CN100460922C - 体视显微镜侧面照射式照明方法及其暗视野体视显微镜 - Google Patents
体视显微镜侧面照射式照明方法及其暗视野体视显微镜 Download PDFInfo
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Abstract
一种体视显微镜侧面照射式照明方法及其暗视野体视显微镜。该方法是将光源所发出的光束从体视显微镜载物台的侧面照射被观察标本，且所述光束应满足如下特性：一是该光束与被观察标本处于同一平面空间范围，二是该光束与体视显微镜两物镜主光轴的对称线O1O2之间的夹角为80°～100°。其暗视野体视显微镜是对传统体视显微镜进行改进，其设计要点是将光源直接发出或经过光学仪器改变方向的最后光线部分水平对准放置被观察标本的载物台，从而使其与体视显微镜两物镜主光轴的对称线O1O2呈垂直布置。采用该方法及其暗视野体视显微镜能够有效减轻背景光线干扰，大幅提高被观察标本成像的对比度和信噪比，尤其适合于液相解剖观察。
Description
技术领域
本发明涉及医学显微解剖技术领域中对体视显微镜照明方法的改良设计，具体地指一种体视显微镜侧面照射式照明方法及其暗视野体视显微镜。
背景技术
体视显微镜又称解剖显微镜，其广泛应用于医学研究等领域。体视显微镜的特别观察效果取决于有效的照明方式，常规的体视显微镜照明方法按其照明光束的形成可分为落射式照明方式和透射式照明方式两大类。
落射式照明方式也称为反射式照明方式，主要适用于非透明的被检标本，其照明光源来自被检标本上方。落射式照明方式又具体分为平行光路照射体系和倾斜光路照射体系两种。平行光路照射体系如本说明书附图部分的图5所示，光源0发出的照明光线1与两物镜主光轴的对称线O1O2平行，垂直落射照射载物台10上的标本2，经过标本2反射后形成原路返回的垂直反射光线3，垂直反射光线3最后进入物镜。其不足之处是同时存在垂直的干扰光线4，干扰光线4垂直照射到标本2外围的载物台10上的某点5后，形成原路返回的垂直反射光线6，该垂直反射光线6最后也进入物镜，对被观察标本2产生干扰。倾斜光路照射体系如本说明书附图部分的图6所示，光源0发出的照明光线1以与两物镜主光轴的对称线O1O2呈45°的夹角从斜上方照射载物台10上的标本2，经过标本2反射后形成垂直反射光线3进入物镜。在气相解剖观察时，通常使用平行光路照射体系。而在液相解剖观察时，由于液相平面的镜面反射光线干扰限制了平行光路照射体系的应用，通常是使用倾斜光路照射体系，其倾斜光照可以明显减少液面的反射干扰，是目前使用最广泛的照明方式，但其仍然存在一定的液面漂浮物如灰尘、组织碎片等所致的散射光线干扰，以及液相底部交界和载物台散射光线的干扰。图6给出了干扰光线4照射到标本2外围的载物台10上的某点5后的反射光线6，该反射光线6以倾斜的角度进入物镜。因此，采用倾斜光路照射体系仍然有一定的背景光线干扰，且其在高放大倍数下有光照不足的缺点，故其成像的信噪比和对比度不高，长时间使用容易造成研究者视力疲劳。
透射式照明方式主要适用于透明或半透明的被检标本，其光源来自被检标本下方。如本说明书附图部分的图7所示，照明光线1与两物镜主光轴的对称线O1O2平行，自下而上垂直照射透明载物台10上的标本2，穿过标本2后形成垂直透射光线3进入物镜。在液相解剖观察时，也常用到透射式照明方式，但由于背景光线过强限制了其在液相解剖观察中的应用，图7给出了干扰光线4经过透明载物台10折射到标本2外围某点5后的透射光线6，该透射光线6斜向进入物镜，会产生明亮的背景干扰光线。为了解决上述问题，人们设计了体视显微镜的暗视野透射式照明方式，如本说明书附图部分的图8所示，照明光线1以倾斜方式自下而上汇聚于透明载物台10上的标本2所在部位，经过或穿过标本2后形成垂直透射光线3进入物镜。未照射到标本2的光线4经过透明载物台10折射到标本2外围某点5后形成透射光线6，该透射光线6基本上不进入物镜。以这种方式得到的标本图像轮廓明显，背景光线少，具有较好的信噪比。但由于照明光线是从下方倾斜照射的，在标本上方表面照明严重不足、对比度较低，不能较好地区分标本上方表面的细微之处，为此需结合落射式照明来消除标本上方照射不足的部分，但结果却同样导致了背景光线的增大，使成像的信噪比降低。如何消除载物台散射光线的干扰和标本液平面散射光线的干扰，已成为科研技术人员提高体视显微镜观察清晰度的一大难题。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种能够有效减轻背景光线干扰、大幅提高被观察标本成像的对比度和信噪比、尤其适合于液相解剖观察的体视显微镜侧面照射式照明方法及其暗视野体视显微镜。
