專利名稱：用于展示的數字光學連續變倍顯微鏡的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于展示的數字化光學連續變倍顯微裝置，特別是通過數字影像 展示生物標本、礦物標本與珠寶特殊光學效應等自然界微觀現象以及電路板、集成電路、集 成光電子器件與微機電元器件等人工微結構的的連續光學變倍顯微鏡。
背景技術：
目前，專門化的顯微展示設備非常少。博物館、科技館普遍采用通用研究、教學顯 微鏡進行改裝，屏蔽其大部分功能以適應博物館的特殊使用環境。由于通用顯微鏡的載物 臺比較單薄，需要輕輕地進行調節，在博物館環境下非常容易受到損壞，一般情況下也不讓 觀眾動手調節，只有低放大倍率的顯微鏡才不設載物臺，讓觀眾動手直接移動樣品。圖1是目前博物館中使用的通用連續變倍顯微鏡示意圖。其中201為底座，202為 顯微鏡立柱，203為載物臺，204為調焦旋鈕，205為連續變倍物鏡，255為變倍環形調節圈， 206為接目鏡，207為光電探測器。其中連續變倍物鏡205的外圈255可以轉動進行連續變 倍調節從而改變觀察范圍，通過轉動調焦旋鈕204使連續變倍物鏡205及其上方的接目鏡 206、光電探測器207 —起上下移動，最后獲得清晰的圖像。可見，一般在通用連續變倍顯微鏡中的連續變倍物鏡被垂直放置，加上工作距離 大，頂端還有接目鏡和光電探測器等，使得整個顯微鏡的重心較高；此外，在調焦時還需要 上下升降整個光學系統，使得顯微鏡工作的穩定性與可靠性不高，不利于在博物館環境下 的集成使用。
發明內容
針對上述問題，本發明提供一種專為博物館、科技館或科學中心的展示功能設計 開發的數字光學連續變倍顯微鏡。本發明采用的技術方案如下—種用于展示的數字光學連續變倍顯微鏡，在底盤的上表面通過四個基板支柱固 定有基板；在基板上方的中央固定有中心柱；載物臺固定在基板的上方、中心柱的周圍，樣 品轉盤位于載物臺的上方、中心柱的周圍；中心柱的頂端固定顯示器支柱，成像裝置固定在 中心柱的頂端前方并穿過顯示器支柱，照明裝置包括反射照明光源和透射照明光源，反射 照明光源為向下照明的環形LED燈組，位于反射鏡下方，透射照明光源為高亮度LED燈，位 于底盤的上方、樣品轉盤的下方、載物臺的前側，電源組件位于基板的下方、底盤的上表面， 操縱盒位于電源組件的前方、底盤的上表面；信號處理裝置固定在顯示器支柱的后側，顯示 器位于顯示器支柱的上方。進一步的技術措施如下載物臺由固定在基板上表面的四個導軌支架、固定在四個導軌支架上的兩個導 軌、分別穿在兩個導軌上的四個滑塊以及固定在四個滑塊上的一層平板結構組成，該平板 結構為Y軸位移臺；Y軸位移臺中間有一圓孔使中心柱穿過；在每個導軌上的兩個滑塊的中間有一個阻尼套管。Y軸位移臺上固定有轉盤軸承內圈，樣品轉盤固定在轉盤軸承內圈和轉盤軸承外 圈之間，位于轉盤軸承內圈的外側上方和轉盤軸承外圈的下方，其上16等分圓周且半徑與 成像與反射照明裝置相對應的位置上有16個樣品孔，標本位于樣品孔的上方。成像裝置由反射鏡、調焦棱鏡、連續變倍物鏡、接目鏡、光電探測器、變倍環形齒 輪、電動調焦機構和電動變倍機構組成，連續變倍物鏡固定于中心柱的頂端前側并穿過顯 示器支柱，連續變倍物鏡的前方按順序固定有電動調焦機構、調焦棱鏡和反射鏡構成反射 鏡組，其后方按順序固定有接目鏡和光電探測器，其外側下方固定有電動變倍機構。