【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及显微拉曼成像系统，具体涉及一种深海显微拉曼成像系统及方法。
技术介绍
1、海洋生态监测对海洋的开发和保护起着至关重要的作用，也越来越受到人们的重视。如今深海污染物如海洋微塑料等对生态危害巨大，对深海污染物进行实时监测，有助于研究人员制定保护计划，显微拉曼成像系统便是如今重要的监测手段。显微拉曼成像技术是通过拉曼光谱成像系统和光学显微成像系统的结合，在快速识别微小物体的基础上，可进行准确的形貌和成分定性分析以及丰度的定量检测，其相对于以往单一成像技术优势明显，现有显微拉曼成像系统在进行目标检测时，需要先利用光学显微成像系统中的显微镜组捕捉目标的位置，进而再通过拉曼光谱成像系统中的激光源射出的激光光束，在目标上激发出拉曼信号光，拉曼信号光依次通过显微镜组与拉曼光谱成像系统中的各个镜组后，最终聚焦于拉曼光谱仪上，实现拉曼光谱成像。但是现有的显微拉曼成像系统在使用时仍存在以下问题：
2、1)在深海中进行颗粒物的检测时，要想获取样品的丰度并且同时对局部的颗粒物样品进行快速定位，则要利用大视场、低倍光学显微镜组来实现，但若要对局部的颗粒物进行准确的形貌分析，获得高分辨率的光学图像，则要利用高倍光学显微镜组，现有显微拉曼成像系统为了对颗粒物进行快速定位，就需要大视场成像，其光学显微镜组的放大倍率一般较低，这就导致成像分辨率方面受到了限制，因此无法获得样品区域高分辨率的光学图像，这将导致拉曼光谱成像系统无法进行精确的扫描成像，进而无法获得精确的拉曼信号。
3、2)在深海中使用显微拉曼成像系统，常需要用耐压窗
技术实现思路
1、本专利技术的目的是解决现有显微拉曼成像系统在深海进行颗粒物检测时，存在无法兼顾获得高分辨率、大视场光学图像和精确的拉曼信号，以及显微镜组工作距离增大，导致分辨率与放大倍率受限的技术问题，而提供一种深海显微拉曼成像系统及方法。
2、为解决上述现有技术所存在的技术问题，本专利技术提供了如下技术解决方案：
3、一种深海显微拉曼成像系统，其特征在于：包括显微模块、显微成像模块、分离模块以及拉曼成像模块；
4、所述显微模块包括设置于观测位置的耐压窗口，耐压窗口内侧设置有低倍物镜与高倍物镜，低倍物镜与高倍物镜均安装于xy线性平移台上，xy线性平移台的移动方向垂直于光路方向，用于高倍物镜与低倍物镜在光路中的切换；
5、所述分离模块包括二向色镜，二向色镜位于显微模块与显微成像模块之间的光路上，用于将显微成像信号光和拉曼信号光进行分离，显微成像信号光为透射光，拉曼信号光为反射光；
6、所述成像模块包括依次设置在二向色镜透射光路上的成像中转镜以及第一相机；
7、所述拉曼成像模块包括激光光源、扩束镜、分束镜以及拉曼耦合镜；
8、所述扩束镜和分束镜依次设置在二向色镜反射光路上；
9、拉曼耦合镜设置在分束镜的透射光路上，激光光源设置在分束镜的反射光路上；拉曼耦合镜用于将拉曼信号光耦合至拉曼光谱仪的聚焦面以实现拉曼光谱成像。
10、进一步地，还包括扫描振镜，所述扫描振镜设置在扩束镜和分束镜之间的光路上。
11、进一步地，所述高倍物镜包括沿光路依次设置的第一胶合镜组、第一透镜、第二胶合镜组、第三胶合镜组以及第一光阑，其中所有镜片均为球面镜；
12、所述成像中转镜包括沿光路依次设置的第五透镜、第六透镜、第七透镜以及第六胶合镜组；
13、所述低倍物镜包括沿光路依次设置的第四胶合镜组、第五胶合镜组、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第二光阑，所有镜片均为球面镜；或者，低倍物镜包括沿光路依次设置的第十四透镜、第十五透镜、第十六透镜、第十七透镜、第三光阑、第十八透镜、第十九透镜、第二十透镜、第二十一透镜，其中所有镜片均为球面镜，且在低倍物镜与二向色镜之间的光路上设置有第二相机，第二相机亦设置在xy线性平移台上；
14、所述扩束镜包括沿光路依次设置的第八透镜、第九透镜以及第十透镜，所有镜片均为球面镜；
15、所述拉曼耦合镜包括沿光路依次设置的第十一透镜、第十二透镜、第十三透镜以及第七胶合镜组。
16、进一步地，激光光源与分束镜之间设置有滤光片；还包括压电陶瓷升降台，所述高倍物镜通过压电陶瓷升降台设置在xy线性平移台上，压电陶瓷升降台用于带动高倍物镜沿光路方向运动，以实现对不同焦面的清晰成像，所述xy线性平移台型号为e24-6020，所述压电陶瓷升降台型号为p115zs。
17、进一步地，所述高倍物镜的焦距小于20mm，并且成像中转镜与高倍物镜的焦距比大于20。
18、进一步地，所述耐压窗口由蓝宝石玻璃制成，其材质耐刮擦，硬度高，适合深海承压。
19、本专利技术还提供了一种深海显微拉曼成像方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
20、s1:将低倍物镜通过xy线性平移台切换至光路中，实现对目标颗粒物的低倍成像，获取目标颗粒物的丰度以及基本位置；
21、s2:将高倍物镜通过xy线性平移台切换至光路中，使目标颗粒物的显微成像信号光最终聚焦在第一相机上，实现对目标颗粒物的高倍成像，获取目标颗粒物的尺寸、形状以及精确位置；
