[发明专利]一种偏光显微成像装置及方法

说明书

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(P_x,P_y)，定义像素点P所对应的照明数值孔径NA_i为：

其中，f代表显微物镜的聚光镜焦距，θ_i为像素点P所发出的光照射样品的角度；