專利名稱：三維旋轉觀察視頻顯微鏡的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種顯微鏡，尤其是關于一種可以從不同角度對微小的觀察對象進行旋轉觀察，而不需要移動樣品或者傾斜觀察對象，并且可以將獲得的圖像傳送到顯示設備如監視器、液晶顯示器顯示出來，也可以將圖像傳送到計算機中進行觀察、測量、處理等操作的三維旋轉觀察視頻顯微鏡。
背景技術：
視頻顯微鏡是在傳統顯微鏡基礎上發展起來的新型顯微觀察系統。該系統由多組透鏡組成，可以對微小的物體進行放大成像觀測。視頻顯微鏡的顯著特點是通過透鏡組獲得的放大成像不是直接被人的肉眼觀察到，而是通過CCD(光電耦合元件)攝像機獲取圖像，然后傳送到顯示設備如監視器或者液晶顯示器顯示出來。這樣，觀察到的信息就可以同時被多人獲取，而不是只有顯微鏡操作員才能進行觀測，而且圖像可以彩色顯示具有逼真感，同時降低了用眼的疲勞程度。視頻顯微鏡的另一個特點就是通過CCD攝像機所獲取的圖像可以傳送到計算機中進行處理，從而實現觀察、測量、存檔和分析等功能，甚至可以進行遠程診斷，這就極大的擴展了顯微鏡的使用范圍。
單筒視頻顯微鏡能將微小物體加以放大并形成正的立體像，但只能獲取樣品垂直方向的成像信息，對樣品其它方向的成像無能為力。如果移動或者傾斜樣品，雖然可以觀測到樣品側面的信息，但在成像放大倍數較高的情況下，想通過移動或者傾斜樣品來觀察某一點變得非常困難。這是因為成像倍數越高，成像的可視范圍就越小，景深也隨之變小。在這種情況下，操作者細微的動作都有可能導致視場改變而找不到所要觀察的點，降低了可操作性。

發明內容
為了克服現有的視頻顯微鏡只能獲取所觀察物體的垂直方向的成像信息，而對樣品其它方向的成像信息無能為力的技術問題，本發明的目的是提供一種可變角度觀察的三維旋轉觀察視頻顯微鏡，可以對樣品進行360°的旋轉觀察，從而排除視覺死角，實現三維圖像觀測，并可以將顯微成像輸送到顯示設備或者帶有圖像采集功能的計算機系統顯示出來，以利于操作者可以更好的對微小物體進行觀測。
本發明解決上述技術問題所采用的技術方案如下在顯微鏡主機末端設置一段圓柱形薄壁螺紋接口，通過這個接口連接一個旋轉連接座。旋轉連接座由控制線接口、電機外罩、電機、旋轉外圈、固定內圈、環形LED燈組、滾珠、小齒輪、大齒輪、上壓圈、下壓圈組成。
固定內圈連接在顯微鏡主機上，在固定內圈與旋轉外圈之間裝配有滾珠，并通過上下兩個壓圈固定，旋轉外圈通過滾珠圍繞固定內圈轉動，旋轉外圈上裝配有大齒輪。在固定內圈上面安裝了連接圈，連接圈側面裝配有一個可調速電機和一個小齒輪，小齒輪同旋轉外圈上的大齒輪外切嚙合。當電機轉動時，帶動小齒輪轉動，通過大齒輪帶動旋轉外圈水平旋轉。固定內圈內部設有環形LED燈組，朝向觀察物體，通電后用來提供視場照明。環形LED燈組采用發散角度的白光LED，能夠提供較大角度的照明，可以消除照明死角，能夠使觀測者對觀察對象作更清晰的觀查。
在旋轉連接座的下方設置一個旋轉觀察模組。在旋轉連接座的旋轉外圈的下部設有螺紋，與旋轉觀察模組相連接。旋轉觀察模組上設有兩個鏡面相對的反射鏡。第二反射鏡位于反射模組中央，與水平夾角為45°，將第一反射鏡反射過來的光學折射到透鏡組；第一反射鏡位于反射模組邊緣內側，負責將反射光折射到第二反射鏡。第一反射鏡可以根據觀測要求設置不同的反射角度。由于反射角度的改變，反射光的光程也會跟著改變，就可以改變視頻顯微鏡的工作距離。旋轉觀察模組為中空結構，當安裝到旋轉連接座上時，環形LED燈組發射的照明光線可以通過反射模組，不會影響到觀測效果。旋轉觀察模組的作用是將觀測對象側面的圖像通過第一反射鏡反射到第二反射鏡，第一反射鏡再把圖像反射到顯微鏡的透鏡組，從而可以觀察到觀測對象的側面圖像。進行三維旋轉觀測時，將反射角度固定的反射模組安裝到旋轉連接座上面，開動電機，就可以實現在不移動或傾斜觀測對象的情況下對觀測對象進行360°旋轉觀測。當不安裝旋轉觀察模組時，本顯微鏡將對觀測對象作垂直觀測。
