CN106873141A - 一种可调制色散染色显微物镜 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可调制色散染色显微物镜，具体包括：镜壳，安装在镜壳内部顶端的色散染色调制器组，安装在镜壳内部底端的光学透镜组，色散染色调制器组包括色散染色起偏器、色散染色检偏器和调节器，色散染色检偏器和色散染色起偏器上下并排安装在调节器内，色散染色检偏器安装在色散染色起偏器的正上方。可调制色散染色显微物镜，引入偏振光调制技术，通过线性偏振光在不同偏振态下的光强变化，调制中心光束的透射率，从而实现色散染色强度的变化，进而可以实现定性显微观察物体的微特性差异特质。

Description

一种可调制色散染色显微物镜

技术领域

本发明涉及一种显微物镜，尤其涉及一种采用线性偏振光在不同偏振态下表现出光强变化，从而调制显微物镜中心光束透射率的变化，以形成具有不同色散染色效果的可调制色散染色显微物镜。

背景技术

传统的色散染色物镜是在显微物镜的后焦平面上加载一个环形或圆形不透光挡板，如为环状，则中心光束透射；如为中心圆形挡板，则光束只能由周围透过，当粒子与浸液的折射系数不同时出现色散，使样品成像表现出不同的颜色，即色散染色显微观察法。传统色散染色的局限性在于：1.不同倍率的显微物镜必须匹配不同几何规格的光束挡板；2.遮挡光束是完全不能透射，色散染色的能力是由样品介质的折射率差异决定的，因而难以区分类似特性物质；3.无法定性显微观察物体的微特性差异特质，如微石棉显微观察。

针对传统色散染色显微物镜的特点与局限性，一些机构也进行了深入研究，例如，公开号为CN101872064A的中国专利申请公开了“一种线型多波长共焦显微镜模块以及其共焦显微方法与系统”，其采用多个色差透镜的组合一方面可以将线光场色散，另一方面又可以使得反射回来的线光场聚焦在同一平面上以解决场曲像差的问题，以简化常用线色散系统复杂度的问题，可有效改善绕射元件的NA值过低而无法直接使用于物镜的缺点，并于设计色散物镜时校正场曲像差，使本系统达到最佳化及小型化，并可精确且快速地完成剖面轮廓量测，使量测速率大幅增加。但是该显微镜模块只能快速地完成剖面轮廓量测，并无法定性显微观察物体的微特性差异特质，色散染色无法调制。

发明内容

针对传统色散染色显微物镜的特点与局限性，本发明提供了一种可调制色散染色显微物镜，引入偏振光调制技术，通过线性偏振光在不同偏振态下的光强变化，调制中心光束的透射率，从而实现色散染色强度的变化，进而可以实现定性显微观察物体的微特性差异特质。

为实现上述技术方案，本发明提供的一种可调制色散染色显微物镜包括：镜壳，安装在镜壳内部顶端的色散染色调制器组，安装在镜壳内部底端的光学透镜组，所述色散染色调制器组包括色散染色起偏器、色散染色检偏器和调节器，所述色散染色检偏器和色散染色起偏器上下并排安装在调节器内，所述色散染色检偏器安装在色散染色起偏器的正上方；所述色散染色起偏器包括第一光学平板镜、第一环形线性偏振膜、第一中心圆形线性偏振膜、第二光学平板镜和第一镜座，所述第一环形线性偏振膜胶合在第一光学平板镜上表面，第一中心圆形线性偏振膜胶合在第一光学平板镜下表面，所述第一环形线性偏振膜与第一中心圆形线性偏振膜的偏振态相对同一水平基准正交设置，第二光学平板镜胶合在第一中心圆形线性偏振膜的下表面，所述从上至下依次胶合后的第一环形线性偏振膜、第一光学平板镜、第一中心圆形线性偏振膜和第二光学平板镜组件固定安装在第一镜座内；所述色散染色检偏器包括第三光学平板镜、第二环形线性偏振膜、第二中心圆形线性偏振膜、第二镜座和第四光学平板镜，所述第二环形线性偏振膜胶合在第三光学平板镜的上表面，所述第二中心圆形线性偏振膜胶合在第三光学平板镜的下表面，第四光学平板镜胶合在第二中心圆形线性偏振膜的下表面，所述第二环形线性偏振膜与第二中心圆形线性偏振膜的偏振态相对同一水平基准正交设置，所述从上至下依次胶合后的第二环形线性偏振膜、第三光学平板镜、第二中心圆形线性偏振膜和第四光学平板镜组件固定安装在第二镜座内，所述第二环形线性偏振膜与第二中心圆形线性偏振膜形成的偏振态与第一环形线性偏振膜与第一中心圆形线性偏振膜形成的偏振态反转90度；所述调节器包括拔杆和调节环，所述拔杆的一端安装在调节环导槽内，拔杆的另一端固定在第一镜座的侧面。

