CN101788506A - 透射电镜即时成像装置 - Google Patents

Abstract

一种以数字图像方式即时记录透射电镜的透射电子图像的装置，由透射电子荧光屏、光学镜头、数码单反照相机、计算机和其它辅助结构组成。其主要特点是：在透射电镜投影室的底部放置一块面积较大的透射电子荧光屏把透射电子图像转变为光学图像，在投影室外安装一个数码单反照相机通过大光圈系数镜头即时把光学图像转变成数字图像，并把图像数据通过usb2.0电缆传输到与之相连接的计算机，由计算机处理后即时显示结果，数码单反照相机的曝光时间、感光度也由计算机上运行的软件自动控制。该装置用于替代透射电镜电子胶片拍摄透射电子图像和衍射花样。

Description

透射电镜即时成像装置

技术领域

本发明涉及透射电子显微镜，特别是指一种以数字图像方式记录透射电镜的透射电子图像和衍射花样的技术方案及装置。

背景技术

反映样品信息的透射电子束(1)经投影镜(2)投射到投影室(4)，操作者主要透过铅玻璃窗口(5)观察主荧光屏(6)上的透射电子图像，还可用胶片(7)记录图像。在不拍摄胶片时当主荧光屏(6)抬起，透射电子便可投射到投影室(4)的底部。传统上透射电镜采用胶片(7)记录样品的透射电子图像和衍射花样信息。目前国内市场上，国外的Gatan、TVIPS、Soft Imaging System公司是最主要的透射电镜数字成像产品制造商，提供包括通过35mm相机接口(3)安装的侧装型或在投影室(4)底部安装的底装型各种挡次的透射电镜数字成像系统，但它们价格昂贵，因此国内大多数透射电镜用户还是使用胶片。

国内1999年报告透射电镜数字成像系统(陈朝庆，邵贝羚，孙继光，等.透射电镜CCD数字图像接收处理系统[J].现代仪器，1999(5)：8-11.)，该项目得到(http://www.ceas.org.cn/yjzj/showarticle.asp？articleid＝229)国家科技部的支持，并且获得部级二等奖，还于2003年获得实用新型专利(ZL02294035.9)。另一武汉大学小组也于2005年发表了类似研究成果(龚丹，曾立波，张宏波，等.透射电镜CCD数字图像系统的研制[J].分析测试技术与仪器，2005，11(2)：133-136.)。

上述两个方案都是通过35mm相机接口(3)安装的侧装型数字化成像，它们的主要缺点：一是荧光屏面积小(约30×30＝900mm²)，二是放大倍数只有标准放大倍数(胶片放大倍数)的约1/3。这两个固有缺陷使得开发实用的侧装型透射电镜数字化成像装置相对困难，国外公司高端透射电镜数字化成像产品都是底装型的就是例证。还有，他们都是使用小幅面CCD传感器：一种为7.95mm×6.45mm，另一种为1/2英时规格(6.4mm×4.8mm)，不利于获取高质量图像。

2007年本发明人在文献检索和市场调查基础上(刘冰川，曲利娟，刘庆宏，等.透射电子显微镜成像方式综述[J].医疗设备信息，2007，22(9)：43-46.)研制并报告一种透射电镜数字成像系统(刘冰川，曲利娟，刘庆宏，等.透射电子显微镜数字成像系统的研制[J].医疗卫生装备，2007，28(10)：12-13.)。该方案用普通数码相机(佳能PowerShot A620，CCD为1/1.8英时，最大光圈F/2.8)为成像器件，与数码单反照相机相比，灵敏度、信噪比不够高；由于镜头与图像传感器一体化，镜头不可更换，不可能使用畸变更小、光圈系数更大的光学耦合效率更高的镜头；通过计算机控制电磁铁模拟按键动作确定曝光参数(曝光时间、感光度等)，没有做到对所有参数的灵活选择，不能充分利用数码相机的性能；所以，该方案只有在理想的条件下才能得到满意的图像，有较大的局限性。

发明内容

为了提供一种经济并且在各种条件下都能拍摄到理想的透射电镜的透射电子图像和衍射花样，本发明提出一种结构简单、实用的透射电镜即时成像装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在透射电子显微镜电子光路的低位放置面积较大的透射电子荧光屏(15)把透射电子图像转变成光学图像，然后由数码单反照相机(12)(图像传感器至少为APS-C画幅，22.2mm×14.8mm)通过镜头(11)(光圈系数至少F/1.4)完成即时照像，计算机(18)与数码单反照相机(12)通过usb2.0电缆(17)连接，用软件全面自动控制数码单反照相机的拍摄参数如曝光时间、感光度等参数，对由数码单反照相机拍摄的数字图像进行处理并即时显示结果。

