專利名稱：一種用于點掃描激光共焦顯微鏡的面內掃描方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于生物、醫療、微納制造等科學儀器用的光電探測技術領域， 涉及激光共焦掃描顯微鏡的掃描方法，特別是一種用于點掃描激光共焦顯 孩M竟的面內掃描方法和系統。
背景技術：
激光共焦掃描顯微鏡與普通顯微鏡相比，具有更高的分辨率和層析成 像能力，廣泛應用于生物、生命、'醫療和微納米制造以及材料等的科學儀器中。現有激光共焦掃描顯獨b鏡中的面內(X、 Y)掃描方法多采用光束掃 描方式，通常采用振鏡等器件來實現X、 Y掃描。'而采用物體移動的掃描 方式均為兩維直線掃描。前者的好處是可以大大提高測章速度，但系統結 構復雜，對光學系統質量要求苛刻；后者光路穩定，系統結構筒單，同時 由于只需考慮消除軸上點像差即可，因此光學系統成本降低，但掃描速度 慢，難以實用化。發明內容針對上述現有技術創造的缺P^或不足，本發明的目的在于提供一種可 用于點掃描激光共焦顯孩史鏡的面內掃描方法和系統，該方法同時具有機構 簡單，光路穩定，同時具有高的掃描速度。為了實現上.述任務，本發明釆取如下的技術解決方案 一種用于點掃描激光共焦顯微鏡的面內掃描方法，其特征在于，該方 法包括下列步驟步驟一，首先將樣品臺、計算機和掃描共焦顯孩t鏡測量物鏡構成激光 共焦掃描顯孩M竟的三維掃描系統，實現自動控制掃描； 步驟二，然后在樣品臺上對被測樣品定位；步驟三，三維掃描系統使樣品臺依次進行旋轉、 一維橫向移動，直至 被測樣品掃描完一層，接著復位進行軸向掃描^皮測樣品下一層； 步驟四，重復步驟三的過程，直至被測樣品測量完畢。 掃描順序可以是旋轉掃描與橫向扭描交替進行，也可以是同步協調進行。橫向掃描指垂直于掃描共焦顯微鏡測量物鏡光軸的任意一個方向(設 為X方向)，軸向掃描指與前述光軸方向平^f亍的方向G殳為Z方向)。；鏡向 移動可以由直線運動機構如步進電機、伺服電機等實現，旋轉可以由各種 旋轉機構如旋轉電^a等實現。軸向掃描可以是樣品臺移動，也可以是掃描 共焦顯微鏡測量物鏡移動，延可以是其它的軸向掃描方法。所述的掃描機 構與計算機相連，實現自動控制掃描。本方法可適用于任何一種形式如反 射式、透射式等的共焦掃描顯微鏡。實現上述方法的系統，該系統包括光源系統和'測量系統，其特征在于所述的光源系統包括有光源，在光源的光路上有第一濾光片、會聚透 鏡、第一針孔、準直透鏡、中性濾光片、分光鏡和觀察系統；所述的測量系統包括有顯微物鏡，顯微物鏡設有第二濾光片、集光透 鏡、第二針孔、光電探測器、放大電路；測量系統的顯微物鏡和被測樣品對準；樣品臺用于放置被測樣品，該樣品臺主要包括轉動機構和X位移平臺； 若軸向掃描采用樣品臺移動，該掃描臺還包括z向掃描機構(如附圖l所 示)，若軸向掃描采用測量物鏡移動，該掃描臺不包括Z向掃描機構；樣 品臺與一計算才X4目連，計算機與測量系統的放大電路相連。本發明在不改變光路的情況下，通過樣品臺的旋轉、移動即可完成掃 描，同時克服了以往掃描臺存在的機構復雜，掃描速度慢的缺點。本發明 主要應用于點掃描的激光共焦顯微鏡中，但也可用于類似的光點掃描測量
系統中。
圖1為激光共焦掃描顯，鼓鏡系統示意圖。圖2為樣品工作臺橫向掃描運動軌跡(面內掃描方法)示意圖。 其中的標號分別表示1、光源，2、第一濾光片，3、會聚透鏡，4、 第一針孔，5、準直透鏡，6、中性濾光片，7、顯fi物鏡，8、被測樣品， 9、分光鏡，10、觀察系統，11、第二濾光片，12、集光透鏡，13、第二 針孔，14、光電探測器，15、放大電路，16、計算機，17、 z向掃描機構， 18、轉動才幾構，19、 X位移平臺。下面結合附圖對本發明作進一步說明。-具體實施方式
參見圖1，本發明涉及的掃i笛共焦顯微鏡測量物鏡構成的激光共焦掃 描顯微鏡系統，包括光源系統和測量系統；所述的光源系統包括有光源1， 在光源1的光路上有第一濾光片2、會聚透鏡3、第一針孔4、準直透鏡5、 中性濾光片6、分光鏡9和觀察系統10;測量系統包括有顯微物鏡7，顯微物鏡7設有第二濾光片11、集光透 鏡12、第二針孔13、光電探測器14、放大電路15;測量系統的顯微物鏡7和測樣品10對準；樣品臺用于放置被測樣品10，該樣品臺主要包括z向掃描機構、轉動 機構和X位移平臺；樣品臺與一計算機16相連，計算機16與測量系統的 放大電路15相連。其.中，X位移平臺垂直于掃描共焦顯微鏡測量物鏡光軸，z向掃描機構平行于掃描共焦顯孩"竟測量物鏡光軸。.橫向移動由步進電機或伺服電機實現，旋轉由旋轉電機實現。所說的共焦掃描顯微鏡可以是反射式(如附圖1所示)也可以使透射
式的。。放大電路15采用本領域常規的放大電路。參見圖2，圖2是本發明的樣品工作臺橫向掃描運動軌跡(面內掃描 方法)示意圖。光源l發出的光通過第一濾光片2選擇所需波^:的光，該 光通過會聚透鏡3會聚到第一針孔4，被濾波后接著通過準直透鏡5產生 平行光，經過中性濾光片6和分光鏡9進入顯微物鏡7，再照射到被測樣 件8上；由被測樣品8散射的光返回到透鏡7， 4經分光鏡一部分到觀察 系統IO, —部分通過第二濾光片11、集光透鏡12和針孔13到達光電探 測器14。若第一針孔4、第二針孔13和被測樣品8的對應的被測點處于 共軛，則探測器探測到的光強值最大。對被測樣品8對應的被測樣點由計 算機16控制Z向掃描機構進行軸向掃描，可找到其對應的共軛點位置。 但為了對整個樣件進行測量'，就必須進行逐點掃描。本發明的特點就在于 其掃描新方法。以往的掃描方法中橫向掃描均是采用互相垂直的兩維X、 Y 方向的掃描，本發明采用一維旋轉和一維平移的方法實現橫向掃描。如附 圖2， 2(a)表示轉動機構18使被測樣品8每轉一圈后，x方向位移平臺19 使被測樣品8沿x方向移動一固定距離，直到整個凈皮測樣品8的面^皮掃描 完畢。若被測樣品8的初始定位點為其中心A，則x掃描方向可正可負， 直到掃描到最大范圍(B點所在的圓周)處；若初始定位點為最邊緣處(如 圖中所示的B點)，則x掃描方向為向著被測樣品8的中心處移動，直到 樣品中心A點為止。圖2 (i))表示轉動機構18使被測樣品8轉動一周的 同時在x方向移動一固定距離而得到的掃描點運動軌跡，與圖2 (a)同樣 的道理，起始點可以是A點，也可以是B點。當橫向掃描完成后由Z向掃 描機構.17完成軸向的移動，進行下一層的橫向掃描。依次交替進行軸向 和橫向掃描，直至完成整個樣件測量范圍的掃描。下面結合實施例對本發明的可行性進行分析。
假定使用放大倍數為40X，數值孔徑為0. 65的顯微物鏡，其橫向理論 分辨率約0. 43a附。我們設定橫向釆樣間隔為0. 5//附，即x方向每次移動 的固定距離為0. 5 //W ，在每個圓周上采樣的相鄰兩點圓周距離也為 0.5/^。系統中的光電探測器14釆用光電倍增管，因為光電倍增光的響應 時間在10、量級，所以通過釆樣控制可保證每個釆樣點曝光時間的一致 性。橫向測量范圍設定為250//m (相當于40X顯微物鏡的視場大小)。于 是x方向移動250/2/0. 5=250 (個間隔)，也意味著共轉動250轉。若轉動 機構18使得樣品8的轉速為1000轉/秒，且采用圖2 ( a)的掃描方式，則 完成整個一次橫向掃描的時間為250xl00(T1 = 0.25("，這樣即使軸向掃描100 層，所需要的時間僅為25s。可見該方法不僅可保證掃描精度同時其掃描 速度也大大提高，完全滿足實際測量的需求。