在顯微鏡主機上方安裝一個彩色CCD(電子耦合組件)攝像機，該相機頂部帶有視頻線接口和CCD電源線接口。通過視頻線接口可以將三維旋轉視頻顯微鏡獲得的觀察對象的圖像傳送到接收裝置如監視器或者帶圖像采集功能的計算機系統顯現出來。
由于本發明采用了上述結構，本發明的有益效果是，工作距離長，成像質量好，可以在不用移動或傾斜觀察樣品的情況下實現多角度旋轉觀察，排除了視覺死角，改善了照明條件，提高了觀測質量。


圖1是本發明的結構示意圖；圖2是圖1的光學原理圖；圖3是圖1的控制盒主視圖；圖4是圖1的裝配圖。
圖中11.底座，12.立柱，20.托圈，21.止緊螺釘，30.升降組，31.止緊螺釘，32.調節手輪，40.顯微鏡支架，41.連接臂，42.顯微鏡夾具，50.彩色CCD攝像機，51.視頻線接口，52.CCD電源線接口，60.顯微鏡主機，61.變倍調節旋鈕，62.微調手輪，63.透鏡組，70.旋轉連接座，71.大齒輪，72.電機，721.電機、光源控制線接口，73.導線，74.小齒輪，75.旋轉外圈，76.滾珠，77.連接圈，78.上壓圈，79.固定內圈，701.下壓圈，702.環行LED燈組，80.旋轉觀察模組，81.第二反射鏡，82.第一反射鏡，90.控制盒，91.電源開關，92.電源指示燈，93.電機開關，94.電機方向調節旋鈕，95.背景光亮調節旋鈕，96.電機速度調節旋鈕，97.電機、光源控制線插座，98.CCD電源線插座，99.220V/50Hz電源線插座，A.照明光，B.反射光。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
圖1是本發明三維旋轉觀察視頻顯微鏡的一個優選實施例。如圖1所示，底座11，上面安裝有立柱12。在立柱上，安裝有用來調節顯微鏡主機高度的升降組30和防止顯微鏡主機下滑的托圈20，升降組和托圈分別通過止緊螺釘31、21固定在立柱上。顯微鏡支架40連接在升降組30上，支撐安裝在其上的顯微鏡主機60。顯微鏡主機上方連接了彩色CCD攝像機50，用來捕捉觀察對象的成像信息。在顯微鏡主機末端設有可以旋轉并且可以提供視場照明的旋轉連接座70，與顯微鏡主機螺紋連接。旋轉連接座下方連接有觀察模組80，可以實現三維旋轉觀察。還包括為彩色CCD攝像機提供電源和用來調節照明光源亮度以及旋轉連接座的旋轉速度和方向的控制盒90。
升降組30包括止緊螺釘31和調節旋鈕32，通過旋轉止緊螺釘31可以將升降組在立柱12上上下移動。順時針(逆時針)轉動調節手輪32，可以使顯微鏡主機60上下移動。關于顯微鏡主機的支撐部分，顯微鏡支架40連接在升降組上。它是由前伸的倒“L”字型的連接臂41和安裝在連接臂上的顯微鏡夾具42組成。顯微鏡主機包括變倍調節旋鈕61和微調手輪62。顯微鏡主機穿過顯微鏡夾具42并被固定到顯微鏡支架40上。顯微鏡支架和帶調節32手輪的升降組連接在一起，并安裝到平臺的立柱上，由止緊螺釘31固定。升降組30下面設計了托圈20，以防止顯微鏡主機下滑。
