一种偏振光调制相衬显微镜的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种偏振光调制相衬显微镜，包括照明器、载物台和目镜，其特征于还包括：物镜组，其位于载物台下方，包括若干个具有一致性后焦平面的调制相衬物镜，调制相衬物镜包括物镜调制器，所述物镜调制器设置于各个调制相衬物镜的一致性后焦平面上；聚光镜组，其位于照明器与载物台之间，包括自上而下顺序设置的起偏器、偏振狭缝转换器、聚光镜孔径光阑和聚光镜，所述偏振狭缝转换器上设有若干个与各调制相衬物镜对应的偏振狭缝孔径光阑。本实用新型在显微照明与成像系统中，增加调制相衬观察装置，使观察到的显微图像呈现立体感较强的图像，以提高显微观察的分辨力，同时也克服了因调制器处于物镜透镜组中间而出现复像的问题，进一步提高显微成像的衬度。
【专利说明】一种偏振光调制相衬显微镜
【技术领域】:
[0001]本实用新型涉及显微镜【技术领域】，具体涉及一种偏振光调制相衬显微镜。
【背景技术】:
[0002]众所周知，光束调制按其调制的性质可分为调幅、调频、调相及强度调制等。现有的相衬显微镜技术主要包括相位相衬显微术、微分干涉相衬显微术、霍夫曼调制相衬显微术等。其中相位相衬显微术是指由于折射率的实际变化而影响探测光束相位变化，再将光束的相位变化转变成振幅变化，以表现为图像衬度不同，相衬显微术的主要优势在于活细胞观察时，不需要进行死亡、固封与染色等过程，可以在自然状态下进行显微观察。微分干涉相衬显微技术是利用偏振光在单轴晶体传播过程中的分束与复合，从而产生微小程差，并在物镜后焦平面上发生干涉，通过检偏后可进行显微观察，观察到的图像呈现立体浮雕感，微分干涉相衬显微术可分为透射式与落射式两种。霍夫曼调制相衬显微术是将光的相位梯度转换为光强度变化，这样可以对通常看不见的相位物体形成一个高衬度、高分辨率的像，并以三维立体状态显示出来。前两种相衬显微术已得到广泛应用，而霍夫曼调制相衬显微术是由罗伯特霍夫曼博士在1975年发明这项技术，主要应用在其创办的调制光学公司的产品中，日本OLYMPUS，NIKON两公司在其制造的倒置显微镜中也引入了相关显微成像技术。目前在国内光学显微镜及研究院所未有相关产品技术报告。
[0003]目前国外霍夫曼调制相衬显微观察装置主要是在传统产品基础上进行技术改造，由于受原有设计的限制，物镜的后焦面往往是不一致的，从而使物镜调制器(也称振幅滤波器)的安装位置、调制区域的通光口径不能完全统一，同时需要专门的带偏振狭缝孔径光阑聚光镜与物镜一一匹配，因而进口的霍夫曼调制相衬显微观察装置的价格非常昂贵，需专业制造。
实用新型内容:
[0004]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种偏振光调制相衬显微镜。其基于霍夫曼调制相衬原理，引入偏振光光强度调制技术，通过具有一致后焦平面的调制相衬物镜、设于调制相衬物镜后焦平面的物镜调制器和带偏振器的狭缝孔径光阑聚光镜组的设置，实现了通过具有梯度变化的相位样品后的光束表现为光亮度的变化，同时也克服了因调制器处于物镜透镜组中间而出现复像的问题，进一步提高显微成像的衬度。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0006]一种偏振光调制相衬显微镜，包括照明器、载物台和目镜，其特征于还包括:物镜组和聚光镜组，所述物镜组位于载物台下方，包括若干个具有一致性后焦平面的调制相衬物镜，调制相衬物镜包括物镜调制器，所述物镜调制器设置于所述各个调制相衬物镜的一致性后焦平面上；所述聚光镜组位于照明器与载物台之间，包括自上而下顺序设置的起偏器、偏振狭缝转换器、聚光镜孔径光阑和聚光镜，所述偏振狭缝转换器上设有若干个与各调制相衬物镜对应的偏振狭缝孔径光阑。进一步地，所述偏振狭缝转换器是拉板式转换座，所述偏振狭缝转换器上还设有用于明视场观察的透射通孔。