在上述技术方案中，由于色散染色显微观察一般仅作定性分析，即通过观察样品色彩的变化来区别其类型，因此一般放大倍率较低，在本发明中，采用的是后焦平面离物镜安装端面均为4.5mm的10倍物镜。本发明的色散染色调制器包括两个部分，第一部分为色散染色起偏器，即在第一光学平板镜上胶合第一环形线性偏振膜，内环胶合第一中心圆形线性偏振膜，两胶合区域内的偏振膜的偏振态是正交的(相对同一水平基准时)，再在两个偏振膜上胶合第二光学平板镜，最后将上述组合光学胶合件固定安装在第一镜座内，形成色散染色起偏器。第二部分为色散染色检偏器，即在物镜镜壳内安装一个可绕物镜中心轴0～90度旋转的光学组件，该光学组件与色散染色起偏器的胶合组件组成原理、几何尺寸相同，只是将环形区域与中心圆形区域内线性偏振膜的偏振态反转90度，使其绕中心轴旋转时，显微物镜内部环形区域与中心圆形区域的偏振态变化，从而形成偏振区域内透射光强的变化，形成色散染色检偏器。通过调整色散染色检偏器与色散染色起偏器之间的线性偏振光，使得线性偏振光在不同偏振态下的光强发生变化，使得中心光束的透射率可调，从而实现色散染色强度发生变化，进而通过本显微物镜可以实现定性显微观察物体的微特性差异特质。

优选的，所述第一环形线性偏振膜的外环直径Do为相应倍率显微物镜孔径尺寸d的1.1-1.3倍，所述第一环形线性偏振膜内环直径Di为相应倍率显微物镜孔径尺寸d的0.5-0.8倍。经过实验证明，当第一环形线性偏振膜的外环直径Do为相应倍率显微物镜孔径尺寸d的1.1-1.3倍，内环直径Di为相应倍率显微物镜孔径尺寸d的0.5-0.8倍时，使得观察样品时，样品的色彩变化区别明显，利于样品的定性分析。

优选的，所述第一环形线性偏振膜的外环直径Do为相应倍率显微物镜孔径尺寸d的1.1倍，所述第一环形线性偏振膜内环直径Di为相应倍率显微物镜孔径尺寸d的0.6倍。实践中发现，当第一环形线性偏振膜的外环直径Do为相应倍率显微物镜孔径尺寸d的1.1倍，内环直径Di为相应倍率显微物镜孔径尺寸d的0.6倍时，使用本显微物镜观察样品时，样品的色彩变化区别最为明显，定性分析的效果最佳。

优选的，所述第二环形线性偏振膜的外径大于第一环形线性偏振膜，以防止出现“漏光”现象。

优选的，所述从上至下依次排布的第一环形线性偏振膜、第一光学平板镜、第一中心圆形线性偏振膜和第二光学平板镜之间均通过无应力光学胶粘结。通过无应力光学胶粘结既可以保证各个部件之间的粘结强度，又不会影响中心光束的透射率。

优选的，所述从上至下依次排布的第二环形线性偏振膜、第三光学平板镜、第二中心圆形线性偏振膜和第四光学平板镜之间均通过无应力光学胶粘结。

优选的，所述第一镜座和第二镜座均可独立绕物镜中心轴0～90度旋转，从而方便色散染色检偏器和色散染色起偏器的独立调节，以便最大范围内调节中心光束的透射率，进而增强色散染色强度变化范围，增强样品定性分析的效果。

优选的，所述第一光学平板镜、第二光学平板镜、第三光学平板镜和第四光学平板镜均采用表面镀有成像光束波长在400nm～800nm范围内、反射率小于0.05的多层宽带增透膜的光学平板镜。通过此参数下的增透膜可以有效增强中心光束的透射率，使得样品显示更加清晰。

优选的，所述从上至下依次胶合的第一环形线性偏振膜、第一光学平板镜、第一中心圆形线性偏振膜和第二光学平板镜形成的组件采用无应力胶固化安装在第一镜座内，可以确保第一镜座与各个光学组件之间的无应力连接。

优选的，所述从上至下依次胶合后的第二环形线性偏振膜、第三光学平板镜、第二中心圆形线性偏振膜和第四光学平板镜形成的组件采用无应力胶固化安装在第二镜座内。

本发明提供的一种可调制色散染色显微物镜的有益效果在于：

1)与现有技术相比，本可调制色散染色显微物镜是在传统色散染色技术原理的基础上进行创新应用设计，引入了偏振光调制光强技术，进一步将环形色散染色与中心挡板色散染色两种染色模式进行复合，并实现光强度调制变化，可以满足差异性相近物质的定性鉴别；

2)本可调制色散染色显微物镜通过调整色散染色检偏器与色散染色起偏器之间的线性偏振光，使得线性偏振光在不同偏振态下的光强发生变化，使得中心光束的透射率可调，从而实现色散染色强度发生变化，进而通过本显微物镜可以实现定性显微观察物体的微特性差异特质；

3)本可调制色散染色显微物镜中的色散染色检偏器与色散染色起偏器独立可调，从而可以最大范围内调节中心光束的透射率，进而增强色散染色强度变化范围，增强样品定性分析的效果；

4)本可调制色散染色显微物镜中的第一光学平板镜、第二光学平板镜、第三光学平板镜和第四光学平板镜均采用表面镀有成像光束波长在400nm～800nm范围内、反射率小于0.05的多层宽带增透膜的光学平板镜，可以有效增强中心光束的透射率，使得样品显示更加清晰。

附图说明

图1为本发明的总装配图。

图2为本发明的结构剖视图。

图3为本发明中色散染色起偏器的侧面剖视图。

图4为本发明中色散染色起偏器的俯视图。

图5为本发明中色散染色检偏器的侧面剖视图。

图6为本发明中色散染色检偏器的俯视图。

图7为本发明中调节器的剖视图。

图中：1、色散染色调制器组；2、镜壳；3、光学透镜组；10、色散染色起偏器；20、色散染色检偏器；30、调节器；11、第一光学平板镜；12、第一环形线性偏振膜；13、第一中心圆形线性偏振膜；14、第二光学平板镜；15、第一镜座；21、第三光学平板镜；22、第二环形线性偏振膜；23、第二中心圆形线性偏振膜；24、第二镜座；25、第四光学平板镜；31、拔杆；32、调节环。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。

实施例：一种可调制色散染色显微物镜。

参照图1和图2所示，一种可调制色散染色显微物镜，金属镜壳2，安装在镜壳2内部顶端的色散染色调制器组1，安装在镜壳2内部底端的光学透镜组3，所述色散染色调制器组1包括色散染色起偏器10、色散染色检偏器20和调节器30，所述色散染色检偏器20和色散染色起偏器10上下并排安装在调节器30内，所述色散染色检偏器20安装在色散染色起偏器10的正上方。本可调制色散染色显微物镜采用10倍显微物镜，其主要技术参数为：数值孔径0.25，物镜后焦平面距离物镜安装端面为4.5mm。

参照图3和图4所示，所述色散染色起偏器10包括第一光学平板镜11、第一环形线性偏振膜12、第一中心圆形线性偏振膜13、第二光学平板镜14和第一镜座15，所述第一环形线性偏振膜12通过无应力光学胶胶合在第一光学平板镜11上表面，第一中心圆形线性偏振膜13通过无应力光学胶胶合在第一光学平板镜11下表面，所述第一环形线性偏振膜12与第一中心圆形线性偏振膜13的偏振态相对同一水平基准正交设置，第二光学平板镜14通过无应力光学胶胶合在第一中心圆形线性偏振膜13的下表面，所述从上至下依次胶合后的第一环形线性偏振膜12、第一光学平板镜11、第一中心圆形线性偏振膜13和第二光学平板镜14组件采用无应力胶固化固定安装在第一镜座15内。第一光学平板镜11和第二光学平板镜14均采用表面镀有成像光束波长在400nm～800nm范围内、反射率小于0.05的多层宽带增透膜的光学平板镜，可以有效增强中心光束的透射率，使得样品显示更加清晰。第一环形线性偏振膜12的外环直径Do为相应倍率显微物镜孔径尺寸d的1.1倍，所述第一环形线性偏振膜12内环直径Di为相应倍率显微物镜孔径尺寸d的0.6倍，从而使得使用本显微物镜观察样品时，样品的色彩变化区别最为明显，定性分析的效果最佳。

参照图5和图6所示，色散染色检偏器20包括第三光学平板镜21、第二环形线性偏振膜22、第二中心圆形线性偏振膜23、第二镜座24和第四光学平板镜25，所述第二环形线性偏振膜22通过无应力光学胶胶合在第三光学平板镜21的上表面，所述第二中心圆形线性偏振膜23通过无应力光学胶胶合在第三光学平板镜21的下表面，第四光学平板镜25通过无应力光学胶胶合在第二中心圆形线性偏振膜23的下表面，所述第二环形线性偏振膜22与第二中心圆形线性偏振膜23的偏振态相对同一水平基准正交设置，所述从上至下依次胶合后的第二环形线性偏振膜22、第三光学平板镜21、第二中心圆形线性偏振膜23和第四光学平板镜25组件采用无应力胶固化固定安装在第二镜座24内，所述第二环形线性偏振膜22与第二中心圆形线性偏振膜23形成的偏振态与第一环形线性偏振膜12与第一中心圆形线性偏振膜13形成的偏振态反转90度，当色散染色检偏器20绕中心轴旋转时，显微物镜内部由色散染色检偏器20和色散染色起偏器10形成的环形区域与中心圆形区域的偏振态发生变化，从而形成偏振区域内透射光强的变化，使得中心光束的透射率可调，从而实现色散染色强度发生变化，进而通过本显微物镜可以实现定性显微观察物体的微特性差异特质。第二环形线性偏振膜22的外径大于第一环形线性偏振膜12，以防止出现“漏光”现象。

参照图7所示，调节器30包括拔杆31和调节环32，所述拔杆31的一端安装在调节环32导槽内，拔杆31的另一端固定在第一镜座15的侧面。在调节环32实现0～90度绕物镜旋转轴旋转过程中，驱动第一镜座15旋转，以实现色散染色检偏器20相对色散染色起偏器10的偏振角度变化，从而产生对应区域内光束透射光强度变化，实现色散染色强度调制功能。

本实施例中，所述的色散染色起偏器10、色散染色检偏器20组成的色散染色调制器安装在显微物镜的后焦平面附近，其中色散染色起偏器10在镜头装配时已校准至同一方向(相对装调校工具，目的是消除色散染色起偏器前端光学组件的偏振效应，即前端消偏光处理)；色散染色检偏器20是安装可旋转的第一镜座15内，通过旋转拔杆31与物镜壳上的调节器30进行旋转调节，以实现可调制功能。本发明利用线性偏振光偏振态的变化调制显微物镜的色散染色强度，实现可调制色散染色显微观察功能。本发明未述之处适用于传统色散染色显微观察功能。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种可调制色散染色显微物镜，包括：镜壳，安装在镜壳内部顶端的色散染色调制器组，安装在镜壳内部底端的光学透镜组，其特征在于所述色散染色调制器组包括色散染色起偏器、色散染色检偏器和调节器，所述色散染色检偏器和色散染色起偏器上下并排安装在调节器内，所述色散染色检偏器安装在色散染色起偏器的正上方；

