CN103151232A

CN103151232A - 一种侧装光纤耦合透射电镜数字成像方法及其装置

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Publication number: CN103151232A
Application number: CN2013100742134A
Authority: CN
Inventors: 刘冰川; 陈自谦; 余英豪; 曲利娟; 刘庆宏
Original assignee: Fuzhou General Hospital of Nanjing Military Command of PLA
Current assignee: Fuzhou General Hospital of Nanjing Military Command of PLA
Priority date: 2013-03-08
Filing date: 2013-03-08
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2033-03-08
Also published as: CN103151232B

Abstract

本发明涉及一种侧装光纤耦合透射电镜数字成像方法及其装置，该方法包括以下步骤：（1）制作光纤电子光学转换器；（2）将光纤电子光学转换器与数码成像器件连接成一体；（3）将连接成一体的光纤电子光学转换器和数码成像器件安装在真空密封外壳内；（4）将真空密封外壳与透射电镜镜筒的一个35mm相机接口相连接，使得光纤电子光学转换器伸入镜筒内以将样品的透射电子图像或衍射花样传输到镜筒外，以便有足够的空间容纳或定制高性能的数码成像器件。本发明解决了现有透射电镜的35mm相机接口由于空间狭小容纳不下高性能的数码相机和不利于研制高性能的定制数码相机的问题。

Description

一种侧装光纤耦合透射电镜数字成像方法及其装置

技术领域

本发明涉及透射电子显微镜和成像方法及其装置，特别是涉及一种通过透射电镜的35mm相机接口安装、光纤耦合的、以数字方式记录样品的透射电子图像或衍射花样的透射电镜成像方法及其装置。

背景技术

如图1所示，长期以来，人们通过铅玻璃观察窗16观察样品的透射电子图像或衍射花样11在主荧光屏13上的图像，在确定感兴趣区并用对焦屏精确调焦后通过位于主荧光屏13下方的底插式相机用底装胶片14记录样品信息，或通过安装在透射电镜35mm相机接口10和12处的侧插式相机拍摄样品信息。自二十世纪九十年代以来，透射电镜数字成像装置的应用越来越普及。

陈朝庆等人在国内首先公开一种侧装镜头耦合型透射电镜数字图像系统（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.）。龚丹等人介绍一种侧装镜头耦合型透射电镜CCD 数字图像系统（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.），参见图2，该装置主要特点是：数码相机25和透射电子荧光屏20分别通过透射电镜的两个35mm相机接口10和12安装，数码相机25位于透射电镜的镜筒外，透射电子荧光屏20则位于透射电镜的镜筒内；光学窗口24起光学信号传输和真空隔离作用；步进电机22驱动透射电子荧光屏20进入或退出透射电镜的电子光路；透射电子荧光屏20上的光学图像经直角棱镜21、光学窗口24和镜头23成像在数码相机25上。

然而，镜头耦合型装置的光耦合效率低，特别不适合只能接受低剂量电子照射的生物类样品的观察。根据高应俊等人的实验研究（高应俊,姚胜利,高凤,等.纤维光锥与CCD相机的耦合研究[J].光子学报,1999,28(10):947-950.），光锥与CCD相机耦合的光透过率在57%以上；Proxitronic Detector Systems（http://www.proxivision.de/datasheets/Fiber-Optical-Coupling-PR-0051E-03.pdf）在其Fiber Optical Couplings文中说1:1的光纤与CCD相机耦合的光透过率约70%，而F1.0大光圈镜头的光耦合效率在5%左右。由于镜头中央和边缘的分辨率差别大，特别在大光圈时，镜头四周的分辨率下降很多，因而在实际产品中镜头耦合型装置所用镜头的光圈系数一般不大于F1.4，这时的光透过率在2%左右。以光纤与CCD相机耦合的光透过率为50%，镜头（光圈系数F1.4）的光透过率为2%计算，光纤耦合型透射电镜数字成像装置的灵敏度是镜头耦合型装置的25倍，特别适合生物医学领域的应用。

现有光纤耦合型透射电镜数字成像装置普遍采用直行的光纤器件（光学输入面和光学输出面的方向一致）进行光纤（锥）与CCD的耦合。由于透射电镜的35mm相机接口10和12空间狭小，以Philips EM208-S透射电镜为例，其提供的安装空间宽为60mm，高仅为36mm，参见图3，只能容纳下专门研制的定制数码相机32，而不能利用成熟市场上各种类型、高性能的数码相机。除去光锥31所占用一定的高度，留给定制数码相机32的空间非常小，不利于该定制数码相机32的高性能设计。

发明内容

为了克服基于现有技术的侧装镜头耦合透射电镜数字成像装置灵敏度不高，光纤耦合型透射电镜数字成像装置由于透射电镜的35mm相机接口空间狭小而不能利用成熟市场上高性能的数码相机，也不利于研制高性能的定制数码相机的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种结构独特、容易实现的侧装光纤耦合型透射电镜数字成像方法及其装置。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案一是：一种侧装光纤耦合透射电镜数字成像装置，包括透射电镜，所述透射电镜的镜筒具有两个35mm相机接口，其中任一个35mm相机接口连接有真空密封外壳，所述真空密封外壳内设置有数码成像器件，所述数码成像器件连接有将样品的透射电子图像或衍射花样传输到镜筒外的光纤电子光学转换器，所述光纤电子光学转换器伸入镜筒内。

