一种基于弹光调制的偏振成像检测装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于弹光调制的偏振成像检测装置及检测方法，包括照明装置、弹光偏振调制成像系统、CCD成像探测器和控制系统，控制系统由控制电脑、FPGA控制电路和开关电路组成，特点是将闪频散射匀光装置作为照明装置，利用FPGA控制电路高时间分辨的特点，通过与开关电路、CCD成像探测器和弹光偏振调制成像系统连接，分别输出周期方波电压信号和相同频率的不同相位的脉冲信号到弹光偏振调制成像系统和开关电路，同时输出方波触发信号控制CCD成像探测器，保证了照明时刻和弹光调制驱动幅值选择的同步性，能够有效地实现弹光偏振调制成像系统与成像CCD的速度相互匹配，快速、灵敏、高精度地实现样品的偏振成像检测。高精度地实现样品的偏振成像检测。高精度地实现样品的偏振成像检测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于弹光调制的偏振成像检测装置及检测方法


[0001]本专利技术涉及一种偏振成像检测技术，尤其是涉及一种基于弹光调制的偏振成像检测装置及检测方法。

技术介绍

[0002]众所周知，胶原纤维、丝状肌动蛋白、微管、纺锤体等生物样品及黑磷、二硫化铼、磷化锗等二维材料，在光学特性上均表现出各向异性的特点，有效地检测和分析样品的各向异性特征，能够为生物样品的形态、结构和功能以及二维材料晶体的结构和性能调控等研究提供有效辅助手段。目前应用于生物样品和二维材料的光学各向异性的研究主要通过光学偏振显微成像的方式，但现有的偏振显微成像系统多采用旋转偏振片或旋转波片，或采用液晶可变相位延迟器等作为核心器件。使用旋转偏振片或旋转波片作为核心器件的偏振成像装置具有通光孔径大、成本低等优点，但旋转偏振片或旋转波片采用的是机械式旋转机构，不仅成像探测速度有限，还会造成成像光束漂移，降低偏振探测灵敏度和精度；而液晶可变相位延迟器容易受温度影响严重，偏振成像系统工作稳定性受限，并且液晶可变相位延迟器的相位延迟切换速度有限，偏振成像速度慢。因此，为了满足生物医学、纳米材料等领域日益增长的测试需求，急需突破高速、高精度的偏振分辨显微关键技术。
[0003]弹光调制具有工作频率高，调制纯度高，通光孔径大，抗震性能好等应用优势，为偏振探测提供优异的调制手段。目前常用的弹光调制器一般工作频率为几十kHz，典型工作频率为50kHz，在一个完整的工作周期20μs时间内，能够实现0到2π范围内任意相位延迟幅值的调制，为高速、高精度偏振分辨显微成像提供了可能。但目前成像CCD面阵探测器的帧频一般在数百到数十fps量级，每次采集图像所需的时间在ms量级。将弹光调制利用来实现高速偏振成像探测，必须解决弹光调制装置与成像CCD因速度不匹配而无法实现弹光调制器和CCD的协同工作困难。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种弹光偏振调制成像系统与成像CCD的速度相互匹配，能够快速、灵敏、高精度地实现样品检测的基于弹光调制的偏振成像检测装置及检测方法。
[0005]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案之一为：一种基于弹光调制的偏振成像检测装置，包括照明装置、弹光偏振调制成像系统、CCD成像探测器和控制系统，所述的照明装置为闪频散射匀光装置，所述的控制系统由控制电脑、FPGA控制电路和开关电路组成，所述的控制电脑与所述的FPGA控制电路及所述的CCD成像探测器连接，所述的FPGA控制电路与所述的弹光偏振调制成像系统及所述的CCD成像探测器连接，所述的FPGA控制电路通过所述的开关电路与所述的照明装置连接，所述的控制电脑将弹光调制周期发送到所述的FPGA控制电路，所述的FPGA控制电路经过时序控制后，输出周期方波电压信号到所述的弹光偏振调制成像系统驱动其工作产生周期弹光调制信号，同时所述的FPGA控制电路输出与
所述的周期方波电压信号相同频率的不同相位的脉冲信号到所述开关电路，所述的开关电路将所述的脉冲信号经功率放大后输出到所述的照明装置驱动其工作，并由所述的弹光偏振调制成像系统产生对应所述的周期弹光调制信号相位的偏振图像，所述的FPGA控制电路输出方波触发信号控制所述的CCD成像探测器采集所述的弹光偏振调制成像系统输出的偏振图像，所述的CCD成像探测器将采集到的偏振图像传输至所述的控制电脑完成偏振图像的解调分析，提取出待测样品的偏振信息。
[0006]所述的周期方波电压信号、所述的周期弹光调制信号和所述的脉冲信号之间具体以下关系：所述的周期方波电压信号的方波宽度等于两个相邻方波之间的间隔长度，在所述的周期方波电压信号的前沿位置，具有第一脉冲信号，所述的周期弹光调制信号为0；在所述的周期方波电压信号的高电平位置，在六分之一脉宽处具有第二脉冲信号，在二分之一脉宽处具有第三脉冲信号，所述的周期弹光调制信号处于0～180度之间，信号为正；在所述的周期方波电压信号的后沿位置，所述的周期弹光调制信号为0；在所述的周期方波电压信号的零电平位置，所述的周期弹光调制信号处于180～360度之间，信号为负。
[0007]所述的照明装置由光源和散射元件组成，所述的开关电路与所述的光源连接，所述的开关电路将所述的脉冲信号经功率放大后输出到所述的光源驱动其工作。
[0008]所述的光源为紧密排列成阵列的LED或半导体激光二极管。