为实现此目的，本发明所设计的体视显微镜侧面照射式照明方法，是将光源所发出的光束从体视显微镜载物台的侧面照射被观察标本，且所述光束应满足如下特性：一是该光束与被观察标本处于同一平面空间范围，二是该光束与体视显微镜两物镜主光轴的对称线O1O2之间的夹角为80°～100°。
上述光束可以是光源直接发出的有效照明光线，也可以是光源经过一系列光学仪器在改变方向后形成的有效照明光线。
为实现上述照明方法而专门设计的一种暗视野体视显微镜，包括显微镜底座、安装在显微镜底座上用于放置标本的载物台、安装在载物台旁边的可升降旋转支架、以及安装在可升降旋转支架上用于观察标本的光学放大透镜组，所述显微镜底座上的载物台的侧面位置设置有至少一个光源。所述光源的安装位置满足如下条件：其所发出的光束与标本处于同一平面空间范围，且与光学放大透镜组两物镜主光轴的对称线O1O2之间的夹角为80°～100°。
进一步地，所述光源设置有二至三个，各个光源相对于载物台的中心点对称布置，从而可以使光源从不同的方向均匀照射被观察标本，减少照射死角，提高被观察标本照射的清晰度。
为实现上述照明方法而专门设计的另一种暗视野体视显微镜，包括显微镜底座、安装在显微镜底座上用于放置标本的载物台、安装在载物台旁边的可升降旋转支架、以及安装在可升降旋转支架上用于观察标本的光学放大透镜组，所述载物台具有一个轴对称分布的回转形壳体，回转形壳体的中央设置有一载物平板，载物平板的下面倒置设有一顶角呈90°的圆锥面反射体；回转形壳体的内壁上设置有一对上下依次布置、曲面相互垂直的内圆锥面反射面，其中：布置在下面的内圆锥面反射面与圆锥面反射体的曲面平行、且位置相对应，布置在上面的内圆锥面反射面与载物平板上放置标本的空间相对应。回转体外壳、圆锥面反射体和一对内圆锥面反射面的中心轴均与光学放大透镜组两物镜主光轴的对称线O1O2重合。回转体外壳的底部中心开设有透光口，透光口下面的显微镜底座内设置有光源。
本发明的优点在于：所设计的一种暗视野体视显微镜采用侧面照射被观察标本的照明方式，使光源发出的光束以近乎平行于载物台和被观察标本的方向照射，特别是在液相解剖观察中，绝大部分的光束不经过载物台或液相平面或液相底部交界面的反射而进入物镜，有效克服了传统落射式照明方式和透射式照明方式高背景光线的干扰。而且由于存在液相内部光线在液面发生全反射的现象，部分光束会投射到被观察标本表面较浅的凹坑内部，也有效克服了传统暗视野透射式照明方式标本表面照明不足的缺陷。从而可以加大高放大倍数下的光源照射强度，大幅提高被观察标本成像的对比度和信噪比。同时，采用多光源对称照射被观察标本，可以大幅提高被观察标本的明亮度和清晰度，进一步提高其成像的信噪比和对比度。
另外，所设计的另一种暗视野体视显微镜采用具有多个反射面的载物台与显微镜底座内的光源相结合，除了具有上述优点外，因其不需要在外部侧面设置照明光源，故其结构非常简单紧凑，特别适合于对那些没有侧面照射光源的体视显微镜进行改进，只需在显微镜底座上安装上这种专门设计的载物台，即可达到侧面照射暗视野无干扰的良好观察效果。
附图说明
图1为本发明的体视显微镜侧面照射式照明方法的光路原理示意图；
图2为本发明的一种暗视野体视显微镜的立体结构示意图；
图3为本发明的另一种暗视野体视显微镜的立体结构示意图；
图4为图3中具有多个反射面的载物台与显微镜底座相结合的结构示意图；
图5为传统的落射式平行光路照射方法的光路原理示意图；
图6为传统的落射式倾斜光路照射方法的光路原理示意图；
图7为传统的透射式照明方法的光路原理示意图；
图8为传统的透射式暗视野照明方法的光路原理示意图；
图9为小鼠听骨链的镫骨在传统的落射式照明方式下的成像效果图；
图10为小鼠听骨链的镫骨在传统的透射式照明方式下的成像效果图；
图11为小鼠听骨链的镫骨在本发明的侧面照射式照明方式下的成像效果图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