[0007]上述的一种偏振光调制相衬显微镜，所述偏振狭缝转换器是拉板式转换器或转盘式转换器，所述偏振狭缝转换器上还设有用于明视场观察的透射通孔。
[0008]上述的一种偏振光调制相衬显微镜，所述聚光镜组还包括设置于起偏器上方的滤色片座。
[0009]上述的一种偏振光调制相衬显微镜，所述物镜组还包括明视场观察物镜。
[0010]上述的一种偏振光调制相衬显微镜,作为一种实施方式，若干个调制相衬物镜分别是10X、20X、40X调制相衬物镜，偏振狭缝转换器上若干个偏振狭缝孔径光阑分别是10X、20X、40X偏振狭缝孔径光阑。
[0011]上述的一种偏振光调制相衬显微镜，所述若干个偏振狭缝孔径光阑位于所述聚光镜的前焦平面，偏振狭缝孔径光阑内分为两个区，分别是完全透射区与偏光亮度调制区。
[0012]上述的一种偏振光调制相衬显微镜，所述目镜是双目观察镜，为铰链式结构。
[0013]上述的一种偏振光调制相衬显微镜，所述偏振光调制相衬显微镜还包括用于调节物镜组相对于载物台升降的粗微动调焦机构。
[0014]上述的一种偏振光调制相衬显微镜，所述粗微动调焦机构包括粗动松紧调节装置和限位装置。
[0015]上述的一种偏振光调制相衬显微镜，所述偏振光调制相衬显微镜还包括用于显微镜图像采集时光学输出的摄影摄像输出端口。
[0016]与现有技术相比，本实用新型的偏振光调制相衬显微镜具有以下有益效果:
[0017]1、本实用新型在霍夫曼调制相衬原理的基础上，设计开发了一套物镜后焦平面一致的显微物镜，分别为10X，20X，40X，在其后焦平面上安装通用调制器，再根据不同倍率物镜，设计带偏振器的偏振狭缝孔径光阑，通过起偏器的旋转来调制光束的偏振强度，从而实现通过具有梯度变化的相位样品后的光束表现为光亮度的变化，同时也克服了因调制器处于物镜透镜组中间而出现复像的问题，进一步提高显微成像的衬度。
[0018]2、通过本实用新型，可有效提高成像分辨率，降低生产成本，以达到完全取代进口设备的目的。
[0019]3、本实用新型的偏振光调制相衬显微镜可应用于生物以及荧光显微镜中，可进行正常明视场显微观察，也可进行调制相衬显微观察，两种观察模式可以快速切换，结构简单，操作方便，可以得到视场均匀、衬度明显的显微图像。
【专利附图】
【附图说明】:
[0020]图1为实施例1的偏振光调制相衬显微镜(拉板式)整体结构示意图；
[0021]图2为实施例1的聚光镜组(拉板式)的俯视示意图；
[0022]图3为实施例1的聚光镜组(拉板式)的正面示意图；
[0023]图4为实施例1的聚光镜组(拉板式)的偏振狭缝孔径光阑通光区域示意图；
[0024]图5为本实用新型的调制相衬物镜结构示意图；
[0025]图6为本实用新型的调制相衬物镜后焦平面上调制器中的调制片通光区域示意图；
[0026]图7为实施例2的偏振光调制相衬显微镜(转盘式)整体结构示意图；[0027]图8为实施例2的聚光镜组(转盘式)俯视示意图；
[0028]图9为图8的A-A向剖面示意图。
[0029]其中:1-照明器，2-聚光镜组，21-偏振狭缝转换器，22-偏振狭缝孔径光阑，23-滤色片座，24-起偏器，25-聚光镜孔径光阑，26-聚光镜，3-载物台，4-目镜，5-粗微动调焦机构，6-物镜组，61-物镜调制器，7-摄影摄像输出端口。
【具体实施方式】:
[0030]以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0031]实施例1:
[0032]拉板式偏振光调制相衬显微镜
[0033]如图1?6所示，一种偏振光调制相衬显微镜，包括照明器1、聚光镜组2、载物台
3、目镜4、粗微动调焦机构5、物镜组6、摄影摄像输出端口 7。
[0034]所述的照明器I采用6V30W卤素灯或大功率白光LED灯提供光源，光源与集光镜的相对距离可调节。