与前面所述的侧装型方案相比，本发明在透射电镜的低位(投影室底部，空间大)放置较大面积的透射电子荧光屏，图像放大倍数也大于1，克服了侧装型只能使用小荧光屏和放大倍数只有约1/3的缺点，因而利用本发明更容易研制出实用产品。特别是与本发明人2007年的原型机相比，本发明(A)采用数码单反照相机，图像传感器面积(APS-C画幅，22.2mm×14.8mm)是原型机(1/1.8英时，7.176mm×5.319mm)的8.6倍，灵敏度提高、动态范围增加；实验表明：在荧光屏亮度和曝光值EV(Exposure Value)相同条件下，本发明用感光度ISO800拍摄的图像与本发明人2007年原型机用感光度ISO100拍摄的图像质量相当，即本发明的灵敏度是原型机的8倍。(B)采用大光圈系数镜头完成光学图像耦合，光通量是原型机的4倍(F/1.4对F/2.8)。(C)用计算机通过软件全面、自动控制数码单反照相机，可以根据图像亮度灵活选择最合适的拍摄参数。因此，本发明在各种条件下都能获得质量很好的图像。本发明的突出优势还有，与国外公司产品相比，本发明使用的都是容易购得的通用器件，却实现了国外产品自制专用器件的性能，结构简单、经济实用，容易实施。

附图说明

附图为本发明结构示意图

图中1.透射电子束，2.投影镜，3.35mm相机接口，4.投影室，5.铅玻璃窗口，6.主荧光屏，7.胶片，8.大O型密封圈，9.小O型密封圈，10.铅玻璃，11.镜头，12.数码单反照相机，13.图像传感器，14.不锈钢基座，15.透射电子荧光屏，16.O型支架，17.usb2.0电缆，18.计算机，19.投影室壁。

具体实施方式

本发明结构示意图中，不锈钢基座(14)通过透射电镜投影室底部预留的螺丝孔(图中未画出)正中安装，除计算机(18)外的其它部件都安装在此不锈钢基座(14)上，自上至下依次是透射电子荧光屏(15)，铅玻璃(10)，镜头(11)，数码单反照相机(12)。在不锈钢基座(14)与投影室壁(19)和与铅玻璃(10)之间分别有大O型密封圈(8)和小O型密封圈(9)起真空密封作用，O型支架(16)对铅玻璃(10)起支撑作用并使小O型密封圈(9)受到适当的压力以保证密封效果。透射电子荧光屏(15)有效直径为70mm、圆形(面积约3800mm²)，铅玻璃(10)为8mm厚、圆形，镜头(11)选用适马30mm F1.4EX DC，数码单反照相机(12)选用CanonEOS 40D，计算机(18)是HP Compaq 2100b，数码单反照相机(12)与计算机(18)通过usb2.0电缆(17)连接。计算机软件全面自动控制数码单反照相机成像参数的原理是：事先用不同曝光值拍摄不同亮度的透射电子荧光屏图像，比较得出不同透射电子荧光屏亮度所对应的最合适曝光值，做成曝光表存成文件；实际拍摄时，根据当前透射电子荧光屏亮度，软件从曝光表中选择对应的曝光值控制数码单反照相机的曝光时间和感光度等参数成像。

本实例实现的功能可以简洁表述为：反映样本信息的透射电子束(1)轰击透射电子荧光屏(15)产生光学图像，此光学图像经镜头(11)成像在数码单反照相机(12)的图像传感器(13)上，计算机(18)通过usb2.0接口控制数码单反照相机(12)的曝光时间和感光度等参数，完成图像的拍摄，此数字图像数据经usb2.0电缆(17)传回到计算机(18)经图像处理后在计算机屏幕上显示结果。本实例在人眼根本无法辨别电镜主荧光屏(6)上样品图像条件下仍可拍摄出清晰图像。

Claims (4)

1.一种透射电镜即时成像装置，包括透射电子荧光屏、数码单反照相机、光学镜头、计算机及控制软件，其特征在于：透射电子荧光屏固定在透射电镜投影室底部、投影室内，其中心位于透射电子束中轴线上；数码单反照相机位于投影室外、正对透射电子荧光屏，它们之间通过光学镜头进行光学耦合；计算机通过usb2.0电缆与数码单反照相机连接。

2.根据权利要求1所述的透射电镜即时成像装置，其特征在于：所述的数码单反照相机所用的图像传感器至少为APS-C画幅(22.2mm×14.8mm)。

3.根据权利要求1所述的透射电镜即时成像装置，其特征在于：所述的光学镜头的光圈系数至少为F1.4。

4.根据权利要求1所述的透射电镜即时成像装置，其特征在于：所述的计算机通过软件全面、自动控制数码单反照相机的曝光时间、感光度。