CN101995649B - 落射式微分干涉相衬显微镜 - Google Patents

Abstract

本发明属于显微镜技术领域，具体的说，涉及一种落射式微分干涉相衬显微镜，其包括观察镜，落射照明器以及微分干涉相衬组件，所述微分干涉相衬组件包括微分干涉棱镜、用于调节微分干涉棱镜前后移动的调节杆以及调节微分干涉棱镜上下高度的调节螺钉，本发明所述的落射式微分干涉相衬显微镜具备明视场正置观察、偏振观察的功能，还可进行微分干涉相衬观察，结构简单，操作方便，可以得到视场均匀、衬度明显的显微图像，可应用于现代电子工业、材料科学研究与制造等领域，实现无损光学检测的要求。

Description

落射式微分干涉相衬显微镜

技术领域

本发明属于显微镜技术领域，具体的说，涉及一种落射式微分干涉相衬显微镜，其使观察到的显微图像具有明显的衬度对比，呈现立体感较强的图像，以提高显微观察的分辨力。

背景技术

微分干涉相衬显微技术是Nomarski(诺马斯基)于1952年在相衬显微观察技术的基础上提出的，采用的是透射式显微观察系统，包括了起偏振器(Polarizer)、DIC棱镜、DIC滑行器与检偏器(Analyzer)四个关键光学组件。中国科学院上海光学精密机械研究所徐毓光等科技工作者开展了关于微分干涉相衬显微镜的技术研究，并于1985年7月向国家知识产权局申请了微分干涉相衬显微镜专利，专利号为CN85105355，在其专利摘要与主权项中描述：其特征在于利用简易的光学玻璃三平面环路干涉系统实现干涉相衬，所说光学玻璃三平面环路干涉系统是由两个全反射平面和一个半透半反平面组成。落射式微分干涉相衬显微镜是在落射偏振观察系统中，引入微分干涉相衬(DIC)棱镜组件，只需要起偏振器、DIC棱镜、检偏器三个关键光学组件，可以实现偏振光分束与复合，从而实现干涉显微图像观察。现有落射式微分干涉相衬显微镜是在偏振观察系统中，加裁微分干涉相衬棱镜装置，照明与成像系统共用同一个DIC棱镜，但由于棱镜相干平面与物镜的后焦面要求基本一致，对不同倍率的物镜设计提出了新的要求，需配置专用微分干涉相衬观察用物镜，使得显微镜的结构复杂，同时DIC棱镜的设计、加工与检测相对复杂。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种落射式微分干涉相衬显微镜，其在落射偏振观察系统中设计微分干涉相衬观察适应的诺马斯基棱镜(DIC棱镜)组件，同时选择后焦面相近的成像物镜，通过对DIC棱镜安装高度与角度的调整，以满足DIC棱镜相干平面与物镜后焦面重合的要求。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种落射式微分干涉相衬显微镜，包括观察镜，落射照明器以及微分干涉相衬组件，所述微分干涉相衬组件包括微分干涉棱镜、用于调节微分干涉棱镜前后移动的调节杆以及调节微分干涉棱镜上下高度的调节螺钉。

进一步，所述观察镜为双目观察镜，为铰链式结构。

进一步，所述落射照明器包括顺序设置的灯箱、滤色片切换装置、孔径光阑、视场光阑、起偏器、检偏器以及透、反射切换观察装置。

进一步，所述灯箱后盖板采用翻转式铰链结构。

进一步，所述滤色片切换装置、孔径光阑、视场光阑均为拨轮转盘式结构。

进一步，还包括阿贝聚光镜组，该阿贝聚光镜组加载孔径光阑。

进一步，还包括集光器，该集光器内部设有视场光阑。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明所述的落射式微分干涉相衬显微镜具备明视场正置观察、偏振观察的功能，还可进行微分干涉相衬观察，结构简单，操作方便，可以得到视场均匀、衬度明显的显微图像，可应用于现代电子工业、材料科学研究与制造等领域，实现无损光学检测的要求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的立体结构图；

图2是落射照明器的剖视图；

图3是微分干涉相衬组件的剖视图；

图4是载物平台的结构示意图；

图5是粗微动调焦装置示意图；

图6阿贝聚光镜组示意图；

图7集光器示意图；

图8是本发明的左视图；

图9是本发明的右视图；

图10是本发明的后视图。

具体实施方式

如图1所述，本发明所述的落射式微分干涉相衬显微镜，包括双目观察镜1、摄影摄像输出端口2、落射照明器3、转换器4、落射式微分干涉相衬组件5、物镜6、载物平台7、粗微动调焦机构8、阿贝聚光镜组9以及集光器10。

