CN107300760A - 一种偏光显微成像装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种偏光显微成像装置及方法。该装置包括从下至上依次设置的LCD液晶面板、样品载物台、显微物镜、镜筒透镜、相机、计算机；其中LCD液晶面板的中心位于显微物镜、镜筒透镜的中心轴线上；LCD液晶面板和相机均与计算机连接。方法为：将待成像的样品置于样品载物台，计算机向LCD液晶面板发送控制信号，使LCD液晶面板产生需要的照明图案，透过样品载物台被显微物镜收集，并进行放大成像后入射至透镜，计算机驱动相机对穿过透镜的样品图像进行采样，相机将采集的样品图像经过数据线输入计算机进行显示，观察者对计算机显示器的样品图像进行观看。本发明结构简单、成本低、成像效果好，能够对样品实现偏光显微观看。
Description
技术领域
本发明属于光学显微成像技术领域，特别是一种偏光显微成像装置及方法。
背景介绍
显微镜作为一种通用的观察、计量仪器，其应用早就渗透到我们身边的各行各业中，它是当今社会的“物化法官”，又是一把“探索微观世界的钥匙”。随着人类观察物质世界向着微米、纳米尺度迈进，对微小物体三维观测的需要推动着立体显微成像技术的发展。偏光成像、LED阵列成像是比较常见的两种显微成像方法，其对应的显微镜分别称为偏光显微镜与LED阵列显微镜。偏光显微镜是用于研究所谓透明与不透明各向异性材料的一种显微镜。主要用于检测具有双折射性的物质，如纤维丝、纺锤体、胶原、染色体等等(尹思慈,阮锡根,孙成志,等.应用偏光显微镜测定木材纤维胞壁的纤丝角[J].林业科学,1986,22(2):209-212.)。传统偏光显微镜需在入射光路中添加偏振片(起偏器)，使显微镜的照明光线为线偏振光，成像光路中加入检偏器(一个偏振方向与起偏器垂直的的起偏器)，观察单折射的物质时，由于两个偏振片是垂直的，显微镜里看不到光线，而放入双折射性物质时，由于光线通过这类物质时发生偏转，因此便能检测到这种物体。
虽然传统偏光显微镜具备传统明场显微镜所不具备的功能，但是这需要显微光路中附加一些光学元件，如：环状光阑等，这就无形中增加了光路调节的复杂度。特别是相差显微镜中的环状光阑尺寸需要与每个物镜单独匹配，如果系统中有4个不同倍率的物镜，则需要分别配备四种不同尺寸的环状光阑与之相配。显然，这使得聚光镜的结构变得日益复杂，元件数目越来越多，成本也随之越来越高。这种复杂的聚光镜结构一般需要熟练的显微镜工作者进行操作，并需要针对标本的差异和物镜的不同进行实践、校正，存在操作复杂，工序繁琐的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低、成像效果好的偏光显微成像装置及方法，对样品实现偏光显微观看。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种偏光显微成像装置，包括LCD液晶面板、样品载物台、显微物镜、镜筒透镜、相机和计算机；其中LCD液晶面板、样品载物台、显微物镜、镜筒透镜、相机从下至上依次设置，且LCD液晶面板的中心位于显微物镜、镜筒透镜的中心轴线上；LCD液晶面板和相机均与计算机连接；
将待成像的样品置于样品载物台，计算机向LCD液晶面板发送控制信号，使LCD液晶面板产生照明图案，该照明图案的照明光透过样品载物台被显微物镜收集，显微物镜将收集的照明光进行放大后入射至镜筒透镜，计算机驱动相机对穿过镜筒透镜的样品图像进行采样，相机将采集的样品图像经过数据线输入计算机进行显示，观察者对计算机显示的样品图像进行偏光显微观看。
优选地，所述LCD液晶面板的尺寸为70mm×110mm，提供单色图案照明或多色图案同时照明。
优选地，所述LCD液晶面板距离样品载物台上表面的垂直距离为30～35mm。
优选地，所述相机的CCD镜头位于镜筒透镜的后焦面上。
一种基于偏光显微成像装置的显微成像方法，步骤如下：
步骤1，在显微物镜与样品载物台之间插入一个线偏振片，该线偏振片与光轴保持垂直；
步骤2，对LCD液晶面板的位置进行标记，使LCD液晶面板中央圆形区域的像素点区域透光，该圆形区域的面积为显微物镜的聚光镜孔径光阑的2倍；
步骤3，样品载物台上不放置任何样品，旋转线偏振片，直到显微物镜视场中的样品完全变为黑暗；
步骤4，将待成像的样品置于样品载物台，计算机向LCD液晶面板发送控制信号，使LCD液晶面板产生照明图案，该照明图案的照明光透过样品载物台被显微物镜收集；
步骤5，显微物镜将收集的照明光进行放大后入射至镜筒透镜，计算机驱动相机对穿过镜筒透镜的样品图像进行采样，相机将采集的样品图像经过数据线输入计算机进行显示，观察者对计算机显示的样品图像进行偏光显微观看即可得到相衬显微成像结果。
