技术领域
[0001] 本
发明属于
光学显微镜仪器设计与显微
光谱测量领域，具体涉及一种用于便携式光谱仪快速白光成像观察与高灵敏度/高空间
分辨率原位光谱测量的光学显微镜分束器装置。
背景技术
[0002] 光学显微镜将显微技术、光电转换技术、
液晶屏幕技术有机结合在一起，可把样品表面的精细结构显示出来，已经广泛应用于物理、化学、
生物、材料和物证等领域的光学测量。分束片是光学显微镜中图像观察的重要光学元件之一。普通的光学显微镜中通常只安装一片与入射光成45度
角的分束片，它将入射光分成透过与反射两束光，光强分别均为50％。
透射光进入显微物镜组件后，通过调节显微物镜与样品的距离，将透射光聚焦到样品上，样品上的反射光被显微物镜收集，经分束片把来自样品的反射光聚焦到目镜上观察或在CCD上成像并通过显示屏展示样品图像。对同时引入白光观察样品图像和激
光激发样品光谱的显微镜而言，如果只用一
块与入射光成45度分束片的话，其厚度造成入射光光轴与透射光光轴产生偏差(偏差大小与分束片厚度有关)，这样使得在显微镜上样品的白光观测点与激光测量点不在同一
位置，无法对样品实现实时、原位的图像观察与光谱测量。另外，透明的分束片会把入射激光强度和来自激光激发样品的
信号光强度同时分别损失50％，从而降低了入射激光的使用效率和仪器的测量灵敏度。因此，设计适用于便携式小型光谱仪的显微镜系统中的新型分束器装置，实现样品原位观察与光谱原位测量，同时，提高白光成像清晰度、光谱测量空间分辨率和光谱测量灵敏度具有重要意义。
[0003] 现有文献
专利中提及对光学显微镜的改造主要针对显微镜
支架本体、显微镜光阑等方面，都未涉及分束镜装置。专利CN 202794693U公开了一种采用分光器内的调节
光圈调节和改变显微镜光通量的分光器装置，该方法只能根据分光镜自身的反射率进行有限度的调节成像光路的光通量。专利CN 101738716B公开了一种光学显微镜，针对显微镜支架本体进行了改造，也未对分光镜装置做任何改进。专利CN 102436062A公开了一种调焦用的光学显微镜装置，主要用于批量检测物件时固定物镜的高度。
[0004] 综上所述，有必要对普通光学显微镜的分束器装置进行重新设计与改进，使其与显微镜相连接，既不影响光学显微镜的基本成像功能，又可引入激光，实现被测样品的白光成像观察与光谱测量的双重功能，并具有实时、原位测量，高成像清晰度，高空间分辨率和高测量灵敏度的优点。
发明内容
[0005] 有鉴于此，本发明的目的就是为便携式小型光谱仪的光学显微镜上配置一款既能对样品实现原位白光成像观察与光谱测量的分束器装置。在该装置上设计和安装双分束片白光成像观察模块和光谱测量全反射镜模块。通过切换双分束片白光成像观察模块与光谱测量全反射镜模块实现被测量样品的原位观察白光成像聚焦点与激光原位测量点保持一致，不仅提高入射激光光强的利用率和收集来自样品
光信号(
拉曼散射光或
荧光)的效率，而且也提高了测试空间分辨率和测试灵敏度。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007] 一种光学显微镜分束器装置，包括分束器壳体和用于保证分束器壳体内空间不漏光的分束器盖板，所述分束器壳体的上、下端面分别设置有进光孔和出光孔，所述分束器壳体内部设置有分束片固定架，所述分束片固定架设置有入射光孔、上分束片安装孔、下分束片安装孔和出射光孔，所述上分束片安装孔中心线与入射光孔中心线的夹角为45度，所述下分束片安装孔中心线与出射光孔中心线的夹角也为45度，所述分束器壳体内并列设置有两组分束片固定架，其中一组用于白光成像，另一组用于光谱测量；所述用于白光成像的分束片固定架的上分束片安装孔和下分束片安装孔分别安装有分束片Ⅰ和分束片Ⅱ，所述用于光谱测量的分束片固定架仅下分束片安装孔安装有分束片Ⅲ；所述分束片Ⅰ和分束片Ⅱ均为半透半反的镜片，所述分束片Ⅲ为一块100％反射镜；所述分束器壳体内还设置有用于切换两组分束片固定架的切换机构。
[0008] 进一步，所述切换机构包括分束片
固定板、直线
导轨和拉杆，所述分束片固定架设置在分束片固定板，所述分束片固定板安装在
直线导轨上，所述拉杆一端设置在分束器壳体的外部，另一端通过
螺纹连接在分束片固定板上。
[0009] 进一步，所述分束器壳体内还设置有限制分束片固定板滑动的行程限位块。
[0010] 进一步，所述直线导轨与分束片固定板采用硬质耐磨材料，所述分束片固定架、分束器壳体和分束器盖板采用轻质材料。
[0011] 进一步，所述分束器壳体设置有与显微镜的物镜组件和目镜组件相连接的通用分束器卡环。
[0012] 本发明的有益效果是：本发明的分束片组件可以自由切换，因而在显微镜白光成像观察时，通过切换至样品图像观察模块，有效缩短聚焦观察的时间，提高工作效率；此外，可使样品的原位观察成像聚焦点与激光原位测量点保持一致，可实现样品的白光成像观察与原位观察；显微镜光谱测量时，通过切换至光谱测量模块，既可与白光显微镜成像点保持一致，又可提高入射激光和来自样品信号(拉曼散射光或荧光)的利用率，实现原位测量，提高测试空间分辨率和测试灵敏度。同时，该显微镜分束器装置结构紧凑、安装简便、使用便捷灵活。