電源組件包含3伏、5伏和正負12伏電源，分別為照明裝置的LED燈、信號處理裝 置、以及驅動電動調焦機構和電動變倍機構的電機供電；操縱盒的上表面設有變倍電源開 關和調焦電源開關，變倍電源開關和調焦電源開關均為雙擲電源開關；底盤的上表面、電源 組件的后方設有電源插座。帶動電動變倍機構的電機為變倍電機，變倍電機位于連續變倍物鏡的下方，變倍 環形齒輪的后部，設有兩個電極，一個電極并接到兩個變倍行程開關的一端，該兩個行程開 關的另一端分別連接到由變倍電源開關所選擇的正或負12伏電壓端，另一個電極接到正 負12伏電源的公共地上。帶動電動調焦機構的電機為調焦電機，設有兩個電極，一個電極并接到兩個調焦 行程開關的一端，該兩個行程開關的另一端分別連接到由調焦電源開關所選擇的正或負12 伏電壓端，另一個電極接到正負12伏電源的公共地上。光電探測器將顯微光學影像轉化為光電信號，產生的光電信號通過柔性扁平數 據線輸入到信號處理裝置，信號處理裝置上的數字信號處理芯片DSP以標準的VGA (Video Graphic Array)視頻圖形陣列格式發送到信號處理裝置上的VGA接口，通過VGA電纜輸出 給顯示器。工作原理本發明中的連續變倍物鏡水平放置，由反射鏡組將光路向下偏轉90度，大大降低 了光學系統的重心；反射鏡組中的電動平移反射棱鏡實現了不改變成像裝置高度條件下的 調焦，適應對不同厚度樣品的清晰成像；加上使用電動變倍的物鏡，使用者通過操縱鍵可以 連續縮放觀察范圍或觀察不同高度的樣品或樣品的不同高度的圖像。本發明采用連續變倍物鏡，因為工作距離和景深較長，使得展示專用的數字化連 續變倍光學顯微鏡能夠觀察較厚的樣品和標本，甚至是觀眾隨身攜帶的某些物品，如錢幣、 指紋、纖維和毛發等。由于連續變倍物鏡水平放置，解決了一般在通用連續變倍顯微鏡中的 連續變倍物鏡被垂直放置，使整個顯微鏡的重心偏高，成像裝置還要整體做上下升降運動， 不利于在博物館環境下穩定、可靠使用的問題。環形反射和高亮度透射LED光源提供足夠 的照明，保證視野內影像的清晰。有益效果1、通過采用連續變倍物鏡和電動變倍，使用者通過操縱鍵可以連續縮放觀察范 圍，電動調焦和連續變倍比手動操作更平穩。連續變倍物鏡的工作距離和景深較長給樣品 盤上方提供了較大的空間，觀眾可以將自己的物品放到樣品盤上觀察，強化了互動性。2、經過反射鏡組使連續變倍物鏡水平放置且電動調焦，其中的反射鏡組用一個反
5射棱鏡的電動平移實現調焦，同時又不改變成像系統的高度及反射鏡、物鏡、變倍鏡、接目 鏡及光電探測器的位置，大大提高了連續變倍顯微鏡結構的穩定性和工作的可靠性。3、電動平移反射棱鏡實現了成像光路高度不變條件下的調焦，適應對不同厚度樣品 的清晰成像；而且電動調焦機構只需使調焦棱鏡移動聚焦平面升降距離的一半，與直接驅動整 個光學系統的升降來調整聚焦平面的的調焦方法相比，負荷小、行程短，因而動作穩定可靠。4、本發明可以對生物標本、礦石、珠寶或巖石樣本，集成電路、集成光電子器件和 微機電芯片等透明或不透明樣品進行行觀賞。5、本發明可廣泛應用在各類博物館、科技館、行業或商業及企業展覽等展示、教育 場所，涵蓋生命科學、醫療衛生、礦產冶金、農業與環境、信息與材料科技及教育培訓等諸多 領域。
圖1是目前博物館中使用的光學連續變倍顯微鏡示意圖(不含照明裝置和顯示 器)；圖2是本發明的結構示意圖(不含標本45)；圖3是圖2的X向視圖；圖4A是本發明的成像與照明裝置的結構示意圖；圖4B是本發明的成像與照明裝置的光路及樣品轉盤的結構示意圖；圖5是本發明的電氣原理圖。