进一步地，步骤2所述对LCD液晶面板的位置进行标记，具体如下：
(1)首先建立坐标系xoy，坐标原点o位于LCD液晶面板的中央；
(2)对于任意一个像素点P，其位置坐标为(Px,Py)，定义像素点P所对应的照明数值孔径NAi为：
其中，f代表显微物镜的聚光镜焦距，θi为像素点P所发出的光照射样品的角度；
(3)每个像素点P的照明数值孔径NAi决定了P所发出的光照射样品的角度θi：
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)不需要附额外的光学元件如环形光阑和微透镜阵列，结构简单、成本低；(2)成像效果好，能够对样品实现偏光显微观看。
附图说明
图1本发明偏光显微成像装置的结构示意图。
图2是本发明的LCD液晶面板中每个像素点的坐标系示意图。
图3是本发明的偏光显微成像装置中LCD液晶面板的显示图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
结合图1，本发明立体显微成像装置，包括LCD液晶面板1、样品载物台2、显微物镜3、镜筒透镜4、相机5和计算机6；其中LCD液晶面板1、样品载物台2、显微物镜3、镜筒透镜4、相机5从下至上依次设置，且LCD液晶面板1的中心位于显微物镜3、镜筒透镜4的中心轴线上；LCD液晶面板1和相机5均与计算机6连接；
将待成像的样品置于样品载物台2，计算机6向LCD液晶面板1发送控制信号，使LCD液晶面板1产生照明图案，该照明图案的照明光透过样品载物台2被显微物镜3收集，显微物镜3将收集的照明光进行放大后入射至镜筒透镜4，计算机6驱动相机5对穿过镜筒透镜4的样品图像进行采样，相机5将采集的样品图像经过数据线输入计算机6进行显示，观察者对计算机6显示的样品图像进行偏光显微观看。
优选地，所述LCD液晶面板1的尺寸为70mm×110mm，提供单色图案照明或多色图案同时照明。
优选地，所述LCD液晶面板1距离样品载物台2上表面的垂直距离为30～35mm。
优选地，所述相机5的CCD镜头位于镜筒透镜5的后焦面上。
一种基于权利要求1所述偏光显微成像装置的显微成像方法，步骤如下：
步骤1，在显微物镜3与样品载物台2之间插入一个线偏振片，该线偏振片与光轴保持垂直；
步骤2，对LCD液晶面板1的位置进行标记，使LCD液晶面板1中央圆形区域的像素点区域透光，该圆形区域的面积为显微物镜3的聚光镜孔径光阑的2倍；
步骤3，样品载物台2上不放置任何样品，旋转线偏振片，直到显微物镜3视场中的样品完全变为黑暗；
步骤4，将待成像的样品置于样品载物台2，计算机6向LCD液晶面板1发送控制信号，使LCD液晶面板1产生照明图案，该照明图案的照明光透过样品载物台2被显微物镜3收集；
步骤5，显微物镜3将收集的照明光进行放大后入射至镜筒透镜4，计算机6驱动相机5对穿过镜筒透镜4的样品图像进行采样，相机5将采集的样品图像经过数据线输入计算机6进行显示，观察者对计算机6显示的样品图像进行偏光显微观看即可得到相衬显微成像结果。
进一步地，步骤2所述对LCD液晶面板1的位置进行标记，具体如下：
(1)首先建立坐标系xoy，坐标原点o位于LCD液晶面板1的中央；
(2)对于任意一个像素点P，其位置坐标为(Px,Py)，定义像素点P所对应的照明数值孔径NAi为：
其中，f代表显微物镜3的聚光镜焦距，θi为像素点P所发出的光照射样品的角度；
(3)每个像素点P的照明数值孔径NAi决定了P所发出的光照射样品的角度θi：
实施例1
下面结合附图详细介绍该发明装置和实现对样品偏光显微观看的步骤。
(1)结合附图详细介绍该发明装置：
结合图1，本发明立体显微成像装置，包括LCD液晶面板1、样品载物台2、显微物镜3、镜筒透镜4、相机5和计算机6；其中LCD液晶面板1、样品载物台2、显微物镜3、镜筒透镜4、相机5从下至上依次设置，且LCD液晶面板1的中心位于显微物镜3、镜筒透镜4的中心轴线上；LCD液晶面板1和相机5均与计算机6连接；
将待成像的样品置于样品载物台2，计算机6向LCD液晶面板1发送控制信号，使LCD液晶面1板产生所需要的照明图案，该照明光透过样品载物台被显微物镜3收集，显微物镜3将收集的照明光进行放大入射至镜筒透镜4，计算机6驱动相机5对穿过镜筒透镜4的样品图像进行采样，相机5将采集的样品图像经过数据线输入计算机6进行显示，观察者对计算机6显示的样品图像进行偏光显微观看。在进行具体成像前，必须对LCD液晶面板1的位置进行标记，首先建立坐标系，坐标原点位于LCD液晶面板1中央。对于任意一个像素点P，其位置坐标为(Px,Py)，定义该点所对应的照明数值孔径为对于基于LCD液晶面板1的可编程显微镜聚光镜装置而言，f代表聚光镜的焦距。每个像素点P的照明数值孔径决定了其所发出的光学照射样品的角度LCD液晶面板1尺寸为70mm×110mm，可提供单色图案照明也可提供多色图案同时照明。LCD液晶面板1距离样品载物台2上表面的距离约为32mm。相机6的CCD镜头位于镜筒透镜4的后焦面上。图2是本发明的LCD液晶面板中每个像素点的坐标系示意图。图3是本发明的偏光显微成像装置中LCD液晶面板所需显示的指定图案，圆形区域的圆心像素位置坐标为(Px,Py)，半径为R。其中红色虚线部分代表的是显微物镜的数值孔径区域NAobj。
