CN101430272B - 电光型偏振谱测量显微镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电光型偏振谱测量显微镜。它基于普通光学显微镜结构，并添加了固定线偏振片、固定电光旋光器以及一系列光学器件组合而成。入射光首先通过固定偏振片，同时使固定线偏振片的透振角度固定不变，然后此线偏振光通过固定电光旋光器，通过对固定电光旋光器施加某一预期强度的电场或磁场，使线偏振光的偏振角度有相应改变，出射线偏振光通过载物台上的待观测样品，透过样品或在样品表面反射后的偏振光通过检偏器，由电荷耦合器件CCD采集光强信息，最终将偏振信息存储并显示出来。由于不同样品对偏振光的作用不同，所以通过待测样品之后的线偏光会呈现出不同的偏振光学特性。通过信息处理技术提取相关偏振谱线，就可以分析待测样品的各种光学特性。

Description

电光型偏振谱测量显微镜

技术领域

本发明涉及偏振光学显微镜，尤其是涉及一种电光型偏振谱测量显微镜。

背景技术

将样品置于电光型偏振谱测量显微镜系统中进行偏振谱测量，得到的偏振谱能够表征样品的微观特异性，该特异性对样品的微观状态及相关光学特性的研究、分析与识别起着重要的作用。因此，用于测量样品偏振谱的偏振光学显微镜对于提高生物技术的研究水平及医学临床检测具有重要应用价值。但是，目前的偏光显微镜是通过手动旋转该器件分别观测不同偏振状态下的光强信号，从而探测线偏振信息。这种结构无法获取能够精确表征生理特性的全偏振信息。而依靠机械转动改变偏振角度、同时连续记录数据并实时处理得出全偏振信息的方式要求较高的数据精度，机械转动时的振动会给实验结果的准确度带来较大影响，对实验结果的判断造成误差。其他的高端显微镜虽然可以直接实现本专利的功能，而且精度更高，但是这些显微镜的设备价值高、结构复杂、操作麻烦，其维护也需大量开销，很多研究者因为种种原因无法方便的使用这些设备观测样品内的微细结构，因此暂时不能得到很好的普及应用。而本专利涉及的电光型偏振谱测量显微镜，可以在比较高的精度上实现这些功能，同时设备价值低廉、结构简单、操作方便、维护容易，适宜推广普及应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电光型偏振谱测量显微镜，它基于普通光学显微镜结构并利用一系列偏振光学元件及电光器件组合而成，用以测量分析样品偏振谱图像。同时，利用固定电光旋光器，可以摆脱机械转动方式的振动带来的误差，可以达到提高测量精度和稳定度，快速识别样品特性的目的。

为了达到本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：

1、一种电光型偏振谱测量显微镜：

包括光源系统、固定线偏振片、固定电光旋光器、检偏器、电荷耦合器件CCD、计算机；光源系统发出的入射光经反射镜反射后，进入到位于载物台下的具有偏振功能的固定线偏振片和具有改变线偏振角度功能的固定电光旋光器，由电压控制电光旋光器以改变透射线偏振光方向，再透射到载物台上的待观测样品后的光进入具有检测偏振方向功能的检偏器、经具有接收偏振数据功能的电荷耦合器件CCD，再由计算机存储及处理后将偏振谱图像显示出来。

2、另一种电光型偏振谱测量显微镜：

包括光源系统、固定线偏振片、固定电光旋光器、检偏器、电荷耦合器件CCD、计算机；光源系统发出的入射光经具有偏振功能的固定线偏振片和具有改变线偏振角度功能的固定电光旋光器，经反射镜反射，照射到载物台上的待观测样品后反射，经反射镜透射的光通过检偏器、由电荷耦合器件CCD接收，再由计算机存储并处理后将偏振谱图像显示出来。

以上两种技术方案都要保证：入射光、固定线偏振片、固定电光旋光器、载物台上待观测样品、检偏器和电荷耦合器件CCD位于同一光学主轴上。

本发明具有的有益效果是：

电光旋光器是固定不动的，所以摆脱了测量时机械转子连续转动产生的振动而造成的误差，大大提高了测量精度和稳定度。另外，现有的生物光学显微镜如近场光学显微镜、激光共聚焦显微镜及原子力显微镜等利用了各种技术手段已经实现了对微小甚至分子结构的精细观测与识别。然而，这些显微镜的设备价值太高，其维护也需大量开销，很多研究者因为种种原因无法方便的使用这些设备观测样品内的微细结构。而本专利由于是基于普通显微镜，在其基础上增加了固定偏振片、固定电光旋光器等几个器件，利用偏振光学特性提取样品的微细结构特征，同时设备具有结构简单、成本较低、易于操作的特点，能够为生物医学、矿物标本、微电子技术等领域研究提供显微镜测量的高技术平台以及为临床医学的各种快速实时检测提供技术手段及解决方案，挖掘现有光学显微镜的潜在应用领域并提高其测量的技术水平。