三維旋轉觀察視頻顯微鏡的成像部分由彩色CCD(電荷耦合元件)攝像機50和作為成像透鏡的顯微鏡主機60構成。彩色CCD(電荷耦合元件)攝像機上帶有視頻線接口51和CCD電源線接口52。顯微圖像可以直接通過彩色CCD攝像機的視頻線接口51輸送到接收裝置如監視器或者帶圖像采集功能的計算機系統顯現出來。可以分別利用顯微鏡主機上的變倍調節旋鈕61和支撐顯微鏡主機的升降組30上的調節手輪32來調節顯微鏡鏡頭的放大倍率和焦距。用戶根據需要旋轉顯微鏡變倍調節旋鈕61，選擇適當倍率觀察圖像，這個過程中不用改變鏡頭焦距。
該顯微鏡可以實現連續變倍觀察，能將微小物體加以放大且形成正的立體像。具有較長的工作距離和寬闊的視野。彩色CCD攝像機50與顯微鏡主機60連接在一起，松開升降組30上面的止緊螺釘31轉動調節手輪32可以調節顯微鏡主機60的高度，從而以獲得清晰的成像。
圖2所示是本實施例實現對觀察對象進行旋轉三維觀察的主要原理的示意圖。主要是通過旋轉連接座70和旋轉觀察模組80來實現。
旋轉連接座70包括固定在顯微鏡主機上的固定內圈79，圍繞中心軸轉動的旋轉外圈75，裝配在固定內圈79與旋轉外圈75之間的滾珠76，固定在旋轉外圈75上面的大齒輪71，裝配在固定內圈79上的電機72和小齒輪74，以及提供照明的環形LED燈組702。
旋轉觀察模組80通過螺紋與旋轉連接座的旋轉外圈75連接在一起，其上面設有第二反射鏡和第一反射鏡，第二反射鏡伸到反射模組80中央，與水平面夾角為45°，第一反射鏡與第二反射鏡相對，裝配在反射模組80內側，與水平面夾角為67.5°。
如圖3所示，控制盒90包括電源開關91，電源指示燈92，電機開關93，電機方向調節按鈕94，背景光亮度調節旋鈕9，電機速度調節旋鈕96，電機、光源控制線插座97，CCD電源線插座98，220V/50Hz電源輸入插座99。
電機72的外罩上帶有電機、光源控制線接口721，通過外接控制線與控制盒90上的電機、光源控制線插座97相連接，提供電機72轉動和環形LED燈組702照明所需的電源。電機外罩上有導線73被連接到下面的環形LED燈組702。通過控制盒90上的電機方向調節按鈕94和電機速度調節旋紐96可以控制電機72的轉動方向和速度；背景光亮調節旋紐95用來調節環行LED燈組702的亮度，以適應不同的樣品觀測要求。
當三維旋轉觀察顯微鏡正常工作時，旋轉連接座70上的環行LED燈組702發出照明光A照亮視場。觀察對象將光線反射到第二反射鏡81和第一反射鏡82，第一反射鏡又將光線反射到第二反射鏡，第二反射鏡再將反射光B反射到顯微鏡主機60中的透鏡組63。透鏡組63對觀測物體的圖像進行放大，放大后的圖像最終被彩色CCD攝像機50捕獲，獲得顯微圖像。電機72轉動時，帶動小齒輪74，小齒輪74又帶動與其外嚙合的大齒輪71。大齒輪71固定在旋轉外圈75上，旋轉觀察模組80通過旋轉外圈75連接在旋轉連接座70的下方。大齒輪71轉動時，便帶動旋轉連接座和旋轉觀察模組80轉動，從而可以實現對觀察對象進行360°旋轉觀察。
三維旋轉觀察視頻顯微鏡有上述的結構并在觀察微小物體(樣品)時以下列步驟使用。
1.把樣品放置到底座11上，然后打開控制盒90上的電源開關91。環形LED燈組702發射照明光照亮視場。
2.轉動顯微鏡主機60上的變倍調節旋鈕61，改變倍率至最低(0.65×)。
3.打開控制盒90上的電機開關93，調節電機速度調節旋鈕96使電機72轉速至最高，開始旋轉觀察。
4.調節工作距離與焦距，順時針(逆時針)轉動調節手輪32，使主機上下移動直至圖像圍繞固定一點轉動為止。
5.轉動變倍調節旋鈕61，改變倍率至最大(4.5×)，使電機72停止旋轉，調節微調手輪62使圖像清晰。
權利要求