具體實施例方式參照圖2、3，一種用于展示的數字光學連續變倍顯微鏡，在底盤101的上表面通過 四個基板支柱102固定有基板1 ；在基板1上方的中央固定有中心柱2 ；載物臺3固定在基 板1的上方、中心柱2的周圍；樣品轉盤4位于載物臺3的上方、中心柱2的周圍；中心柱2 的頂端固定顯示器支柱91，成像裝置5固定在中心柱2的頂端前方并穿過顯示器支柱91 ； 照明裝置6包括反射照明光源61和透射照明光源62，反射照明光源61為向下照明的環形 LED燈組，位于反射鏡54下方，透射照明光源62為高亮度LED燈，位于底盤101的上方、樣 品轉盤4的下方、載物臺3的前側；電源組件7位于基板1的下方、底盤101的上表面，操縱 盒73位于電源組件7的前方、底盤101的上表面；信號處理裝置8固定在顯示器支柱91的 后側；顯示器9位于顯示器支柱91的上方。載物臺3由固定在基板1上表面的四個導軌支架33、固定在四個導軌支架33上的 兩個導軌32、分別穿在兩個導軌32上的四個滑塊34以及固定在四個滑塊34上的一層平板 結構組成，該平板結構為Y軸位移臺31 ；Y軸位移臺31中間有一圓孔使中心柱2穿過；在每 個導軌32上的兩個滑塊34的中間有一個阻尼套管35。Y軸位移臺31上固定有轉盤軸承內圈41，樣品轉盤4固定在轉盤軸承內圈41和 轉盤軸承外圈40之間，位于轉盤軸承內圈41的外側上方和轉盤軸承外圈40的下方，其上 16等分圓周且半徑與成像與反射照明裝置5相對應的位置上有16個樣品孔44，標本45位 于樣品孔44上方。參照圖4A、4B，成像裝置5由反射鏡51、調焦棱鏡52、連續變倍物鏡53、接目鏡54、光電探測器55、變倍環形齒輪56、電動調焦機構57和電動變倍機構58組成，；連續變倍物 鏡53固定于中心柱2的頂端前側并穿過顯示器支柱91，連續變倍物鏡53的前方按順序固 定有電動調焦機構57、調焦棱鏡52和反射鏡51，其后方按順序固定有接目鏡54和光電探 測器55，其外側下方固定有電動變倍機構58。調焦機構的作用機理是電動調焦機構57中的調焦電機573驅動其同軸的絲杠轉 動，進而帶動與調焦棱鏡52剛性連接的螺母前后移動，調焦棱鏡52同時移動。由于調焦棱 鏡52的前后移動導致了聚焦平面的升降，從圖4B可以看到，聚焦平面的升降距離是調焦棱 鏡52移動距離的兩倍。電源組件7包含3伏、5伏和正負12伏電源，分別為照明裝置6的LED燈、信號處 理裝置8、以及驅動電動調焦機構57和電動變倍機構58的電機供電；操縱盒73的上表面 設有變倍電源開關71和調焦電源開關72，變倍電源開關71和調焦電源開關72均為雙擲電 源開關；底盤101的上表面、電源組件7的后方設有電源插座12 ；參照圖4B，帶動電動變倍機構58的電機為變倍電機583，變倍電機583位于連續 變倍物鏡53的下方，變倍環形齒輪56的后部，設有兩個電極，一個電極并接到兩個變倍行 程開關X0、X1的一端，該兩個行程開關X0、X1的另一端分別連接到由變倍電源開關71所選 擇的正或負12伏電壓端，另一個電極接到正負12伏電源的公共地上；帶動電動調焦機構57的電機為調焦電機573，設有兩個電極，一個電極并接到兩 個調焦行程開關Z0、Zl的一端，該兩個行程開關Z0、Zl的另一端分別連接到由調焦電源開 關72所選擇的正或負12伏電壓端，另一個電極接到正負12伏電源的公共地上。