如图1所示为本发明的体视显微镜侧面照射式照明方法的光路原理示意图，图中光源所发出的光束1从体视显微镜载物台10的侧面照射被观察标本2，光束1可以是光源直接发出的有效照明光线，或是光源经过一系列光学仪器在改变方向后形成的有效照明光线。光束1与标本2处于同一平面空间范围，光束1与体视显微镜两物镜主光轴的对称线O1O2垂直，但允许有±10°的偏差。光束1照射到标本2后，一部分反射光线沿体视显微镜两物镜主光轴的对称线O1O2进入物镜。
如图2所示为本发明的一种暗视野体视显微镜，它包括显微镜底座11、安装在显微镜底座11上的载物台10、安装在载物台10旁边的可升降旋转支架12、以及安装在可升降旋转支架12上的光学放大透镜组13。载物台10侧面的显微镜底座11上设置有三个光源0，三个光源0的安装角度满足如下条件：其所发出的光束1与标本2处于同一平面空间范围，且与光学放大透镜组13两物镜主光轴的对称线O1O2之间的夹角在80°～100°的范围内。同时，三个光源0相对于载物台10的中心点间隔120°对称布置，这样既不影响标本2及其容器的摆放，又可从多方向直接投射标本2，使光束1经过标本2形成的反射光线3通过光学放大透镜组13进入物镜而成为高清晰度的像。三个光源0的出光口高度设计为可上下调整的结构，由此可以调节其所发出的光束1高度，在工作时使光源0平行或高于载物台10，不工作时使光源0隐藏到显微镜底座11的内部。三个光源0的波段范围和照射强弱也可以设计成可调节的，以适应观察不同性质的标本2的需要。例如光源0采用定向发光二级管灯来满足照明，其光强度可以调节，该定向发光二级管灯可以集成三种发光二级管，分别能够发出红光、绿光和蓝光或白光。
如图3～4所示为本发明的另一种暗视野体视显微镜，它包括显微镜底座11、安装在显微镜底座11上的载物台10、安装在载物台10旁边的可升降旋转支架12、以及安装在可升降旋转支架12上的光学放大透镜组13。载物台10具有一个轴对称分布的回转形壳体30，回转形壳体30的中央设置有一载物平板31，其上可以放置标本2或玻璃平皿。载物平板31的下面倒置设有一顶角呈90°的圆锥面反射体21。回转形壳体30的内壁上设置有一对上下依次布置、曲面相互垂直的内圆锥面反射面22、23，其中：布置在下面的内圆锥面反射面22与圆锥面反射体21的曲面平行、且位置相对应，布置在上面的内圆锥面反射面23与载物平板31上放置标本2的空间相对应。回转体外壳30、圆锥面反射体21和一对内圆锥面反射面22、23的中心轴均与光学放大透镜组13两物镜主光轴的对称线O1O2重合。回转体外壳30的底部中心开设有透光口20，透光口20下面的显微镜底座11内设置有一个光源0。光源0的波段范围和照射强弱同样设计成可调节的，以适应观察不同性质的标本2的需要。
上述回转体外壳30、载物平板31、圆锥面反射体21和一对内圆锥面反射面22、23由同一种表面易制镜的材料整体成型，其圆锥面反射体21和一对内圆锥面反射面22、23均为镜面。光源0所发出的垂直向上传播的光束1，首先经过圆锥面反射体21，形成水平反射光束；然后经过下面的内圆锥面反射面22，形成垂直反射光束；再经过上面的内圆锥面反射面23，重新形成水平反射光束，以垂直于光学放大透镜组13两物镜主光轴的对称线O1O2的角度投射标本2；最终该水平反射光束经标本2反射或散射后形成垂直向上的光束3，进入光学放大透镜组13而成像。光源0所发出的光束1经过多次转向后汇聚到载物平板31中央，可使放置在载物平板31中央的标本2四周照明均匀，达到理想的暗视野观察效果。
上述回转体外壳30、载物平板31、圆锥面反射体21和一对内圆锥面反射面22、23所围成的空间也可以由同一种具有高折射率的透明材料整体成型，其圆锥面反射体21和一对内圆锥面反射面22、23的全反射临界角小于45°。这样，光源0所发出的垂直向上传播的光束1，在经过各个曲面时，其45°的入射角大于各曲面的全反射临界角，光束1也会发生全反射，最终以垂直于光学放大透镜组13两物镜主光轴的对称线O1O2的角度照射标本2。其不仅结构简单紧凑，而且一样能达到理想的暗视野观察效果。
本发明的侧面照射式暗视野体视显微镜与常规体视显微镜相比，在液相解剖观察中可以明显地减少背景光线的干扰，具有极高的信噪比和对比度。以下的对比实验结果可以证实上述效果：
如图9所示为小鼠听骨链的镫骨在传统落射式照明方式的体视显微镜下的成像效果图，可以发现其背景光线干扰较大，成像的对比度不高、轮廓清晰度较差，某些细微部分不易辨别。
如图10所示为小鼠听骨链的镫骨在传统透射式照明方式的体视显微镜下的成像效果图，可以发现其背景光线干扰严重，成像极为模糊，无法对其进行清晰的观察和识别。
