电控液晶级联芯片、其制备方法和使用其的偏光显微镜技术

本发明专利技术公开了一种电控液晶级联芯片，包括由多个平行设置的电控液晶微镜组成的电控液晶微镜组，多个电控液晶微镜的光轴在垂直方向上重合，相邻两个电控液晶微镜的放置方向相反，每个电控液晶微镜包括从上到下平行设置的第一基片、图案电极、第一定向层、液晶层、第二定向层、公共电极、以及第二基片，在从上到下的方向上，各个电控液晶微镜中图案电极的孔径逐渐减小，各个电控液晶微镜的图案电极和公共电极的一端分别连接到外部电压信号U1，U2，…，Un，其中n表示电控液晶微镜组中电控液晶微镜的总数。本发明专利技术克服了机械移动或转动控光所带来的诸多弊端，并具有成像波束调控效能高、成像光场适应性好、成像系统体积和质量小、环境适应性好的优点。

Electronic controlled liquid crystal cascade chip, its preparation method and polarizing microscope using it

【技术实现步骤摘要】
电控液晶级联芯片、其制备方法和使用其的偏光显微镜
本专利技术属于显微成像
，更具体地，涉及一种电控液晶级联芯片、其制备方法和使用其的偏光显微镜。
技术介绍
在现今的光学显微成像领域，偏光显微镜得到了日益广泛的应用。为了实现不同放大倍率下的操作，现有的偏光显微镜通常是需要手动更换不同倍率的物镜或对物镜进行机械调焦操作，而在对具有强散射特征的活性生物质(如典型的细胞组织或基因等)进行观测时，需要在成像光路中加入具有成像光波从优振动取向适配能力的偏光片或偏光镜组。然而，上述偏光显微镜都存在一些不可避免的缺陷：第一，其显微放大成像能力是固定(典型的如5倍、10倍等放大倍率)且不能精细调节的；第二，显微物镜的通光孔径伴随该偏光显微镜的固定放大倍率而同样呈现断续性，从而导致成像的匹配性差；第三，显微物镜的结构尺寸大、响应慢、机械惯性大、物理状态转换时间长，这会导致在需要更换成像镜头、调焦操作、或加入偏振片或偏振镜组后，无法进行光学状态的任意切入或跳变(例如直接需要从5倍调节到22倍等)，调焦的机械运动会影响成像操作稳定性；第四，伴随着更换成像镜头或调焦过程的连续进行，在长焦或短焦端的像质常显著降低；第五、更换成像镜头、调焦操作、或加入偏振片或偏振镜组会导致成像过程中断，造成成像完整性和实时性差，因此使得该种显微物镜不适用于活性生物质的快速过程检测；第六，更换成像镜头、调焦操作、或加入偏振片或偏振镜组会导致无法快速调变景深以及可清晰成像的像场深度；第七，更换成像镜头、调焦操作、或加入偏振片或偏振镜组会导致无法快速切换成像面或对焦面而对不同深度处的微纳目标清晰成像；第八，更换成像镜头、调焦操作、或加入偏振片或偏振镜组会导致无法实现快速调变成像视场；第九，显微镜的体积和质量大，操作繁杂；第十，更换成像镜头、调焦操作、或加入偏振片或偏振镜组都需要在开放性的工作环境中进行，这会导致有密闭性要求的成像目标受环境干扰甚至污染。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种电控液晶级联芯片、其制备方法和使用其的偏光显微镜，其目的在于，解决现有偏光显微镜中存在的上述技术问题，其工作过程中无需更换成像镜头或执行机械调焦操作，也无需加入偏振片或偏振镜组，从而克服了机械移动或转动控光所带来的诸多弊端，并具有成像波束调控效能高、成像光场适应性好、成像系统体积和质量小、环境适应性好的优点。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种电控液晶级联芯片，包括由多个平行设置的电控液晶微镜组成的电控液晶微镜组，多个电控液晶微镜的光轴在垂直方向上重合，相邻两个电控液晶微镜的放置方向相反，每个电控液晶微镜包括从上到下平行设置的第一基片、图案电极、第一定向层、液晶层、第二定向层、公共电极、以及第二基片，在从上到下的方向上，各个电控液晶微镜中图案电极的孔径逐渐减小，各个电控液晶微镜的图案电极和公共电极的一端分别连接到外部电压信号U1，U2，…，Un，其中n表示电控液晶微镜组中电控液晶微镜的总数。优选地，所述电控液晶级联芯片进一步包括分别设置在电控液晶微镜组顶部和底部的第一增透膜和第二增透膜。