CN108572143A - 全偏振测量显微镜 - Google Patents

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    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
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Abstract

本发明公开了一种全偏振测量显微镜，其特征在于，包括沿入射光方向依次设置的准直透镜、滤波片、物镜、偏振调制组合、成像镜以及CCD相机，待测样品设置在所述滤波片和所述物镜之间，所述物镜和成像镜具有放大倍数；其中，所述偏振调制组合包括沿入射光方向依次设置的第一改进型萨瓦偏光镜、半波片、第二改进型萨瓦偏光镜以及偏振片。本发明采用静态的偏振调制组合替代光电调制***或者旋转***，只需一次测量，便可获取目标全部的偏振信息。

Description

全偏振测量显微镜
技术领域
本发明涉及光学图像处理领域。更具体地说，本发明涉及一种全偏振测量显微镜。
背景技术
用于测量样品偏振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，但是目前一般采用旋转器件或者电控调制器件与显微镜结合，这种结构存在以下不足：
1.需要多次测量，才能获取目标的全部偏振图像；
2.多次测量易产生测量误差；
3.测量***含有精密的电控设备，***相对复杂和昂贵；
4.不能对活体目标或者运动场景进行实时探测。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种只需一次测量，便可获取目标全部的偏振信息的全偏振测量显微镜。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种全偏振测量显微镜，包括沿入射光方向依次设置的准直透镜、滤波片、物镜、偏振调制组合、成像镜以及CCD相机，待测样品设置在所述滤波片和所述物镜之间，所述物镜和成像镜具有放大倍数；
其中，所述偏振调制组合包括沿入射光方向依次设置的第一改进型萨瓦偏光镜、半波片、第二改进型萨瓦偏光镜以及偏振片；
光源发出的光通过准直透镜后变成入射方向为Z轴的平行光，所述平行光经过所述滤波片后变成窄带平行光照射到待测样品上，物镜收集穿过待测样品的透射光，所述透射光经过所述第一改进型萨瓦偏光镜后分解成入射方向分别为X轴和Y轴的两束等强度振动的、互相垂直的线偏振光，所述两束线偏振光穿过快轴方向为22.5°的半波片后偏振方向沿着顺时针方向旋转45°，再经过所述第二改进型萨瓦偏光镜后被分解成分别沿X轴和Y轴的等强度振动的四束线偏振光，经过偏振方向为与X轴正方向成22.5°的偏振片后，所述四束线偏振光的偏振方向取向均相同，所述四束线偏振光经过成像镜，即在CCD相机上形成干涉图像。
优选地，所述第一改进型萨瓦偏光镜和所述第二改进型萨瓦偏光镜均包括等厚度的第一单轴晶板、第二单轴晶板以及设置在所述第一单轴晶板和所述第二单轴晶板之间的半波板，所述第一单轴晶板和所述第二单轴晶板的光轴均在XZ平面且与Z轴成45°角，第一单轴晶板的光轴取向分别与X、Z轴正向成45°角；第二单轴晶板的光轴取向分别与X轴正向、Z轴负向成45°角，所述第一单轴晶板和所述第二单轴晶板的光轴互相垂直，所述半波板的光轴与X、Y轴正向成45°角。
优选地，所述干涉图像的强度由公式1表示：
其中，所述S0、S1、S2以及S3分别为四束线偏振光的Stokes分量，Ω为所述偏振调制组合的载频，λ为入射光波长，f为成像镜的焦距，xi为像面处横坐标、yi为像面处纵坐标。
优选地，所述物镜为放大倍数为10X、20X、40X的物镜中的一种。
优选地，还包括用于显微镜图像采集时光学输出的摄影输出端口。
本发明至少包括以下有益效果：本发明采用静态的偏振调制组合替代光电调制***或者旋转***，只需一次测量，便可获取目标全部的偏振信息，解决了运动目标和动态场景的偏振信息无法实时获取的问题。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明偏振谱测量显微镜的一种光路结构图；
图2为本发明所述偏振调制组合的光路结构图；
图3为本发明偏振谱测量显微镜的另一种光路结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1-2所示，本发明提供一种全偏振测量显微镜，包括沿入射光方向依次设置的准直透镜、滤波片、物镜、偏振调制组合、成像镜以及CCD相机，待测样品设置在所述滤波片和所述物镜之间，所述物镜和成像镜具有放大倍数；
其中，所述偏振调制组合包括沿入射光方向依次设置的第一改进型萨瓦偏光镜(MSPl)、半波片(HWP)、第二改进型萨瓦偏光镜(MSP2)以及偏振片(A)；