如图11所示为小鼠听骨链的镫骨在本发明的侧面照射式暗视野体视显微镜下的成像效果图，可以发现其基本上无背景光线干扰，成像的对比度极高、轮廓清晰明了。这是因为从侧面发出的光束不经液面反射到光学放大透镜组中，也极少被载物台反射进入光学放大透镜组中，几乎只有那些遇到标本的光束才被反射或者折射到光学放大透镜组中而成像。因此，可以明显减弱背景光线，提高信噪比和对比度。
以上虽然已经说明了本发明的优选实施例，但本发明并不局限于这些实施例，还可以对这些优选实施例作出各种改变和修改来实现侧面照射暗视野成像的效果，在此本发明不予详细描述。
Claims (9)
1.一种体视显微镜侧面照射式照明方法，其特征在于：该方法是将光源所发出的光束从体视显微镜载物台的侧面照射被观察标本，且所述光束应满足如下特性：一是该光束与被观察标本处于同一平面空间范围，二是该光束与体视显微镜两物镜主光轴的对称线O1O2之间的夹角为80°～100°。
2.根据权利要求1所述的体视显微镜侧面照射式照明方法，其特征在于：所述光束是光源直接发出的有效照明光线，或是光源经过一系列光学仪器在改变方向后形成的有效照明光线。
3.采用权利要求1所述照明方法而专门设计的一种暗视野体视显微镜，包括显微镜底座(11)、安装在显微镜底座(11)上用于放置标本(2)的载物台(10)、安装在载物台(10)旁边的可升降旋转支架(12)、以及安装在可升降旋转支架(12)上用于观察标本(2)的光学放大透镜组(13)，其特征在于：所述显微镜底座(11)上的载物台(10)的侧面位置设置有至少一个光源(0)，所述光源(0)的安装位置满足如下条件：其所发出的光束与标本(2)处于同一平面空间范围，且与光学放大透镜组(13)两物镜主光轴的对称线O1O2之间的夹角为80°～100°。
4.根据权利要求3所述的暗视野体视显微镜，其特征在于：所述光源(0)设置有二至三个，各个光源(0)相对于载物台(10)的中心点对称布置。
5.根据权利要求3或4所述的暗视野体视显微镜，其特征在于：所述光源(0)为光束高度、波段范围和照射强弱可调节的光源。
6.采用权利要求1所述照明方法而专门设计的一种暗视野体视显微镜，包括显微镜底座(11)、安装在显微镜底座(11)上用于放置标本(2)的载物台(10)、安装在载物台(10)旁边的可升降旋转支架(12)、以及安装在可升降旋转支架(12)上用于观察标本(2)的光学放大透镜组(13)，其特征在于：所述载物台(10)具有一个轴对称分布的回转形壳体(30)，回转形壳体(30)的中央设置有一载物平板(31)，载物平板(31)的下面倒置设有一顶角呈90°的圆锥面反射体(21)；回转形壳体(30)的内壁上设置有一对上下依次布置、曲面相互垂直的内圆锥面反射面(22、23)，其中：布置在下面的内圆锥面反射面(22)与圆锥面反射体(21)的曲面平行、且位置相对应，布置在上面的内圆锥面反射面(23)与载物平板(31)上放置标本(2)的空间相对应；回转体外壳(30)、圆锥面反射体(21)和一对内圆锥面反射面(22、23)的中心轴均与光学放大透镜组(13)两物镜主光轴的对称线O1O2重合；回转体外壳(30)的底部中心开设有透光口(20)，透光口(20)下面的显微镜底座(11)内设置有光源(0)。
7.根据权利要求6所述的暗视野体视显微镜，其特征在于：所述光源(0)为波段范围和照射强弱可调节的光源。
8.根据权利要求6或7所述的暗视野体视显微镜，其特征在于：所述回转体外壳(30)、载物平板(31)、圆锥面反射体(21)和一对内圆锥面反射面(22、23)由同一种表面易制镜的材料整体成型，其圆锥面反射体(21)和一对内圆锥面反射面(22、23)均为镜面。
9.根据权利要求6或7所述的暗视野体视显微镜，其特征在于：所述回转体外壳(30)、载物平板(31)、圆锥面反射体(21)和一对内圆锥面反射面(22、23)所围成的空间由同一种具有高折射率的透明材料整体成型，其全反射临界角小于45°。
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- 2007-05-29 CN CNB2007100522853A patent/CN100460922C/zh not_active Expired - Fee Related
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