其中，双目观察镜1采用铰链式结构，配置广角平场目镜，单边视度可在-5～+5个视度范围内调节，目镜瞳距可在53mm～75mm之间任意调节，目镜筒倾斜角度为30度，可适配视场数不超过Ф22mm的目镜。

摄影摄像输出端口2是用于显微镜图像采集时的光学输出端，配合专用的摄影卡口或适配器，可以连接CCD摄像仪、数码相机或数码单反相机、普通相机。摄影摄像系统采用100％通光，可通过本装置所设置的切换拉杆进行目视观察与摄影操作。

图2是落射照明器3的剖视图，落射照明器3是为落射式显微镜观察提供光源与控制光源的重要部件，本落射器3采用的是柯拉照明系统，主要包括灯箱301，滤色片切换装置302，孔径光阑303，视场光阑304，起偏器305，检偏器306和透、反射切换观察装置307。

灯箱301内设置的光源采用卤素灯照明，可通过两侧的调节手轮进行灯泡位置的调整，调整范围为3mm～5mm。灯箱301后盖板采用翻转式铰链结构，可以快速更换灯泡。灯箱301两侧安装隔热塑胶板，防止热源辐射或灼伤操作者。滤色片切换装置302采用拔轮转盘式结构，设置有黄、绿、蓝、磨砂玻璃与直接透射五个档位，以满足改变图像衬底或照明亮度、均匀性的照明要求。孔径光阑303与视场光阑304均采用拔盘式转动调节，用于改变照明系统的通光口径与视场大小。在孔径光阑303与视场光阑304之后设置起偏器305，使照明光源转变成线偏振光，通过起偏器305侧面的旋转拔盘可以进行起偏角度的调整。检偏器306内置在落射式照明器的半透分光镜之上，三目头座之下，通过推拉拉杆可以进行切换检偏器306，以满足透、反射照明观察的要求。起偏器305和检偏器306的偏振方向相对于主体应为东西方向与南北方向，以形成落射式正交偏振观察系统。透、反射切换观察装置7主要是为了适应产品透射观察、落射与落射微分干涉相衬观察的需要，通过半透分光镜与拉杆实现切换。

在偏振观察系统中，采用无应力光学组件与优良的柯拉落射照明系统、无限远长工作距离平场消色差物镜，为了满足物镜后焦面相近的要求，设计5倍、10倍、20倍、40倍物镜。

图1中的转换器4，又称之为“鼻轮”，用于不同倍率物镜进行转换。

微分干涉相衬组件5主要作用是对偏振光进行分束与复合，以实现微分干涉相衬观察的功能，其主要结构如图3所示。

微分干涉相衬组件5包括微分干涉棱镜501、用于调节微分干涉棱镜前后移动的调节杆502以及调节微分干涉棱镜上下移动的调节螺钉503。

调节杆502通过旋转可以前后移动微分干涉棱镜501，以改变彩色干涉条纹，形成不同底色的显微图像。调节螺钉503共有3个，通过调节，可以实现微分干涉棱镜501上下位置(相干平面高度)与入射光线相对棱镜的入射角的调节，以达到棱镜相干平面与物镜后焦面重合的要求，使观察的显微图像变得清晰，底色均匀，呈现较强的立体感。

插板座504，用于安装微分干涉棱镜501及相关调节结构，插板座504单侧(左侧)面设置有定位槽，以明确正常明视场观察与微分干涉相衬观察，盖板5用于封装组件。

微分干涉棱镜501，又称之为DIC棱镜，由两个具有相互垂直光轴的石英晶体，通过研磨后形成一定倾斜角度(称之为楔角)，再将两个石英晶体片用光学粘结剂(光敏胶)胶合在一起，形成具有晶体光学特性的平板DIC棱镜。线偏振光经过DIC棱镜501时，由于晶体的双折射性，棱镜将其剪切成两束具有微小夹角且振动方向相互垂直，振幅相等的线偏振光(寻常光o光及非常光e光)。这两束光再经过物镜，产生具有一定剪切量的平行光，从而落射到被测物体表面。光线经反射后原路返回，再次进入棱镜以后两束光重新汇合在一起，但因偏振方向相互垂直，故不发生干涉，但通过检偏器306后可使光束的振动方向相一致，从而形成干涉图像，经过DIC棱镜501后的光束产生的分束角(离散角)非常小，o光与e光因分束而产生的光程差也远小于物镜的分辨率，因而可以观察到更加细微的物镜表面变化，形成微分干涉相衬显微图像，不同光程差形成的干涉图像表现为彩色干涉条纹，对称分布于黑灰色带两侧。