[0009]所述的LED或所述的半导体二极管为16个，六角密排成阵列，通光面直径为2cm。
[0010]所述的散射元件为毛玻璃或漫透射屏。
[0011]所述的毛玻璃选用600目数抛光规格。
[0012]所述的弹光偏振调制成像系统由起偏器、LC谐振驱动电路、弹光调制器和检偏器组成，所述的FPGA控制电路与所述的LC谐振驱动电路连接，所述的LC谐振驱动电路与所述的弹光调制器连接，所述的FPGA控制电路输出的周期方波电压信号经所述的LC谐振驱动电路放大后驱动所述的弹光调制器工作产生周期弹光调制信号，并由所述的检偏器输出所述的偏振图像。
[0013]所述的周期方波电压信号的脉宽为100
‑
300ns，所述的弹光调制周期的频率为40
‑
80kHz。
[0014]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案之二为：一种使用上述检测装置进行样品偏振成像检测的方法，具体步骤如下：
[0015]S1、将待测样品放置在所述的弹光偏振调制成像系统内，由所述的控制电脑将弹光调制周期发送到所述的FPGA控制电路；
[0016]S2、所述的FPGA控制电路经过时序控制后，输出周期方波电压信号到所述的弹光偏振调制成像系统驱动其工作产生周期弹光调制信号，同时所述的FPGA控制电路输出与所述的周期方波电压信号相同频率的不同相位的脉冲信号到所述开关电路及输出方波触发信号到所述的CCD成像探测器；
[0017]S3、所述的开关电路将所述的脉冲信号经功率放大后输出到所述的照明装置驱动其工作，并由所述的弹光偏振调制成像系统产生对应所述的周期弹光调制信号相位的偏振图像，所述的方波触发信号控制所述的CCD成像探测器采集所述的弹光偏振调制成像系统输出的偏振图像；
[0018]S4、所述的CCD成像探测器采集到所述的弹光偏振调制成像系统输出的偏振图像
后，将所述的偏振图像传输至所述的控制电脑；
[0019]S5、所述的控制电脑将接收到的偏振图像进行解调分析，提取出待测样品的偏振信息，完成样品的偏振成像检测。
[0020]在所述的周期方波电压信号的一个周期内，所述的弹光偏振调制成像系统依次产生对应所述的周期弹光调制信号0
°
、30
°
和90
°
三个相位位置的偏振图像I0、I
30
和I
90
，所述的CCD成像探测器采集偏振图像并传输到所述的控制电脑中，所述的控制电脑按公式和完成待测样品偏振信息解调，最终完成待测样品的偏振成像检测，式中：Δ是经待测样品透射光的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于弹光调制的偏振成像检测装置，包括照明装置、弹光偏振调制成像系统、CCD成像探测器和控制系统，其特征在于：所述的照明装置为闪频散射匀光装置，所述的控制系统由控制电脑、FPGA控制电路和开关电路组成，所述的控制电脑与所述的FPGA控制电路及所述的CCD成像探测器连接，所述的FPGA控制电路与所述的弹光偏振调制成像系统及所述的CCD成像探测器连接，所述的FPGA控制电路通过所述的开关电路与所述的照明装置连接，所述的控制电脑将弹光调制周期发送到所述的FPGA控制电路，所述的FPGA控制电路经过时序控制后，输出周期方波电压信号到所述的弹光偏振调制成像系统驱动其工作产生周期弹光调制信号，同时所述的FPGA控制电路输出与所述的周期方波电压信号相同频率的不同相位的脉冲信号到所述开关电路，所述的开关电路将所述的脉冲信号经功率放大后输出到所述的照明装置驱动其工作，并由所述的弹光偏振调制成像系统产生对应所述的周期弹光调制信号相位的偏振图像，所述的FPGA控制电路输出方波触发信号控制所述的CCD成像探测器采集所述的弹光偏振调制成像系统输出的偏振图像，所述的CCD成像探测器将采集到的偏振图像传输至所述的控制电脑完成偏振图像的解调分析，提取出待测样品的偏振信息。2.如权利要求1所述的一种基于弹光调制的偏振成像检测装置，其特征在于：所述的周期方波电压信号、所述的周期弹光调制信号和所述的脉冲信号之间具有以下关系：所述的周期方波电压信号的方波宽度等于两个相邻方波之间的间隔长度，在所述的周期方波电压信号的前沿位置，具有第一脉冲信号，所述的周期弹光调制信号为0；在所述的周期方波电压信号的高电平位置，在六分之一脉宽处具有第二脉冲信号，在二分之一脉宽处具有第三脉冲信号，所述的周期弹光调制信号处于0～180度之间，信号为正；在所述的周期方波电压信号的后沿位置，所述的周期弹光调制信号为0；在所述的周期方波电压信号的零电平位置，所述的周期弹光调制信号处于180～360度之间，信号为负。3.如权利要求1所述的一种基于弹光调制的偏振成像检测装置，其特征在于：所述的照明装置由光源和散射元件组成，所述的开关电路与所述的光源连接，所述的开关电路将所述的脉冲信号经功率放大后输出到所述的光源驱动其工作。4.如权利要求3所述的一种基于弹光调制的偏振成像检测装置，其特征在于：所述的光源为紧密排列成阵列的LED或半导体激光二极管。5.如权利要求4所述的一种基于弹光调制的偏振成像检测装置，其特征在于：所述的LED或所述的半导体二极管为16个，六角密排成阵列，通光面直径为2cm。6.如权利要求3所述的一种基于弹光调制的偏振成像检测装置，其特征在于：所述的散射元件为毛玻璃或漫透射屏。7.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：李克武，毛磊，崔志英，毛昊阳，邱元芳，王志扬，赵宇，
申请(专利权)人：宁波永新光学股份有限公司，
类型：发明
国别省市：