(2)实现对该装置所呈现的物体观看的具体步骤包括：
步骤一：在成像光路显微物镜3插入一个线偏振片，并与光轴保持垂直。
步骤二：对于基于LCD液晶面板1的可编程显微镜聚光镜装置，使其中央圆形区域的像素点区域透光即可(其余部分不透光)。该圆形区域的大小正比于聚光镜孔径光阑的大小，一般而言要略小于显微物镜3的数值孔径。
步骤三：样品载物台2上不放置任何样品，旋转线偏振片，直到视场完全变为黑暗。
步骤四：在此配置下，放入待观察样品，采用相机5拍摄，观看计算机6显示器即可得到相衬显微成像结果。
本发明结构简单、成本低、不需要附额外的光学元件如环形光阑和微透镜阵列，成像效果好，能够对样品实现偏光显微观看。
Claims (6)
1.一种偏光显微成像装置，其特征在于，包括LCD液晶面板(1)、样品载物台(2)、显微物镜(3)、镜筒透镜(4)、相机(5)和计算机(6)；其中LCD液晶面板(1)、样品载物台(2)、显微物镜(3)、镜筒透镜(4)、相机(5)从下至上依次设置，且LCD液晶面板(1)的中心位于显微物镜(3)、镜筒透镜(4)的中心轴线上；LCD液晶面板(1)和相机(5)均与计算机(6)连接；
将待成像的样品置于样品载物台(2)，计算机(6)向LCD液晶面板(1)发送控制信号，使LCD液晶面板(1)产生照明图案，该照明图案的照明光透过样品载物台(2)被显微物镜(3)收集，显微物镜(3)将收集的照明光进行放大后入射至镜筒透镜(4)，计算机(6)驱动相机(5)对穿过镜筒透镜(4)的样品图像进行采样，相机(5)将采集的样品图像经过数据线输入计算机(6)进行显示，观察者对计算机(6)显示的样品图像进行偏光显微观看。
2.根据权利要求1所述的偏光显微成像装置，其特征在于，所述LCD液晶面板(1)的尺寸为70mm×110mm，提供单色图案照明或多色图案同时照明。
3.根据权利要求1所述的偏光显微成像装置，其特征在于，所述LCD液晶面板(1)距离样品载物台(2)上表面的垂直距离为30～35mm。
4.根据权利要求1所述的偏光显微成像装置，其特征在于，所述相机(5)的CCD镜头位于镜筒透镜(5)的后焦面上。
5.一种基于权利要求1所述偏光显微成像装置的显微成像方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1，在显微物镜(3)与样品载物台(2)之间插入一个线偏振片，该线偏振片与光轴保持垂直；
步骤2，对LCD液晶面板(1)的位置进行标记，使LCD液晶面板(1)中央圆形区域的像素点区域透光，该圆形区域的面积为显微物镜(3)的聚光镜孔径光阑的2倍；
步骤3，样品载物台(2)上不放置任何样品，旋转线偏振片，直到显微物镜(3)视场中的样品完全变为黑暗；
步骤4，将待成像的样品置于样品载物台(2)，计算机(6)向LCD液晶面板(1)发送控制信号，使LCD液晶面板(1)产生照明图案，该照明图案的照明光透过样品载物台(2)被显微物镜(3)收集；
步骤5，显微物镜(3)将收集的照明光进行放大后入射至镜筒透镜(4)，计算机(6)驱动相机(5)对穿过镜筒透镜(4)的样品图像进行采样，相机(5)将采集的样品图像经过数据线输入计算机(6)进行显示，观察者对计算机(6)显示的样品图像进行偏光显微观看即可得到相衬显微成像结果。
6.根据权利要求5中所述的偏光显微成像方法，其特征在于，步骤2所述对LCD液晶面板(1)的位置进行标记，具体如下：
(1)首先建立坐标系xoy，坐标原点o位于LCD液晶面板(1)的中央；
(2)对于任意一个像素点P，其位置坐标为(Px,Py)，定义像素点P所对应的照明数值孔径NAi为：
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其中，f代表显微物镜(3)的聚光镜焦距，θi为像素点P所发出的光照射样品的角度；
(3)每个像素点P的照明数值孔径NAi决定了P所发出的光照射样品的角度θi：
<mrow>
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20171027 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |