[发明专利]垂直照明暗场显微镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种暗场显微镜系统，特别涉及一种垂直照明的暗场显微系统，同时具有透射和反射两种工作方式。

背景技术

在很多应用领域，人们都需要暗场显微镜来对微弱的散射结构、粒子进行成像。比如：半导体工业里面，对镜面反射为主的芯片、晶片进行瑕疵、软标记成像；生物科技里面，对细胞、近透明软组织等进行成像；纳米技术领域，对单个纳米点、纳米线进行成像。在现有的技术中，这种暗场显微镜往往利用环形光阑获得环形光束，将这种环形光束会聚到样品表面，而样品的散射信号则用位于入射光轴中心的物镜来收集，包含透射、反射两种方式。样品表面的镜面反射无法进入收集物镜，于是人们观察到的将仅仅是样品表面结构、瑕疵或者颗粒的散射信号。典型案例如：一种反射式暗场显微镜的照明系统(CN201020577904)；用环形照射的暗场检查系统(CN201080033782)。科研中，还经常用一种替代的方式来实现这类暗场显微镜的照明，即只使用一个方向斜入射照明光，比如dx.doi.org/10.1021/nl300160y(Nano Lett.2012，12，2817-2821)中所提的第一种方案。无论哪种方案，入射光线本质上都是斜入射照明。

在实际应用中，很多时候斜入射照明不是最佳方案，甚至可能会得到一些不想要的结果，比如dx.doi.org/10.1021/nl300160y(Nano Lett.2012，12，2817-2821)中所提的第一种方案在不同的偏振光入射的情况下，测量散射光的光谱就会得到不同的结果。为此，dx.doi.org/10.1021/nl300160y(Nano Lett.2012，12，2817-2821)中提出了第二种方案：小角度入射。在专利共轴小角度暗场光照(CN200480005357)中也有类似的描述。然而这依然是斜入射，不是真正的垂直入射。

本发明设计了一种真正垂直照明的暗场显微镜，这种照明方式下，散射信号非常接近前向、背向散射，更重要的是，此时照明光场的电磁场矢量都是平行于样品表面的，不存在电磁场和样品衬底的耦合，而这种耦合在斜入射照明的情况下是非常常见的，并且在对散射信号的分析中，这种耦合是有害的。该暗场显微镜还具备前向、后向散射两种方式。

发明内容

本发明所提暗场显微镜，包括照明光源，长工作距离聚光镜或者聚光物镜，用于反射所会聚入射光束的小尺寸平面反射镜或者平面反射棱镜及镜架，用于收集散射光的大数值孔径(NA)长工作距离物镜，用于对所收集散射信号进行成像的光学系统(不同的镜片组合用于获得不同的放大率)以及成像CCD。

所述的长工作距离聚光镜或者聚光物镜，其工作距离需要能保证入射的白光能得到有效的会聚，同时聚光镜自身又不能遮挡收集物镜的光路。典型配置是33.5mm工作距离，10×放大率。

所述的平面反射镜或者平面反射棱镜及其镜架，要求其尺寸足够大，能反射入射光的整个光斑，又不能太大，以至于遮住了收集物镜。典型尺寸：3mm直径圆形平面反射镜相对于收集光路光轴45°放置，或者短轴3mm，长轴4mm的椭圆平面反射镜45°放置，又如直角棱镜，3mm短边长和高度，将斜边镀膜用于宽带反射。镜架的选择，以不能或者尽可能少地遮挡散射光为好。以直角棱镜的镜架为例，一种典型的镜架方案是把棱镜胶合于一块圆形平板玻璃上面，玻璃的直径超过收集物镜的直径，额外制作的该平板玻璃的镜架将不会对收集光路有任何阻挡。

整个照明光路中，上述器件的布局是为了实现反射暗场成像。如果把光的传播方向全部反过来，对于透明样品而言即为透射暗场。

所述的长工作距离收集物镜，其数值孔径和工作距离都要足够大，以保证上述平面反射器件能被置于收集物镜和样品之间，同时又有足够的散射光能被物镜所接受。

所述成像光学系统和CCD，根据实际需要可以有多种不同的放大率、分辨率选择。此为本领域的技术人员所公知的常识。光学系统可以通过平面镜、翻转镜等，实现光路从成像CCD到光谱仪的切换，用于对选定的散射信号进行光谱分析。

下面将会结合附图来解释本发明内容及其应用。

附图说明

图1，垂直入射暗场显微镜的反射模式，a为原理示意图，b为样机实物图；

图2，垂直入射暗场显微镜的透射模式；

图3，小直角棱镜用于反射入射光实现垂直入射，a为原理示意图，b为实物图

图4，小直角棱镜用于反射透射光以获得暗场图像

具体实施方法

下面结合附图来解释本发明内容及其应用。