优选地，所有电控液晶微镜的图案电极的形状完全相同，图案电极的形状是圆环形或者方环形。优选地，对于每个电控液晶微镜而言，其公共电极的形状和大小与其图案电极的形状和大小完全对应。优选地，在需要调节偏光显微镜的通光孔径时，需要对该通光孔径大小对应的图案电极加电，并进行调节操作，在需要调节偏光显微镜的像质时，需要对多个图案电极中的至少两个加电，并进行调节操作。优选地，电控液晶级联芯片是封装在壳体内，该壳体的顶部和底部别设置有第一光窗和第二光窗，壳体的侧方设置有电子学接口，用于从电控液晶级联芯片中的各个电控液晶微镜上引出电线并连接到外部电压，壳体顶部/底部的圆周上设置有标识符，用于指示孔径最大的图案电极靠近该壳体的顶部/底部。按照本专利技术的另一方面，提供了一种电控液晶级联芯片实现的偏光显微镜，包括沿光轴方向顺序平行设置的第一物镜、第二物镜、上述电控液晶级联芯片、以及光敏阵列，待测物被放置在第一物镜远离第二物镜的一侧。按照本专利技术的又一方面，提供了一种电控液晶级联芯片实现的偏光显微镜，包括沿光轴方向顺序平行设置的、上述电控液晶级联芯片、第一物镜、第二物镜、以及光敏阵列，待测物被放置在电控液晶级联芯片远离第一物镜的一侧。按照本专利技术的再一方面，提供了一种用于制备上述电控液晶级联芯片的方法，包括：(一)制备不同通光孔径的电控液晶微镜芯片；(二)将电控液晶微镜芯片进行级联集成；其中，上述过程(一)包括以下步骤：(1)依次采用丙酮、酒精和去离子水溶剂对2n个基片进行超声清洗并烘干，其中n表示制成的电控液晶级联芯片中电控液晶微镜的总数；(2)在干燥后的第一基片的正面和反面上分别制作金属氧化物导电膜和第一增透膜，在干燥后的第二基片、…、第2n-1个基片的正面上制作金属氧化物导电膜，在干燥后的第2n个基片的正面和反面上分别制作与第一基片同材质且厚度也在百纳米尺度的金属氧化物导电膜和第二增透膜，并经超声清洗并烘干。(3)在干燥后的其中n个基片的正面上涂覆光刻胶并烘干5至20分钟。(4)分别将光刻版盖在步骤(3)烘干后的n个基片的正面，用光刻机的紫外光进行光刻10至30秒，并经过显影、腐蚀和清洗处理；(5)用显影液溶掉步骤(4)处理后的n个基片正面上感光/未感光部分的光刻胶，留下未感光/感光部分，然后用去离子水冲洗并烘干2至5分钟；(6)用浓度在50％～30％的盐酸溶液把步骤(5)处理后的n个基片上未受光刻胶保护的金属氧化物腐蚀掉，而将有光刻胶保护的金属氧化物保存下来，从而在n个基片上分别形成图案电极；(7)用丙酮和去离子水对腐蚀后的n个基片上的图案电极上的残余材料进行清洗并烘干；(8)分别在步骤(7)处理后的n个基片的图案电极上、以及其余n个基片的膜电极上涂覆液晶定向层。(9)把涂覆了液晶定向层的2n个基片分别放入退火炉中进行退火固化处理；(10)用绒布沿平行于2n个基片的一个同向边缘的方向摩擦每个基片的液晶定向层；(11)将第一个基片设有图案电极的一侧与另一个基片设有膜电极的一侧对准并紧密贴合，构成有最大通光孔径的电控液晶微镜的上下模板。将玻璃间隔子掺入第一基片的液晶定向层与第二基片的第二液晶定向层间且位于二者的边缘处，用UV胶封住上模板和下模板的左右两侧，通过渗透法灌注向列型液晶在二者之间；(12)针对其余基片，重复上述步骤(11)的过程达n-1次，每次构成的电控液晶微镜的通光孔径均比上一次的小；(13)分别封住上述n对上模板和下模板的上下两侧并烘干。上述过程(二)包括以下步骤：(14)将具有不同通光孔径的n片电控液晶微镜按照通光孔径由大到小顺序级联排列，并保持光轴在垂直方向上的重合；(15)在真空状态下，将n片电控液晶微镜紧密贴合，并使各电控液晶微镜中液晶定向层的沟槽取向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电控液晶级联芯片，包括由多个平行设置的电控液晶微镜组成的电控液晶微镜组，多个电控液晶微镜的光轴在垂直方向上重合，其特征在于，/n相邻两个电控液晶微镜的放置方向相反，/n每个电控液晶微镜包括从上到下平行设置的第一基片、图案电极、第一定向层、液晶层、第二定向层、公共电极、以及第二基片；/n在从上到下的方向上，各个电控液晶微镜中图案电极的孔径逐渐减小；/n各个电控液晶微镜的图案电极和公共电极的一端分别连接到外部电压信号U1，U2，…，Un，其中n表示电控液晶微镜组中电控液晶微镜的总数。/n