權利要求
1.一種用于點掃描激光共焦顯微鏡的面內掃描方法，其特征在于，該方法包括下列步驟步驟一，首先將樣品臺、計算機和掃描共焦顯微鏡測量物鏡構成激光共焦掃描顯微鏡的三維掃描系統，實現自動控制掃描；步驟二，然后在樣品臺上對被測樣品定位；步驟三，三維掃描系統使樣品臺依次進行旋轉、一維橫向移動，直至被測樣品掃描完一層，接著復位進行軸向掃描被測樣品下一層；步驟四，重復步驟三的過程，直至被測樣品測量完畢。
2. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，所述的樣品臺主要包括z 向掃描機構、轉動機構和X位移平臺，其中，X位移平臺垂直于掃描共焦 顯微鏡測量物鏡光軸，z向掃描機構平行于掃描共焦顯微鏡測量物鏡光軸。
3. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的軸向掃描是樣品 臺移動，或者是掃描共焦顯微鏡測量物鏡移動。
4. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的橫向移動由步進 電機或伺服電機實現，旋轉由旋轉電4幾實現。
5. 如權利要求1所述'的方法，其特征在于，所述的掃描順序是旋轉 掃描與橫向掃描交替進行，或者是旋轉掃描與橫向掃描同步協調進行。
6. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，.所述的掃描共焦顯微鏡 系統為反射式或透射式。
7. —種實琬權利要求1所述的用于點掃描激光共焦顯微鏡的面內掃 描方法的系統，該系統包括光源系統和測量系統，其特征在于所述的光源系統包括有光源，在光源的光路上有第一濾光片、會聚透 鏡、第一針孔、準直透鏡、中性濾光片、分光鏡和觀察系統；所述的測量系統包括有顯微物鏡，顯微物鏡設有第二濾光片、集光透鏡、第二針孔、光電探測器、放大電^; 測量系統的顯微物鏡和測樣品對準；樣品臺用于放置被測樣品，該樣品臺主要包括轉動機構和X位移平臺； 若軸向掃描采用樣品臺移動，該掃描臺還包括z向掃描機構，若軸向掃描 采用測量物鏡移動，該掃描臺不包括Z向掃描^L構；樣品臺與一計算機相 連，計算機與測量系統的放大電夢相連。
8.如權利要求7所述的系統，其特征在于，所述的X位移平臺垂直 于掃描共焦顯微鏡測量物鏡光軸，z向掃描機構平行于掃描共焦顯微鏡測 量物鏡光軸。
全文摘要
本發明公開了一種用于點掃描激光共焦顯微鏡的掃描方法和系統，該方法首先將樣品臺、計算機和掃描共焦顯微鏡測量物鏡構成激光共焦掃描顯微鏡的三維掃描系統，實現自動控制掃描；然后在樣品臺上對被測樣品定位；三維掃描系統使樣品臺依次進行旋轉、一維橫向移動，直至被測樣品掃描完一層，接著復位進行軸向掃描被測樣品下一層，直至被測樣品測量完畢。該方法在于不改變光路的情況下，通過樣品臺的旋轉移動完成掃描，克服了以往掃描臺存在的機構復雜，掃描速度慢的缺點。主要應用于點掃描的激光共焦顯微鏡中，但也可用于類似的光點掃描測量系統中。
文檔編號G02B21/00GK101126834SQ200710018579
公開日2008年2月20日 申請日期2007年9月4日 優先權日2007年9月4日
發明者昭 王, 王春勇, 宏 趙 申請人:西安交通大學