光源发出的光通过准直透镜后变成入射方向为Z轴的平行光，所述平行光经过所述滤波片后变成窄带平行光照射到待测样品上，物镜收集穿过待测样品的透射光，所述透射光经过所述第一改进型萨瓦偏光镜后分解成入射方向分别为X轴和Y轴的两束等强度振动的、互相垂直的线偏振光，所述两束线偏振光穿过快轴方向为22.5°的半波片后偏振方向沿着顺时针方向旋转45°，再经过所述第二改进型萨瓦偏光镜后被分解成分别沿X轴和Y轴的等强度振动的四束线偏振光，经过偏振方向为与X轴正方向成22.5°的偏振片后，所述四束线偏振光的偏振方向取向均相同，所述四束线偏振光经过成像镜，即在CCD相机上形成干涉图像，半波片的快轴方向为22.5°时，第二改进型萨瓦偏光镜才能从半波片射出的两束光线分成等强度的四束光(eoeo、oeeo、eooe、oeoe)。
所述第一改进型萨瓦偏光镜和所述第二改进型萨瓦偏光镜均包括等厚度的第一单轴晶板、第二单轴晶板以及设置在所述第一单轴晶板和所述第二单轴晶板之间的半波板，所述第一单轴晶板和所述第二单轴晶板的光轴均在XZ平面且与Z轴成45°角，第一单轴晶板的光轴取向分别与X、Z轴正向成45°角；第二单轴晶板的光轴取向分别与X轴正向、Z轴负向成45°角，所述第一单轴晶板和所述第二单轴晶板的光轴互相垂直，所述半波板的光轴与X、Y轴正向成45°角。半波板具有位相延迟和扩大视场的双重作用；左板中的寻常光(o光)经过半波板后变成非寻常光(e光)，反之亦然。这种结构可以使视场扩大到±10°左右，从而保障在远场中的干涉条纹仍为等间隔的直条纹。此外，两条出射光线eo和oe之间的距离为横向剪切量，为2Δ(Δ是单板剪切量)。
所述干涉图像的强度由公式1表示：
其中，所述S0、S1、S2以及S3分别为四束线偏振光的Stokes分量，Ω为任意一个改进型萨瓦偏光镜的载频，由于两个改进型萨瓦偏光镜的结构一样，因此其载频一样，λ为入射光波长，f为成像镜的焦距，xi为像面处横坐标、yj为像面处纵坐标。
偏振片一定要倾斜45°，这样获得的干涉图对比度才最高，此时干涉图像的强度由公式2表示。在四个Stokes参量S0～3中，一般认为S0是强度分量，S1～3为偏振分量.从(2)式中可知，S2～3的空域调制系数仅是S1的一半，这将导致在相同的噪声水平下，反演出来的S2～3的信噪比明显低于S1，不利于全部偏振信息的探测。
所述物镜为放大倍数为10X、20X、40X的物镜中的一种。
还包括用于显微镜图像采集时光学输出的摄影输出端口。
如图3所示，在一个实施例中，光源LED射出的入射光与从样品表面反射的反射光之间存在一定的夹角，由于偏振特性在所示夹角变化时会发生一定量的不同，因此实际进行偏振测量时，通过多次调节入射光的射入角度来获取更全面的偏振特性。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.一种全偏振测量显微镜，其特征在于，包括沿入射光方向依次设置的准直透镜、滤波片、物镜、偏振调制组合、成像镜以及CCD相机，待测样品设置在所述滤波片和所述物镜之间，所述物镜和成像镜具有放大倍数；
其中，所述偏振调制组合包括沿入射光方向依次设置的第一改进型萨瓦偏光镜、半波片、第二改进型萨瓦偏光镜以及偏振片；
光源发出的光通过准直透镜后变成入射方向为Z轴的平行光，所述平行光经过所述滤波片后变成窄带平行光照射到待测样品上，物镜收集穿过待测样品的透射光，所述透射光经过所述第一改进型萨瓦偏光镜后分解成入射方向分别为X轴和Y轴的两束等强度振动的、互相垂直的线偏振光，所述两束线偏振光穿过快轴方向为22.5°的半波片后偏振方向沿着顺时针方向旋转45°，再经过所述第二改进型萨瓦偏光镜后被分解成分别沿X轴和Y轴的等强度振动的四束线偏振光，经过偏振方向为与X轴正方向成22.5°的偏振片后，所述四束线偏振光的偏振方向取向均相同，所述四束线偏振光经过成像镜，即在CCD相机上形成干涉图像。
2.如权利要求1所述的全偏振测量显微镜，其特征在于，所述第一改进型萨瓦偏光镜和所述第二改进型萨瓦偏光镜均包括等厚度的第一单轴晶板、第二单轴晶板以及设置在所述第一单轴晶板和所述第二单轴晶板之间的半波板，所述第一单轴晶板和所述第二单轴晶板的光轴均在XZ平面且与Z轴成45°角，第一单轴晶板的光轴取向分别与X、Z轴正向成45°角；第二单轴晶板的光轴取向分别与X轴正向、Z轴负向成45°角，所述第一单轴晶板和所述第二单轴晶板的光轴互相垂直，所述半波板的光轴与X、Y轴正向成45°角。
3.如权利要求1所述的全偏振测量显微镜，其特征在于，所述干涉图像的强度由公式1表示：
其中，所述S0、S1、S2以及S3分别为四束线偏振光的Stokes分量，Ω为所述偏振调制组合的载频，λ为入射光波长，f为成像镜的焦距，xi为像面处横坐标、yi为像面处纵坐标。
4.如权利要求1所述的全偏振测量显微镜，其特征在于，所述物镜为放大倍数为10X、20X、40X的物镜中的一种。
5.如权利要求1所述的全偏振测量显微镜，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输出端口。
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