22、s3:激光光源射出激光光束，经过分束镜反射、扩束镜扩束、二向色镜反射后进入高倍物镜，最后经过耐压窗口后汇聚至目标颗粒物，并在目标颗粒物的不同位置激发出拉曼信号光；
23、s4:目标颗粒物不同位置激发的拉曼信号光通过耐压窗口与高倍物镜后经二向色镜反射依次通过扩束镜压缩、分束镜、拉曼耦合镜耦合至拉曼光谱仪的聚焦面上，实现拉曼光谱成像。
24、进一步地，在步骤s3与s4中还包括通过扫描振镜对激光光束的扫描及拉曼信号光的扫描，以实现对物面上不同位置处目标拉曼信号的激发。
25、进一步地，步骤s1中，将低倍物镜切换至光路中，目标颗粒物的显微成像信号光聚焦在第一相机或第二相机上。
26、进一步地，在步骤s4中高倍物镜通过压电陶瓷升降台整体沿光路方向移动以实现对不同焦面的清晰拉曼光谱成像，并基于拉曼信号光实现对目标颗粒物的层析功能。
27、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
28、(1)本专利技术提供的一种深海显微拉曼成像系统中通过设置高倍物镜与低倍物镜分别进行显微成像，并且通过xy线性平移台将其进行切换，在需要低倍成像时切换低倍物镜进入光路，获取目标颗粒物的丰度以及大致位置；需要高倍成像时切换高倍物镜进入光路，获取目标颗粒物的尺寸、形状以及精确位置，既可以通过低倍物镜对局部的颗粒物样品进行快速定位，获得大视场的光学图像，又可以通过高倍本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种深海显微拉曼成像系统，其特征在于：包括显微模块、显微成像模块、分离模块以及拉曼成像模块；
2.根据权利要求1所述的深海显微拉曼成像系统，其特征在于：还包括扫描振镜(8)，所述扫描振镜(8)设置在扩束镜(7)和分束镜(9)之间的光路上。
3.根据权利要求1或2所述的深海显微拉曼成像系统，其特征在于：所述高倍物镜(2)包括沿光路依次设置的第一胶合镜组(21)、第一透镜(22)、第二胶合镜组(23)、第三胶合镜组(24)以及第一光阑(25)，其中所有镜片均为球面镜；
4.根据权利要求3所述的深海显微拉曼成像系统，其特征在于：激光光源(12)与分束镜(9)之间设置有滤光片(11)；还包括压电陶瓷升降台，所述高倍物镜(2)通过压电陶瓷升降台设置在XY线性平移台上，压电陶瓷升降台用于带动高倍物镜(2)沿光路方向运动，以实现对不同焦面的清晰成像，所述XY线性平移台型号为E24-6020，所述压电陶瓷升降台型号为P115ZS。
5.根据权利要求4所述的深海显微拉曼成像系统，其特征在于：所述高倍物镜(2)的焦距小于20mm，并且成像中转镜(5
6.根据权利要求5所述的深海显微拉曼成像系统，其特征在于：所述耐压窗口(1)由蓝宝石玻璃制成。
7.一种深海显微拉曼成像方法，采用权利要求1-6任一所述的深海显微拉曼成像系统，其特征在于：包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的深海显微拉曼成像方法，其特征在于：在步骤S3与S4中还包括通过扫描振镜(8)对激光光束的扫描及拉曼信号光的扫描，以实现对物面上不同位置处目标拉曼信号的激发。
9.根据权利要求7或8所述的深海显微拉曼成像方法，其特征在于：步骤S1中，将低倍物镜(3)切换至光路中，目标颗粒物的显微成像信号光聚焦在第一相机(6)或第二相机(13)上。
10.根据权利要求9所述的深海显微拉曼成像方法，其特征在于：在步骤S4中高倍物镜(2)通过压电陶瓷升降台整体沿光路方向移动，以实现对不同焦面的清晰拉曼光谱成像，并基于拉曼信号光实现对目标颗粒物的层析功能。
...【技术特征摘要】
1.一种深海显微拉曼成像系统，其特征在于：包括显微模块、显微成像模块、分离模块以及拉曼成像模块；
2.根据权利要求1所述的深海显微拉曼成像系统，其特征在于：还包括扫描振镜(8)，所述扫描振镜(8)设置在扩束镜(7)和分束镜(9)之间的光路上。
3.根据权利要求1或2所述的深海显微拉曼成像系统，其特征在于：所述高倍物镜(2)包括沿光路依次设置的第一胶合镜组(21)、第一透镜(22)、第二胶合镜组(23)、第三胶合镜组(24)以及第一光阑(25)，其中所有镜片均为球面镜；
4.根据权利要求3所述的深海显微拉曼成像系统，其特征在于：激光光源(12)与分束镜(9)之间设置有滤光片(11)；还包括压电陶瓷升降台，所述高倍物镜(2)通过压电陶瓷升降台设置在xy线性平移台上，压电陶瓷升降台用于带动高倍物镜(2)沿光路方向运动，以实现对不同焦面的清晰成像，所述xy线性平移台型号为e24-6020，所述压电陶瓷升降台型号为p115zs。
5.根据权利要求4所述的深海显微拉曼成像系统，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：张战飞，吴国俊，史容娜，吴亚风，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：
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