變倍限位桿X58、調焦限位桿Z57和縮小行程開關X0、放大行程開關XI，下降行程 開關Z0、上升行程開關Zl保證了變倍和調焦動作的相關機構的移動范圍不至過大而發生 碰撞。例如用變倍電源開關71接通負12伏電源，變倍電機583通過驅動變倍環形齒輪56 而帶動連續變倍物鏡53的外圈轉動，使連續變倍物鏡53的放大倍數縮小，直到變倍限位桿 X58觸碰縮小行程開關XO并使之斷開，變倍電機與負12伏電源的廻路中斷，物鏡的縮小變 倍停止；這時若用該變倍電源開關71接通正12伏電源，由于放大行程開關Xl仍然閉合，變 倍電機與正12伏電源的廻路接通，物鏡的放大變倍開始運行，變倍限位桿X58與縮小行程 開關XO脫離接觸，縮小行程開關XO再次閉合，允許進行縮小的變倍操作。調焦限位桿的作 用機理與此相同。所述的光電探測器55將顯微光學影像轉化為光電信號，產生的光電信號通過柔 性扁平數據線輸入到信號處理裝置8，信號處理裝置8上的數字信號處理芯片DSP以標準 的VGA視頻圖形陣列格式發送到信號處理裝置8上的VGA接口，通過VGA電纜輸出給顯示
^^ 9 ο按照上述實施例，本發明可以制造成展示專用的15-120倍的數字光學連續變倍 顯微鏡。本發明的優化設計為使用0. 5倍-4倍連續變倍物鏡，0. 5倍接目鏡和1/2英寸靶 面的光電探測器。采用0. 5倍接目鏡53將物鏡51 —次像的大小壓縮一半，使之與光電探 測器55的靶面尺寸一致，實現了光學分辨率、數字化分辨率及顯示器分辨率的匹配，既不 損失光學分辨率，又不損失視場，更沒有因追求無意義的高像素指標和高放大倍數而造成 的成本浪費。
權利要求
一種用于展示的數字光學連續變倍顯微鏡，其特征為，在底盤(101)的上表面通過四個基板支柱(102)固定有基板(1)；在基板(1)上方的中央固定有中心柱(2)；載物臺(3)固定在基板(1)的上方、中心柱(2)的周圍；樣品轉盤(4)位于載物臺(3)的上方、中心柱(2)的周圍；中心柱(2)的頂端固定顯示器支柱(91)，成像裝置(5)固定在中心柱(2)的頂端前方并穿過顯示器支柱(91)；照明裝置(6)包括反射照明光源(61)和透射照明光源(62)，反射照明光源(61)為向下照明的環形LED燈組，位于反射鏡(54)下方，透射照明光源(62)為高亮度LED燈，位于底盤(101)的上方、樣品轉盤(4)的下方、載物臺(3)的前側；電源組件(7)位于基板(1)的下方、底盤(101)的上表面，操縱盒(73)位于電源組件(7)的前方、底盤(101)的上表面；信號處理裝置(8)固定在顯示器支柱(91)的后側；顯示器(9)位于顯示器支柱(91)的上方。
2.如權利要求1所述的用于展示的數字光學連續變倍顯微鏡，其特征在于，載物臺(3)由固定在基板(1)上表面的四個導軌支架(33)、固定在四個導軌支架(33) 上的兩個導軌(32)、分別穿在兩個導軌(32)上的四個滑塊(34)以及固定在四個滑塊(34) 上的一層平板結構組成，該平板結構為Y軸位移臺(31) ；Y軸位移臺(31)中間有一圓孔使 中心柱(2)穿過；在每個導軌(32)上的兩個滑塊(34)的中間有一個阻尼套管(35)。
3.如權利要求2所述的用于展示的數字光學連續變倍顯微鏡，其特征在于，Y軸位移臺(31)上固定有轉盤軸承內圈(41)，樣品轉盤(4)固定在轉盤軸承內圈(41) 和轉盤軸承外圈(40)之間，位于轉盤軸承內圈(41)的外側上方和轉盤軸承外圈(40)的 下方，其上16等分圓周且半徑與成像與反射照明裝置(5)相對應的位置上有16個樣品孔 (44)，標本(45)位于樣品孔(44)的上方。
