[发明专利]高空间分辨双轴差动共焦图谱显微成像方法与装置

摘要

本发明属于光谱测量技术领域，涉及一种高空间分辨双轴差动共焦图谱成像方法与装置。本发明的核心思想是融合双轴差动共焦显微和光谱探测技术，采用分割焦斑差动探测实现几何位置的精密成像，简化了传统差动共焦显微系统的光路结构，继承了双轴显微技术的大视场、大工作距的优势，实现了系统高空间分辨图谱合一的探测。本发明不仅具有高空间分辨力，还具有三维层析几何成像、光谱探测和微区图谱层析成像三种模式，为微区光谱探测提供了一种新的解决途径，在生物医学、物理材料学等领域有广泛的应用前景。

主权项

高空间分辨双轴差动共焦图谱显微成像方法，采用双轴差动共焦的方式对被测样品进行图谱成像，其特征在于： 1）照明物镜（2）与采集物镜（7）对称分布在测量面法线（5）两侧，并且照明光轴（4）与测量面法线（5）的夹角为θ₁（6），采集光轴（20）与测量面法线（5）的夹角为θ₂（37），以测量面法线(5)方向为测量轴线，建立系统坐标系(x,y,z)，其中θ₁=θ₂； 2）激发光经由照明物镜（2）聚焦到被测样品（3）上，激发出瑞利光和载有被测样品光谱特性的拉曼散射光，轴向即z向移动被测样品（3）使瑞利光及对应被测样品（3）不同区域的拉曼散射光被反射进入采集物镜（7），并被采集物镜（7）会聚到二向色分光系统（8），光束经二向色分光系统（8）分光后，拉曼散射光和瑞利光相互分离，瑞利光被二向色分光系统（8）反射进入差动探测系统（15），拉曼散射光透射过二向色分光系统（8）进入光谱探测系统（19）获得光谱信号I(λ)（λ为波长）； 3）对进入差动探测系统（15）的瑞利光进行差动处理，其中，差动探测系统（15）中两个相同的探测系统（11、12）对称放置于测量光轴（13）两侧，利用针孔横向偏移可使双轴共焦显微系统的轴向响应特性曲线产生相移的特性拟合出相应的差动共焦曲线（27），并获得差动信号I(x,y,z,v_xM)，其中v_xM是针孔横向偏移量，利用差动共焦曲线过零点与焦点位置精确对应的特性，通过零点触发来精确捕获激发光斑焦点O位置，实现被测样品的高空间分辨的焦点定位； 4）将被测样品（3）移动至焦点O处，重新获取焦点O处的光谱信号I(λ)； 5）利用数据处理系统（21）将获得的差动信号I(x,y,z,v_xM)和光谱信号I(λ)进行数据融合处理，以获得样品的位置信息和光谱信息的四维测量信息I(x,y,z,λ)； 6）完成上述步骤后，对被测样品（3）进行横向扫描，即x、y方向，将被测样品（3）移动到下一个点重复步骤2）、3）、4）、5）； 7）单独处理瑞利光的信号时，获得高空间分辨的三维尺度层析图像；单独处理拉曼散射光的信号时，获得光谱图像；同时处理瑞利光和拉曼散射光的信号时，获得高空间分辨的微区图谱层析成像，即 被测样品几何位置信息和光谱信息的“图谱合一” 。