[0035]所述的聚光镜组2为本实用新型专利技术的核心部件之一，本实施例采用拉板式结构。聚光镜组2位于照明器I与载物台2之间，其作用是将光源提供的光束转变为适应显微物镜要求的均匀照明，以实现偏振光调制的目的。
[0036]本实施例拉板式的聚光镜组2，主要由自上而下顺序设置的滤色片座23、起偏器24、偏振狭缝转换器21、偏振狭缝孔径光阑22、聚光镜孔径光阑25和聚光镜26组成，偏振狭缝孔径光阑22是安装在偏振狭缝转换器21上，可以旋转与水平移动，偏振狭缝转换器21上还设有透射通孔，若干个偏振狭缝孔径光阑22位于所述聚光镜26的前焦平面，偏振狭缝孔径光阑22的通光区域分为两个区，分别是完全透射区T与偏光亮度调制区P，偏光亮度调制区P内的亮度着图3中的起偏器24的旋转而改变，达到亮度调制目的，而完全透射区T则不受图3中的起偏器24的旋转而改变。偏振狭缝转换器21内分别是10X、20X、40X偏振狭缝孔径光阑，可适应不同倍率物镜观察的要求；透射通孔的设置，便于传统明视场观察。滤色片座23是用于安装各种滤色片，以改变图像衬底。聚光镜孔径光阑25适应于传统明视场透射观察，调制相衬观察时需开启至最大通光口径。
[0037]载物台3，是用于承载观察的样品或培养器皿，载物台具有纵、横向移动功能，其中纵向移动范围不小于75mm,横向移动范围不小于135mm,其它相关技术参数符合GB/T2985-生物显微镜标准中载物台的技术要求。
[0038]目镜4是双目观察镜，采用铰链式结构，配置广角平场目镜，视场数为22，单边视度可在-5?+5个视度范围内调节，目镜瞳距可在48mm?75mm之间任意调节。目镜筒倾斜角度为45度。
[0039]粗微动调焦机构5，可通过旋转粗动手轮或微动调焦手轮，使物镜相对载物平台升降，以达到聚焦的目的，其中微动调焦手轮的微动格值为0.002mm,调焦机构中设置了粗动松紧调节与限位装置，其中松紧调节装置用于调节粗动调节手轮的扭矩，防止载物平台自上而下移动，又称为“自流”。限位装置是用于防止转换物镜时，高倍物镜碰撞载物平台而损坏物镜，也便于操作不同物镜时能够快速聚焦。[0040]所述的物镜组6，位于载物台下方，主要包括10X、20X、40X调制相衬物镜与IOX明视场观察物镜，其中调制相衬物镜是本实用新型专利的核心部件之一，结构示意见图5。调制相衬物镜为无限远平场消色差物镜光学结构，调制相衬物镜包括物镜调制器61。物镜组6所包含的各个调制相衬物镜的后焦平面设计为同一相对平面，在后焦平面上设置物镜调制器，如图5所示，物镜调制器61是由调制片与金属座组成，调制片采用光学通透性较强的玻璃材质作为基体，再在其表面镀制不同通光口径、透射率的膜层，使其分为三个通光区，如图6所示，分别为透射区(B)，遮光区(D)，灰度区(G)，通过偏振狭缝孔径光阑的直射与衍射光束通过具有相位梯度变化的观察样品后聚集在物镜调制器的G、B两区，D区是不透光，光束中的直射光部分完全通过G区，其亮度不受图3中的起偏器24的旋转而改变，衍射光束在透过B区时，受到图3中的起偏器24的旋转而改变，因而使样品目标的轮廓与背景形成明显的相位梯度变化，但光束均不发生相位提前或滞后变化，仅仅是将光强度的变化作用于观察物体的相位梯度变化，从而表现为图像的衬度变化。
[0041]使用时，照明器I的集光光束通过起偏器24后，形成线性偏振光，再通过设置在聚光镜26的前焦平面的偏振狭缝孔径光阑的P区，由于在偏振狭缝孔径光阑的P区设置了偏振器(相当于检偏器)，使偏振光的相对偏振角度随起偏器的旋转而改变，以实现控制偏振狭缝孔径光阑的P区透射光束亮度的变化，即调制光强度。
[0042]所述的摄影摄像输出端口 7是用于显微镜图像采集时的光学输出端，配合专用的摄影卡口或适配器，可以连接CCD摄像仪、数码相机或数码单反相机、普通相机。摄影摄像系统采用100%通光，可通过本装置所设置的切换拉杆进行目视观察与摄影操作。
