专利名称：图像偏振谱显微镜的制作方法
技术领域：
本发明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
本发明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。
为了达到本发明的目的，本发明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。
本发明具有的有益效果是
本发明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。
图1是本发明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是本发明的另一种结构原理示意图。
图4是利用单片机控制TRM-m-l-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。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明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l 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CCD6，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。实施例l
图1示出了本发明的原理结构图，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，《为光线入射待测样 品前的线偏振的角度，《为光线出射待测样品后的线偏振的角度。
实施例2
图3是本发明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CCD6，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，说明本发明反射式结构的具体实施方案，但本发明 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示出了本发明的原理结构图，光源系统入射光l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CCD6，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。 本发明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-l-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lk 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100 ohm电阻和开关串联接电源)，10脚接MAX232E的 R2out(9脚)，11脚接MAX232E的T2inlO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luF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。
权利要求
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(l)、 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(l) 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4所述的一种图像偏振谱显微镜，其特征在于入射光(l)、 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。
全文摘要
本发明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。
文档编号G01N21/21GK101441170SQ20081016343
公开日2009年5月27日 申请日期2008年12月22日 优先权日2008年12月22日
发明者李宇波, 杨建义, 江晓清, 昊 王, 王明华, 贾文建 申请人:浙江大学