所述色散染色起偏器包括第一光学平板镜、第一环形线性偏振膜、第一中心圆形线性偏振膜、第二光学平板镜和第一镜座，所述第一环形线性偏振膜胶合在第一光学平板镜上表面，第一中心圆形线性偏振膜胶合在第一光学平板镜下表面，所述第一环形线性偏振膜与第一中心圆形线性偏振膜的偏振态相对同一水平基准正交设置，第二光学平板镜胶合在第一中心圆形线性偏振膜的下表面，所述从上至下依次胶合后的第一环形线性偏振膜、第一光学平板镜、第一中心圆形线性偏振膜和第二光学平板镜组件固定安装在第一镜座内；

所述色散染色检偏器包括第三光学平板镜、第二环形线性偏振膜、第二中心圆形线性偏振膜、第二镜座和第四光学平板镜，所述第二环形线性偏振膜胶合在第三光学平板镜的上表面，所述第二中心圆形线性偏振膜胶合在第三光学平板镜的下表面，第四光学平板镜胶合在第二中心圆形线性偏振膜的下表面，所述第二环形线性偏振膜与第二中心圆形线性偏振膜的偏振态相对同一水平基准正交设置，所述从上至下依次胶合后的第二环形线性偏振膜、第三光学平板镜、第二中心圆形线性偏振膜和第四光学平板镜组件固定安装在第二镜座内，所述第二环形线性偏振膜与第二中心圆形线性偏振膜形成的偏振态与第一环形线性偏振膜与第一中心圆形线性偏振膜形成的偏振态反转90度；

所述调节器包括拔杆和调节环，所述拔杆的一端安装在调节环导槽内，拔杆的另一端固定在第一镜座的侧面。

2.如权利要求1所述的可调制色散染色显微物镜，其特征在于：所述第一环形线性偏振膜的外环直径Do为相应倍率显微物镜孔径尺寸d的1.2-1.3倍，所述第一环形线性偏振膜内环直径Di为相应倍率显微物镜孔径尺寸d的0.5-0.8倍。

3.如权利要求2所述的可调制色散染色显微物镜，其特征在于：所述第一环形线性偏振膜的外环直径Do为相应倍率显微物镜孔径尺寸d的1.1倍，所述第一环形线性偏振膜内环直径Di为相应倍率显微物镜孔径尺寸d的0.6倍。

4.如权利要求3所述的可调制色散染色显微物镜，其特征在于：所述第二环形线性偏振膜的外径大于第一环形线性偏振膜。

5.如权利要求1所述的可调制色散染色显微物镜，其特征在于：所述从上至下依次排布的第一环形线性偏振膜、第一光学平板镜、第一中心圆形线性偏振膜和第二光学平板镜之间均通过无应力光学胶粘结。

6.如权利要求4所述的可调制色散染色显微物镜，其特征在于：所述从上至下依次排布的第二环形线性偏振膜、第三光学平板镜、第二中心圆形线性偏振膜和第四光学平板镜之间均通过无应力光学胶粘结。

7.如权利要求1所述的可调制色散染色显微物镜，其特征在于：所述第一镜座和第二镜座均可独立绕物镜中心轴0～90度旋转。

8.如权利要求1所述的可调制色散染色显微物镜，其特征在于：所述第一光学平板镜、第二光学平板镜、第三光学平板镜和第四光学平板镜均采用表面镀有成像光束波长在400nm～800nm范围内、反射率小于0.05的多层宽带增透膜的光学平板镜。

9.如权利要求1所述的可调制色散染色显微物镜，其特征在于：所述从上至下依次胶合的第一环形线性偏振膜、第一光学平板镜、第一中心圆形线性偏振膜和第二光学平板镜形成的组件采用无应力胶固化安装在第一镜座内。

10.如权利要求1所述的可调制色散染色显微物镜，其特征在于：所述从上至下依次胶合后的第二环形线性偏振膜、第三光学平板镜、第二中心圆形线性偏振膜和第四光学平板镜形成的组件采用无应力胶固化安装在第二镜座内。