[0043]本实施例还可以包括电器部分，电器部分主要包括亮度调节旋钮，电源控制开关，电源插座及电源控制与保护电器原件。本实用新型的产品输入电压分为三类:230V50/60Hz, 110V/50/60Hz, 85?265V宽电压电源，输出的功率为6V30W (卤素灯专用)或
3.5V5W (LED照明器专用)。
[0044]实施例2:
[0045]转盘式偏振光调制相衬显微镜
[0046]如图7?9所示，本实施例的转盘式偏振光调制相衬显微镜，包括照明器1、聚光镜组2、载物台3、目镜组4、粗微动调焦机构5、物镜组6、摄影摄像输出端口 7。聚光镜组2采用转盘式结构，主要由自下而上顺序设置的聚光镜26、聚光镜孔径光阑25、偏振狭缝转换器21、偏振狭缝孔径光阑22、起偏器24组成。偏振狭缝孔径光阑22安装在偏振狭缝转换器21上，可以旋转与水平移动。本实施例与实施例1的聚光镜组相比，主要区别在于偏振狭缝孔径光阑转换方式采用旋转切换，偏振狭缝转换器中也设置了 10X、20X、40X偏振狭缝孔径光阑与透射通孔。
[0047]本实施例2的其余部分，与实施例1相同，在此不再赘述。
[0048]本实用新型设计的一种偏振光调制相衬显微镜，适用于现有透射正置生物、荧光，倒置生物、荧光显微观察技术。拉板式与转盘式两种结构模式的选择，用以适应不同用户的要求。
[0049]最后应说明的是:以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种偏振光调制相衬显微镜，包括照明器、载物台和目镜，其特征于还包括: 物镜组，其位于载物台下方，包括若干个具有一致性后焦平面的调制相衬物镜，调制相衬物镜包括物镜调制器，所述物镜调制器设置于所述各个调制相衬物镜的一致性后焦平面上； 聚光镜组，其位于照明器与载物台之间，包括自上而下顺序设置的起偏器、偏振狭缝转换器、聚光镜孔径光阑和聚光镜，所述偏振狭缝转换器上设有若干个与各调制相衬物镜对应的偏振狭缝孔径光阑。
2.根据权利要求1所述的偏振光调制相衬显微镜，其特征在于，所述偏振狭缝转换器是拉板式转换器或转盘式转换器，所述偏振狭缝转换器上还设有用于明视场观察的透射通孔。
3.根据权利要求1所述的偏振光调制相衬显微镜，其特征在于，所述聚光镜组还包括设置于起偏器上方的滤色片座。
4.根据权利要求1所述的偏振光调制相衬显微镜，其特征在于，所述物镜组还包括明视场观察物镜。
5.根据权利要求1所述的偏振光调制相衬显微镜，其特征在于，若干个调制相衬物镜分别是10X、20X、40X调制相衬物镜，偏振狭缝转换器上若干个偏振狭缝孔径光阑分别是10X.20X.40X偏振狭缝孔径光阑。
6.根据权利要求1所述的偏振光调制相衬显微镜，其特征在于，所述若干个偏振狭缝孔径光阑位于所述聚光镜的前焦平面，偏振狭缝孔径光阑内分为两个区，分别是完全透射区与偏光亮度调制区。
7.根据权利要求1所述的偏振光调制相衬显微镜，其特征在于，所述目镜是双目观察镜，为铰链式结构。
8.根据权利要求1所述的偏振光调制相衬显微镜，其特征在于，还包括用于调节物镜组相对于载物台升降的粗微动调焦机构。
9.根据权利要求8所述的偏振光调制相衬显微镜，其特征在于，所述粗微动调焦机构包括粗动松紧调节装置和限位装置。
10.根据权利要求1所述的偏振光调制相衬显微镜，其特征在于，还包括用于显微镜图像采集时光学输出的摄影摄像输出端口。
【文档编号】G02B21/02GK203561790SQ201320664777
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年10月24日 优先权日:2013年10月24日
【发明者】李弥高, 黄文勇, 胡丽娟, 黄敏键 申请人:广州粤显光学仪器有限责任公司