多物体本身形貌、组成成份等信息，而反射光却没有携带，所以仅接收散射光的暗场散射更好地分析物体本身的形貌和成分。因此，暗场散射在单纳米颗粒成像与检测、物体表面粗糙度和成份检测等等领域具有很高的优势。

目前的暗场散射成像光谱技术有以下问题：第一，现有光路使用透镜来汇聚光束，透镜由石英、玻璃制成，在红外波段吸收巨大，因此使用透镜的散射光路仅能用于可见光波段；第二，入射光受制于透镜数值孔径在光轴方向上入射和散射的角度有上限，超过该角度的光线无法入射后续光路，会造成散射光采集效率低，影响成像和光谱分析质量；第三，现有暗场散射成像光谱系统若在红外波段工作要采用商业反射镜头系统，结构复杂、价格昂贵。

本发明设计了一种暗场散射显微成像和光谱测试系统，包含新型散射光路，用大口径曲面反射镜取代透镜，散射光采集率高；可工作于红外、紫外、乃至太赫兹波段；系统简单、廉价，仅靠少数简单的光学元件既可以实现单颗粒散射。

发明内容

本发明提供一种暗场散射显微成像和光谱测试系统，其优势为：散射光采集率高，可工作于红外、紫外、乃至太赫兹波段，结构紧凑，成本低廉，占用体积较小。

为达上述之一或部分或全部目的或是其它目的，本发明之一实施例提供一种暗场散射光谱仪系统，包括光源、三维调节台、散射光路、光谱仪。

所述之光源可以为可见光光源，也可以为红外光源、紫外光源、乃至太赫兹波段光源。

所述之散射光路沿入射光经过顺序依次为第一平面镜、第一曲面反射镜、光阑、第二曲面反射镜、样品、第二平面镜、第三曲面镜、第三曲面反射镜，最后汇聚于光谱仪探头。在散射光路中，入射的非平行光过第一曲面反射镜之后转化为平行光，平行光经过光阑后，经过第二曲面反射镜后聚焦样品发生散射，散射光再经过第二曲面反射镜反射后仍为平行光，与入射平行光平行的方向出射，经过半透半反镜分为两路光线，一路经第三曲面反射镜汇聚于光谱仪探头，一路经过第四曲面镜汇聚于CCD探头，可同时进行显微成像和光谱。

有益效果

采用较大半径的曲面反射镜，有利于收集更多散射光束，提高成像分辨率和光谱测试分辨率。

系统光路简单、搭建方便、成本低。

可用同时工作于紫外波段、可见波段、红外波段、太赫兹波段。

附图说明