[0013] 本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的
说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0014] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
[0015] 图1为本发明观察光路原理图；
[0016] 图2为本发明测量光路原理图；
[0017] 图3为本发明结构示意图；
[0018] 图4为本发明切换机构示意图。
具体实施方式
[0019] 以下将参照附图，对本发明的优选
实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
[0020] 如图1-图4所示，图中1为白光
光源；2为
准直镜；3为白光成像观察模块；301为分束片Ⅰ；302为分束片Ⅱ；4为光谱测量模块；401为分束片Ⅲ；5为物方透镜；6为物镜组件；7为聚光镜；8为光谱仪
探头组件；9为CCD探测器；10为样品台；11为分束器壳体；12为分束片固定架；13为分束片固定板；14为直线导轨；15为拉杆；16为连接螺钉；17为分束器盖板；18为分束片压圈；19为分束器卡环。
[0021] 本实施例中的光学显微镜分束器装置，包括分束器壳体11和用于保证分束器壳体内空间不漏光的分束器盖板17，所述分束器壳体11的上、下端面分别设置有进光孔和出光孔，所述分束器壳体11内部设置有分束片固定架12，所述分束片固定架12设置有入射光孔、上分束片安装孔、下分束片安装孔和出射光孔，所述上分束片安装孔中心线与入射光孔中心线的夹角为45度，所述下分束片安装孔中心线与出射光孔中心线的夹角也为45度，所述分束器壳体11内并列设置有两组分束片固定架，其中一组用于白光成像，另一组用于光谱测量；所述用于白光成像的分束片固定架的上分束片安装孔和下分束片安装孔分别安装有分束片Ⅰ301和分束片Ⅱ302，所述用于光谱测量的分束片固定架仅下分束片安装孔安装有分束片Ⅲ401；所述分束片Ⅰ和分束片Ⅱ均为半透半反的镜片，所述分束片Ⅲ为一块100％反射镜；所述分束器壳体11内还设置有用于切换两组分束片固定架的切换机构。
[0022] 本实施例中，所述切换机构包括分束片固定板13、直线导轨14和拉杆15，所述分束片固定架12设置在分束片固定板13，所述分束片固定板13安装在直线导轨14上，所述拉杆一端设置在分束器壳体的外部，另一端通过
螺纹连接在分束片固定板上。
[0023] 本实施例中，所述分束器壳体11内还设置有限制分束片固定板13滑动的行程限位块。
[0024] 本实施例中，所述直线导轨与分束片固定板采用不锈
钢、
合金钢等硬质耐磨材料，所述分束片固定架、分束器壳体和分束器盖板采用
铝合金、镁合金、
钛合金等轻质材料。
[0025] 本实施例中，所述分束器壳体11设置有与显微镜的物镜组件和目镜组件相连接的通用分束器卡环19，从而使整个分束器装置具有通用性。
[0026] 本发明的原理如下：
[0027] 快速观察与测量的显微镜分束器装置安装在光学显微镜上，使之与显微镜的物镜组件和目镜组件形成完整的光路系统。对样品进行白光成像观察时，首先将分束器装置的拉杆15向左拉动直到分束片固定板13与分束器盖板17上的限位挡块相
接触，从而调节分束镜组件为样品图像观察模块，然后用
锁紧螺钉将分束片固定架12锁紧。接着调节显微镜上的调焦旋钮，并在显微镜的显示屏上观察成像清晰度，再进行微调即可完成快速调焦成像观察，从而缩短调节时间，提高效率，实现样品的白光成像观察与原位观察；对样品进行测量时，首先将分束器装置的拉杆15向右拉动直到分束片固定板13与分束器壳体11上的限位挡块相接触，从而调节分束镜组件为光谱测量模块，然后用锁紧螺钉将分束片固定架12锁紧。接着直接使用观察样品时确定的调焦结果直接在显微镜的显示屏上测量分析成像结果，将减少探测激光/收集信号(拉曼散射光或荧光)通过白光分束片后的光信号强度的双重损失，提高测量光信号的利用率，从而实现样品的原位测量并提高测试空间分辨率和测试灵敏度。采用该分束器装置可使成像分辨率达到1um。
[0028] 本发明具有如下的优点：1、显微镜白光成像观察时，通过切换至样品白光成像观察模块，有效缩短聚焦观察的时间，提高工作效率；此外，可使样品的原位观察成像聚焦点与激光原位测量点保持一致，可实现样品的白光成像观察与原位观察；2、显微镜光谱测量时，通过切换至光谱测量模块，既可与白光显微镜成像点保持一致，又可提高入射激光和来自样品信号(拉曼或荧光)的利用率，实现原位测量，提高测试空间分辨率和测试灵敏度。3、该显微镜分束器装置构造紧凑、结构稳定、使用便捷。
[0029] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行
修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的
权利要求范围当中。