物镜6是光学显微成像的关键部件，本发明设计的物镜6为无限远平场消色差无盖玻片物镜，系统标准配置5X，10X，20X，50X，选配40X，60X，80X，100X(干式，弹簧镜)，物镜6工作距离长，后焦面位置大致相同，根据5X至100X物镜后焦面的特点，分为两种，其中5X，10X，100X后焦接近，可以共用一组微分干涉相衬组件，20X，40X，50X，60X，80X后焦面接近，可以共用一组微分干涉相衬组件，因此本发明的落射式微分干涉相衬显微镜采用两组微分干涉相衬组件即可满足所有物镜共后焦面的要求。

载物平台7，其结构如图4所示，是用于承载观察的样品，本发明采用透反射型照明观察方式，采用透射照明时，照明光可以从下向上透过待观察样品，本发明未设置透射型微分干涉相衬观察装置，因此不能进行透射式微分干涉相衬观察，只能进行正常明视场观察。采用落射照明时，照明光通过物镜照射在待观察的样品上，经样品反射再通过物镜成像，可以观察不透明的样品，此时可以进行偏光观察与微分干涉相衬观察，即落射式微分干涉相衬观察。本发明使用的载物平台具有纵、横向移动功能，设置有纵、横向移动手701，其中纵向移动范围不小于50mm，横向移动范围不小于75mm，其它相关技术参数符合GB/T2985-2008生物显微镜标准中载物平台的技术要求。

粗微动调焦机构8，其结构如图5所示意，通过旋转粗动调节手轮801与微动调焦手轮802，可使载物平台升降，以达到聚焦的目的，其中微动调焦手轮802的微动格值为0.002mm，粗微动调焦机构中设置了粗动调节松紧手轮803与限位手轮804，其中粗动调节松紧手轮803用于调节粗动调节手轮801的扭矩，防止载物平台7自上而下移动，又称为“自流”。限位手轮804是用于防止转换物镜6时，高倍物镜碰撞载物平台7而损坏物镜6，也便于操作不同物镜6时能够快速聚焦。

阿贝聚光镜组9，其结构如图6所示，其作用是对照明光进行聚焦，以满足不同倍率物镜成像时所需的照明亮度与衬度要求，本发明使用的阿贝聚光镜组加载了孔径光阑901，用于调节进入聚光镜的光能量，以达到改变照明衬度的目的。阿贝聚光镜组9可以通过升降调节手轮，改变上下位置高度，以满足不同倍率物镜的照明要求。

集光器10，其结构如图7所示，是对光源的发散光进行集合，形成符合柯拉照明特性的均匀光源，进入阿贝聚光镜组。本发明的集光器10内部设置有视场光阑，旋转集光器10上部的拔盘1001，可实现改变光阑孔径的目的。

图8、9、10是本发明的左视图、右视图和后视图。

本发明的电器部分，其布局如图8所示，主要设置有亮度调节旋钮11，电源控制开关12，透反射电源切换开关13，电源插座14，落射光源电源输入端口15，电器部分的电源控制开关12设置在主体的左侧下方，正常工作时呈浅绿色，其正上方设置透反射电源切换开关13，用于改变透射、落射照明方式，电源插座14设置在主体后部。本发明的产品输入电压分为三类：230V/50Hz，110V/50Hz，85～265V宽电压电源，输出的功率为12V30W或12V50W。

本发明也适用于现有正置金相显微镜(包含偏振观察装置)技术。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (7)

1.一种落射式微分干涉相衬显微镜，包括观察镜，落射照明器以及微分干涉相衬组件，其特征在于：所述微分干涉相衬组件包括微分干涉棱镜、用于调节微分干涉棱镜前后移动的调节杆以及调节微分干涉棱镜上下高度的调节螺钉。

2.根据权利要求1所述的落射式微分干涉相衬显微镜，其特征在于：所述观察镜为双目观察镜，为铰链式结构。

3.根据权利要求1所述的落射式微分干涉相衬显微镜，其特征在于：所述落射照明器包括顺序设置的灯箱、滤色片切换装置、孔径光阑、视场光阑、起偏器、检偏器以及透、反射切换观察装置。

4.根据权利要求3所述的落射式微分干涉相衬显微镜，其特征在于：所述灯箱后盖板采用翻转式铰链结构。

5.根据权利要求3所述的落射式微分干涉相衬显微镜，其特征在于：所述滤色片切换装置、孔径光阑、视场光阑均为拨轮转盘式结构。

6.根据权利要求1所述的落射式微分干涉相衬显微镜，其特征在于：所述落射式微分干涉相衬显微镜还包括阿贝聚光镜组，该阿贝聚光镜组加载孔径光阑。

7.根据权利要求1所述的落射式微分干涉相衬显微镜，其特征在于：所述落射式微分干涉相衬显微镜还包括集光器，该集光器内部设有视场光阑。

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