【技术特征摘要】
1.一种电控液晶级联芯片，包括由多个平行设置的电控液晶微镜组成的电控液晶微镜组，多个电控液晶微镜的光轴在垂直方向上重合，其特征在于，
相邻两个电控液晶微镜的放置方向相反，
每个电控液晶微镜包括从上到下平行设置的第一基片、图案电极、第一定向层、液晶层、第二定向层、公共电极、以及第二基片；
在从上到下的方向上，各个电控液晶微镜中图案电极的孔径逐渐减小；
各个电控液晶微镜的图案电极和公共电极的一端分别连接到外部电压信号U1，U2，…，Un，其中n表示电控液晶微镜组中电控液晶微镜的总数。


2.根据权利要求1所述的电控液晶级联芯片，其特征在于，进一步包括分别设置在电控液晶微镜组顶部和底部的第一增透膜和第二增透膜。


3.根据权利要求1所述的电控液晶级联芯片，其特征在于，
所有电控液晶微镜的图案电极的形状完全相同；
图案电极的形状是圆环形或者方环形。


4.根据权利要求1所述的电控液晶级联芯片，其特征在于，对于每个电控液晶微镜而言，其公共电极的形状和大小与其图案电极的形状和大小完全对应。


5.根据权利要求1所述的电控液晶级联芯片，其特征在于，
在需要调节偏光显微镜的通光孔径时，需要对该通光孔径大小对应的图案电极加电，并进行调节操作；
在需要调节偏光显微镜的像质时，需要对多个图案电极中的至少两个加电，并进行调节操作。


6.根据权利要求1所述的电控液晶级联芯片，其特征在于，
电控液晶级联芯片是封装在壳体内；
该壳体的顶部和底部别设置有第一光窗和第二光窗；
壳体的侧方设置有电子学接口，用于从电控液晶级联芯片中的各个电控液晶微镜上引出电线并连接到外部电压；
圆筒形壳体顶部/底部的圆周上设置有标识符，用于指示孔径最大的图案电极靠近该圆筒形壳体的顶部/底部。


7.一种电控液晶级联芯片实现的偏光显微镜，其特征在于，包括沿光轴方向顺序平行设置的第一物镜、第二物镜、根据权利要求1至6中任意一项所述的电控液晶级联芯片、以及光敏阵列，待测物被放置在第一物镜远离第二物镜的一侧。


8.一种电控液晶级联芯片实现的偏光显微镜，其特征在于，包括沿光轴方向顺序平行设置的、根据权利要求1至6中任意一项所述的电控液晶级联芯片、第一物镜、第二物镜、以及光敏阵列，待测物被放置在电控液晶级联芯片远离第一物镜的一侧。


9.一种用于制备权利要求1至6中任意一项所述的电控液晶级联芯片的方法，其特征在于，包括：
(一)制备不同通光孔径的电控液晶微镜芯片；
(二)将电控液晶微镜芯片进行级联集成。
其中，上述过程(一)包括以下...

【专利技术属性】
技术研发人员：张汤安苏，张新宇，
申请(专利权)人：南京奥谱依电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32