CN201322723Y - 一种图像偏振谱显微镜 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种图像偏振谱显微镜。包括光源系统、精密电动转台、起偏器、检偏器、电荷耦合器件CCD、计算机。它基于普通光学显微镜结构，利用一系列光学器件组合而成。入射光首先通过起偏器，将自然光转变成线偏振光，起偏器的线偏振透振角可由精密电动转台调整，然后此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于计算机中，并将结果显示出来。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，就可以对待测样品的各种光学特性进行分析。
Description
技术领域
本实用新型涉及偏振光学显微镜，尤其是涉及一种图像偏振谱显微镜。
背景技术
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实现了对微小甚至分子结构的精细观测与识别。但是，这些高端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，因此不能得到很好的普及。同时，目前的偏光显微镜是通过手动旋转该器件观测不同偏振状态下的光强信号，从而利用偏振信息实现对微观结构光学特性的探测。但是，此类显微镜无法实现对偏振信息的连续采集与分析，即无法进一步获取能够精确表征生理特性的各种微观信息。因此，建立并发展一种新型的偏振谱显微镜，使之在适合普及应用的前提下，能够利用偏振谱的信息对微观结构包含的信息实现测量。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种图像偏振谱显微镜，它基于普通光学显微镜结构并利用一系列偏振光学元件组合而成，用以测量分析样品偏振谱图像，达到快速识别样品特性的目的。
为了达到本实用新型的目的，本实用新型所采用的技术方案是：
1、一种透射式图像偏振谱显微镜：
包括光源系统、精密电动转台、起偏器、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精密电动转台上的具有偏振功能的起偏器，再透射到载物台上的待观测样品后的光经过检偏器由电荷耦合器件CCD接收并传输至计算机，再由计算机存储并处理后将偏振谱图像显示出来。
2、另一种反射式图像偏振谱显微镜：
包括光源系统、精密电动转台、起偏器、检偏器、电荷耦合器件CCD、计算机；光源系统入射光进入到精密电动转台上的具有偏振功能的起偏器，经反射镜反射，照射到载物台上的待观测样品后反射，经反射镜透射的光经过检偏器由电荷耦合器件CCD接收并传输至计算机，再由计算机存储并处理后将偏振谱图像显示出来。
以上两种图像偏振谱显微镜的入射光、精密电动转台、起偏器、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。
本实用新型具有的有益效果是：
本实用新型由于是基于普通显微镜，在其基础上增加了偏振片、检偏器、电荷耦合器件CCD等器件，利用偏振光学特性提取样品的微细结构特征并显示，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是本实用新型的一种结构原理示意图。
图2-a是偏振光线通过待测样品前的偏振示意图。
图2-b是偏振光线通过待测样品后的偏振示意图。
图3是本实用新型的另一种结构原理示意图。
图4是利用单片机控制TRM-m-1-2-2精密电动转台电机的控制电路图。
图中：1、入射光，2、精密电动转台，3、起偏器，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实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型的一种结构原理示意图。包括光源系统、精密电动转台2、起偏器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经反射镜反射后，进入到位于载物台下的精密电动转台2上的具有偏振功能的起偏器3，再透射到载物台上的待观测样品4后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存储与处理后，将偏振谱图像显示出来。
如图1所示，入射光1依次通过安装于精密电动转台2中的起偏器3、载物台上待观测样品4，检偏器5和电荷耦合器件CCD 6，最终将偏振信息通过计算机7记录、处理并由显示器将偏振谱信息显示。
本实用新型的工作原理如下：
以下以洋葱表皮细胞为例，说明本实用新型的具体实施方案，但本实用新型的实施不限于洋葱表皮细胞作为待测样品材料。
实施例1
图1示出了本实用新型的原理结构图，光源系统发出的入射光1经反射镜反射后，进入到位于载物台下的精密电动转台2上的具有偏振功能的起偏器3，再透射到载物台上的洋葱表皮细胞4后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，将偏振谱图显示出来。
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，用鼠标选择要测量的像素点或像素行(列)；
4、启动检测，由程序控制电动转子旋转360度；
5、在操作窗口中绘制该像素点(行或列)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，软件进一步进行数值分析，得出偏振特征谱数值；
7、将偏振谱数据存储并显示。
图1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。
如图2为光线通过待测样品后所产生的线偏振效果图，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。
实施例2