4.如權利要求3所述的用于展示的數字光學連續變倍顯微鏡，其特征在于，成像裝置(5)由反射鏡(51)、調焦棱鏡(52)、連續變倍物鏡(53)、接目鏡(54)、光電探 測器(55)、變倍環形齒輪(56)、電動調焦機構(57)和電動變倍機構(58)組成，連續變倍物 鏡(53)固定于中心柱(2)的頂端前側并穿過顯示器支柱(91)，連續變倍物鏡(53)的前方 按順序固定有電動調焦機構(57)、調焦棱鏡(52)和反射鏡(51)，其后方按順序固定有接目 鏡(54)和光電探測器(55)，其外側下方固定有電動變倍機構(58)。
5.如權利要求4所述的用于展示的數字光學連續變倍顯微鏡，其特征在于，電源組件(7)包含3伏、5伏和正負12伏電源，分別為照明裝置(6)的LED燈、信號處 理裝置(8)、以及驅動電動調焦機構(57)和電動變倍機構(58)的電機供電；操縱盒(73)的 上表面設有變倍電源開關(71)和調焦電源開關(72)，變倍電源開關(71)和調焦電源開關 (72)均為雙擲電源開關；底盤(101)的上表面、電源組件(7)的后方設有電源插座(12)；帶動電動變倍機構(58)的電機為變倍電機(583)，變倍電機(583)位于連續變倍物鏡 (53)的下方，變倍環形齒輪(56)的后部，設有兩個電極，一個電極并接到兩個變倍行程開 關(X0、X1)的一端，該兩個行程開關(X0、X1)的另一端分別連接到由變倍電源開關(71)所 選擇的正或負12伏電壓端，另一個電極接到正負12伏電源的公共地上；帶動電動調焦機構(57)的電機為調焦電機(573)，設有兩個電極，一個電極并接到兩 個調焦行程開關(Z0、Z1)的一端，該兩個行程開關(Z0、Z1)的另一端分別連接到由調焦電 源開關(72)所選擇的正或負12伏電壓端，另一個電極接到正負12伏電源的公共地上。
6.如權利要求5所述的用于展示的數字光學連續變倍顯微鏡，其特征在于，所述的光電探測器(55)將顯微光學影像轉化為光電信號，產生的光電信號通過柔性 扁平數據線輸入到信號處理裝置(8)，信號處理裝置(8)上的數字信號處理芯片DSP以標準 的VGA視頻圖形陣列格式發送到信號處理裝置(8)上的VGA接口，通過VGA電纜輸出給顯 示器(9)。
全文摘要
用于展示的數字光學連續變倍顯微鏡，在底盤的上表面通過基板支柱固定有基板，基板上方的中央固定有中心柱，載物臺固定在基板上方、中心柱的周圍，樣品轉盤位于載物臺上方、中心柱周圍，中心柱的頂端后方固定顯示器支柱，成像裝置固定在中心柱頂端前方并穿過顯示器支柱，照明裝置包括反射照明光源和透射照明光源，電源組件和操作盒位于基板下方、底盤的上表面，信號處理裝置固定在顯示器支柱的后側，顯示器位于顯示器支柱上方。連續變倍物鏡、接目鏡和光電探測器水平放置，由反射鏡組將光路向下偏轉90度，反射鏡組中的電動平移反射棱鏡實現了成像光路高度不變條件下的調焦，適應對不同厚度樣品的清晰成像，顯著改善了現有產品的穩定性和可靠性。
文檔編號G02B21/34GK101950074SQ201010274170
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月7日 優先權日2010年9月7日
發明者李倫根, 閆宏, 韓嵩 申請人:北京全景多媒體信息系統公司;閆宏