1.一種三維旋轉觀察視頻顯微鏡，它是由底座(11)，安裝在底座上的立柱(12)，同立柱相連接，可以用來調節顯微鏡主機(60)高度的升降組(30)，連接在升降組上支撐顯微鏡主機的支架(40)，顯微鏡主機(60)組成，其特征是在顯微鏡主機上方連接有用來捕捉圖像的彩色CCD攝像機(50)，在顯微鏡主機末端通過螺紋連接有可以旋轉并且可以提供視場照明的旋轉連接座(70)，旋轉連接座上連接有用來實現三維觀察的旋轉觀察模組(80)；還包括為彩色CCD攝像機(50)提供電源和用來調節照明光源亮度以及旋轉連接座的旋轉速度和方向的控制盒(90)；所述的旋轉連接座(70)包括固定在顯微鏡主機上的固定內圈(79)，圍繞中心軸轉動的旋轉外圈(75)，通過上壓圈(78)和下壓圈(701)裝配在固定內圈(79)與旋轉外圈(75)之間的滾珠(76)，固定在旋轉外圈(75)上面的大齒輪(71)，裝配在固定內圈(79)上的電機(72)和小齒輪(74)，以及提供照明的環形LED燈組(702)；所述的旋轉觀察模組(80)通過螺紋與旋轉連接座(70)的旋轉外圈(75)連接在一起，其上面設有第二反射鏡(81)和第一反射鏡(82)，第二反射鏡(81)伸到反射模組(80)中央，與反射模組水平面夾角為45°，第一反射鏡(82)與第二反射鏡(81)相對，裝配在反射模組內側，與反射模組水平面成一定夾角。
2.根據權利要求1所述的三維旋轉觀察視頻顯微鏡，其特征是所述的第一反射鏡(82)與水平面所成夾角為67.5°。
3.根據權利要求1或2所述的三維旋轉觀察視頻顯微鏡，其特征是所述的顯微鏡支架(40)連接在升降組(30)上，它是由前伸的倒“L”字型的連接臂(41)和安裝在連接臂上的顯微鏡夾具(42)組成。
4.根據權利要求1或2所述的三維旋轉觀察視頻顯微鏡，其特征是所述的立柱(12)上，在升降組(30)的下方還設有防止升降組(30)下滑的拖圈(20)。
5.根據權利要求1或2所述的三維旋轉觀察視頻顯微鏡，其特征是所述的升降組(30)和拖圈(20)分別由止緊螺釘(31)、止緊螺釘(21)固定在立柱(12)上。
6.根據權利要求1或2所述的三維旋轉觀察視頻顯微鏡，其特征是所述的控制盒(90)包括電源開關(91)，電源指示燈(92)，電機方向調節按鈕(94)，電機開關(93)，背景光亮調節旋紐(95)，電機速度調節旋紐(96)，電機、光源控制線插座(97)，CCD電源線插座(98)，220V/50Hz電源輸入插座(99)。
全文摘要
本發明公開了一種三維旋轉觀察視頻顯微鏡，它包括底座11、立柱12、安裝在立柱上的升降組30、連接在升降組上的顯微鏡支架40、裝配在顯微鏡支架上的顯微鏡主機60，所述顯微鏡主機的上方安裝有彩色CCD攝像機50，下方連接有旋轉連接座70和旋轉觀察模組80；還包括控制盒90。旋轉連接座上帶有旋轉外圈75、滾珠76、固定內圈79，旋轉外圈通過滾珠圍繞固定內圈轉動，帶動連接在其上的旋轉觀察模組轉動；旋轉觀察模組包括第一反射鏡82和第二反射鏡81，通過第一、第二反射鏡將觀察對象的圖像反射到顯微鏡主機上。本發明可以從不同角度對微小的觀察對象進行旋轉觀察，而不需要移動樣品或者傾斜觀察對象，并且可以將獲得的圖像傳送到顯示設備如監視器、液晶顯示器顯示出來，也可以將圖像傳送到計算機中進行觀察、測量、處理等操作。
文檔編號H04N5/225GK1800902SQ200510101088
公開日2006年7月12日 申請日期2005年11月14日 優先權日2005年11月14日
發明者余文堅, 余任沖, 蘇俊安, 羅平 申請人:廣州和創電子科技有限公司, 桂林威達股份有限公司桂林光學儀器廠