图3是本实用新型的反射式显微镜结构原理示意图。包括光源系统、精密电动转台2、起偏器3、检偏器5、电荷耦合器件CCD6、计算机7；光源系统入射光1进入到精密电动转台2上的具有偏振功能的起偏器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，将偏振谱图像显示在显示器上。
当待测样品为非透明介质时，采用反射式结构，图3为反射式结构光路图。
以下以矿石晶体为例，说明本实用新型反射式结构的具体实施方案，但本实用新型的实施不限于矿石晶体作为非透明介质的待测样品材料。
图3示出了本实用新型的原理结构图，光源系统入射光1由起偏器3按照45度方向起偏进入到精密电动转台2上的四分之波片8，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，在显示器上将偏振谱图显示出来。
操作步骤
1、利用系统自校准功能调整到最亮态或最暗态；
2、放入云母矿石样片；
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、启动检测，由程序控制电动转子旋转360度；
5、在操作窗口中绘制该像素点(行或列)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，软件进一步进行数值分析，得出偏振特征谱数值；
7、将偏振谱数据存储并显示。
图3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。
本实用新型的具体设计参数不依赖于所选择的洋葱表皮细胞、矿石晶体。
上述实施例中，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。
精密电动转台2型号为TRM-m-1-2-2。可以根据显微镜结构参数的不同选择其他型号或自行设计。
使用元件：AT89S52，MAX232E，RS232端口，马达驱动器，马达，电阻，电容，LED灯，晶振，导线，晶振为12MHz(如图4所示)。
连接方法：
单片机1脚接1k ohm电阻和LED串联后接在5V电源上，3脚接马达驱动器的CP，4接DIR，5接FREE，9脚接复位电路(通过5k ohm电阻接地，通过22uF电容接电源，通过100ohm电阻和开关串联接电源)，10脚接MAX232E的R2out(9脚)，11脚接MAX232E的T2in 10脚，18，19脚接12MHz晶振后分别通过30pF电容接地，20脚接地，31和40脚接电源。MAX232E的1脚与3脚，4脚与5脚，15脚与6脚，2脚与16脚，16脚与15脚间分别接1个1uF的电解电容(前正后负)，7脚接RS232端口的2脚，8脚接RS232端口的3脚，9脚接单片机的10脚，10脚接单片机的11脚，15脚接地，16脚接5V电源，RS232端口的2脚接MAX232E的7脚，3脚接MAX232E的8脚，5脚接地。马达驱动器的OPTO接地，CP接单片机3脚，DIR接单片机4脚，FREE接单片机5脚。
电源的配置是通过220V转24V直流的变压器，经过L7805CV输出5V电压供给电路电压。
上述实施例用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型做出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。
Claims (4)
1、一种图像偏振谱显微镜，其特征在于：包括光源系统、精密电动转台(2)、起偏器(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)经反射镜反射后，进入到位于载物台下的精密电动转台(2)上的具有偏振功能的起偏器(3)，再透射到载物台上的待观测样品(4)后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)存储并显示。
2、根据权利要求1所述的一种图像偏振谱显微镜，其特征在于：入射光(1)、精密电动转台(2)的转动中心、起偏器(3)、载物台上待观测样品(4)、检偏器(5)和电荷耦合器件CCD(6)位于同一光学主轴上。
3、一种图像偏振谱显微镜，其特征在于：包括光源系统、精密电动转台(2)、起偏器(3)、检偏器(5)、电荷耦合器件CCD(6)、计算机(7)；光源系统入射光(1)进入到精密电动转台(2)上的具有偏振功能的起偏器(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)存储并显示。
4、根据权利要求3所述的一种图像偏振谱显微镜，其特征在于：入射光(1)、精密电动转台(2)、起偏器(3)、载物台上待观测样品(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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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN107121414A (zh) * | 2017-06-11 | 2017-09-01 | 湖北器长光电股份有限公司 | 一种非直观弱光场超分辨成像测量系统和方法 |
| CN107991246A (zh) * | 2017-11-24 | 2018-05-04 | 南京图思灵智能科技有限责任公司 | 双图像采集模块组织样品扫描仪和数字成像复现系统 |
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2008
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| CN107991246A (zh) * | 2017-11-24 | 2018-05-04 | 南京图思灵智能科技有限责任公司 | 双图像采集模块组织样品扫描仪和数字成像复现系统 |
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