附图说明

图1是本发明的一种结构原理示意图。

图2是施加电压条件下偏振光线通过电控(磁控)旋光器的线偏振效果图。

图3是光线通过待测样品前后的线偏振效果图

图4是本发明的另一种结构原理示意图。

图中：1、入射光，2、固定线偏振片，3、固定电光旋光器，4、待观测样品，5、检偏器，6、电荷耦合器件CCD，7、计算机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，包括光源系统、固定线偏振片2、固定电光旋光器3、检偏器5、电荷耦合器件CCD 6、计算机7；光源系统发出的入射光1经反射镜反射，进入到位于载物台下的具有偏振功能的固定线偏振片2，然后通过具有改变线偏振角度功能的固定电光旋光器3，再通过载物台上的待观测样品4后的光进入检偏器5，透射后经电荷耦合器件CCD6接收偏振信号，再由计算机7存储后将偏振谱图像显示出来。

本发明的工作原理如下：

以下以洋葱表皮细胞为例，说明本发明的具体实施方案，但本发明的实施不限于洋葱表皮细胞作为待测样品材料。

操作步骤

1、放样片前，利用系统自校准功能调整到最亮态或最暗态。

2、放入洋葱样片。

3、在实时显示的图像窗口中，选择要测量的像素点或像素行(列)。

4、启动电压(磁场)控制，获取360度方向的偏振光。

5、在操作窗口中绘制该像素点随偏振角度变化的关系曲线(或该行(列)随偏振角度变化的关系曲面)。

6、由曲线(面)上的数据，软件进一步分析，得出特征数值。

图1、4中对于所有的元器件的位置只是示意的画出，根据设计的需要，有的可以集成在一起，也可以彼此独立分步地工作，其位置不具有绝对性。

图2-a是施加电压条件下偏振光线通过电控(磁控)旋光器前后线偏振角度改变情况图(偏振角度发生了改变)。

图2-b是不施加电压条件下偏振光线通过电控(磁控)旋光器前后线偏振角度改变情况图(角度不发生改变)。

如图3为光线通过待测样品后所产生的线偏振效果图，图3-a是偏振光线通过待测样品前的偏振示意图。图3-b是偏振光线通过待测样品后的偏振示意图。θ₁为光线入射待测样品前的线偏振的角度，θ₂为光线出射待测样品后的线偏振的角度。

本发明的具体设计参数依赖于所选择的洋葱表皮细胞。

图4为反射式电光型偏振谱测量显微镜结构示意图，包括光源系统、固定线偏振片2、固定电光旋光器3、检偏器5、电荷耦合器件CCD6、计算机7；光源系统发出的入射光1经具有偏振功能的固定线偏振片2和具有改变线偏振角度功能的固定电光旋光器3，经反射镜反射，照射到载物台上的待观测样品4后反射，经反射镜透射的光进入具有检测偏振方向功能的检偏器5，经具有接收偏振数据功能的电荷耦合器件CCD6，再由计算机7存储后将偏振谱图像显示出来。

反射式电光型偏振谱测量显微镜工作原理与图1所示的透射式电光型偏振谱测量显微镜工作原理相同，这里不再赘述。

本实施例中，当所选材料不同时，观测到的偏振谱线必定会不同，这些数据都具有一定的随意性，但通过信息处理获取的相关特征是样品具有的本质属性。

以上两种技术方案都要保证：入射光、固定线偏振片、固定电光旋光器、载物台上待观测样品、检偏器和电荷耦合器件CCD位于同一光学主轴上。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种电光型偏振谱测量显微镜，其特征在于：包括光源系统、固定线偏振片(2)、固定电光旋光器(3)、检偏器(5)、电荷耦合器件CCD(6)、计算机(7)；光源系统发出的入射光(1)经反射镜反射，进入到位于载物台下的具有偏振功能的固定线偏振片(2)，然后通过具有改变线偏振角度功能的固定电光旋光器(3)，再通过载物台上的待观测样品(4)后的入射光进入检偏器(5)，透射后经电荷耦合器件CCD(6)接收偏振信号，再由计算机(7)存储后将偏振谱图像显示出来。

2.根据权利要求1所述的一种电光型偏振谱测量显微镜，其特征在于：所述的入射光(1)、固定线偏振片(2)、固定电光旋光器(3)、载物台上的待观测样品(4)、检偏器(5)和电荷耦合器件CCD(6)位于同一光学主轴上。

3.一种电光型偏振谱测量显微镜，其特征在于：包括光源系统、固定线偏振片(2)、固定电光旋光器(3)、检偏器(5)、电荷耦合器件CCD(6)、计算机(7)；光源系统发出的入射光(1)经具有偏振功能的固定线偏振片(2)和具有改变线偏振角度功能的固定电光旋光器(3)，经反射镜反射，照射到载物台上的待观测样品(4)后反射，经反射镜透射的光进入具有检测偏振方向功能的检偏器(5)，经具有接收偏振数据功能的电荷耦合器件CCD(6)，再由计算机(7)存储后将偏振谱图像显示出来。

4.根据权利要求3所述的一种电光型偏振谱测量显微镜，其特征在于：所述的入射光(1)、固定线偏振片(2)、固定电光旋光器(3)、载物台上的待观测样品(4)、检偏器(5)和电荷耦合器件CCD(6)位于同一光学主轴上。

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