进一步的，所述光纤电子光学转换器包括由光纤棒制作而成的转向光纤，所述转向光纤的光学输入面设有电子荧光粉层，所述电子荧光粉层表面设有与镜筒壁导通的导电膜层。

进一步的，所述转向光纤的光学输入端为圆形大端，所述转向光纤的光学输出端为矩形小端，所述转向光纤的光学输入面和光学输出面互相垂直。

进一步的，所述转向光纤的光学输入面的中垂线与光学输出面之间的距离为60~160mm。

进一步的，所述转向光纤的外侧设有便于其安装的铝质适形支架，所述电子荧光粉层上安装有与铝质适形支架固定连接的环形铝框。

进一步的，所述数码成像器件安装在真空密封外壳内的一个滑动支架上，所述数码成像器件通过插座与外界控制器相连接，所述插座安装于真空密封外壳上。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案二是：一种侧装光纤耦合透射电镜数字成像方法，包括以下步骤：（1）制作光纤电子光学转换器；（2）将光纤电子光学转换器与数码成像器件连接成一体；（3）将连接成一体的光纤电子光学转换器和数码成像器件安装在真空密封外壳内；（4）将真空密封外壳与透射电镜镜筒的一个35mm相机接口相连接，使得光纤电子光学转换器伸入镜筒内以将样品的透射电子图像或衍射花样传输到镜筒外。

进一步的，步骤（1）中的光纤电子光学转换器的制作方法按以下步骤进行：（1.1）将一根光纤棒拉制成两端直径大小不等，然后弯曲成两端面互相垂直，并将小端的端面切削成矩形，此即转向光纤；（1.2）在转向光纤的大端面上制作一层电子荧光粉层；（1.3）根据转向光纤的外形加工一铝质适形支架以方便转向光纤的安装，在电子荧光粉层上面安放一环形铝框并与铝质适形支架固定连接；（1.4）用直流蒸镀方法在电子荧光粉层表面镀一层导电膜层。

进一步的，步骤（2）中的光纤电子光学转换器与数码成像器件的连接方法按以下步骤进行：（2.1）选用数码相机，用机械方法揭去数码相机CCD表面的保护玻璃；（2.2）把CCD放入盛有去离子水的培养皿中，用超声清洗器清洗两次；（2.3）用光学胶把光纤电子光学转换器的光学输出面与CCD粘结起来。

进一步的，步骤（3）是将连接成一体的数码成像器件和光纤电子光学转换器安装在真空密封外壳内的一个滑动支架上。

进一步的，步骤（3）中的数码成像器件通过插座与外界控制器相连接，所述插座安装于真空密封外壳上。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明通过光纤电子光学转换器将样品的透射电子图像或衍射花样传输到透射电镜的镜筒外，突破了透射电镜的35mm相机接口空间狭小对数码成像器件几何大小的限制，因此可以灵活选用现成的或定制高性能的数码相机作为数码成像器件，大幅提升透射电镜数字成像装置的整机性能。由于采用光纤耦合技术，其灵敏度大大提高，可以降低对辐射敏感的生物类样品的电子照射剂量，特别适合在生物医学领域的应用。本发明的侧装光纤耦合型透射电镜数字成像装置待机时丝毫不影响携带样品信息的电子束的下行。

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。

附图说明

图1为现有的透射电镜的成像示意图。

图2为现有的侧装镜头耦合透射电镜数字成像装置的示意图。

图3为现有的光纤耦合透射电镜数字成像装置的示意图。

图4为本发明的侧装光纤耦合透射电镜数字成像装置工作时的示意图。

图5为本发明的侧装光纤耦合透射电镜数字成像装置待机时的示意图。

图6为本发明的光纤电子光学转换器的结构示意图。

图中：10、12-35mm相机接口，11-透射电子图像或衍射花样，13-主荧光屏，14-底装胶片，15-镜筒，16-铅玻璃观察窗，20-透射电子荧光屏，21-直角棱镜，22-步进电机，23-镜头，24-光学窗口，25-数码相机，31-光锥，32-定制数码相机，41-光纤电子光学转换器，42-数码成像器件，43-真空密封腔，44-插座，45-转向光纤，46-电子荧光粉层，47-导电膜层，48-光学输入面，49-光学输出面，50-中垂线。

具体实施方式

如图4~6所示，一种侧装光纤耦合透射电镜数字成像装置，包括透射电镜，所述透射电镜的镜筒15具有两个35mm相机接口10和12，其中35mm相机接口10连接有真空密封外壳，所述真空密封外壳内设置有数码成像器件42，所述数码成像器件42连接有将样品的透射电子图像或衍射花样11传输到镜筒15外的光纤电子光学转换器41，所述光纤电子光学转换器41伸入镜筒15内。

在本实施例中，所述光纤电子光学转换器41包括由光纤棒制作而成的转向光纤45，所述转向光纤45的外侧设有便于其安装的铝质适形支架，所述转向光纤45的光学输入面48设有电子荧光粉层46，所述电子荧光粉层46上安装有与铝质适形支架固定连接的环形铝框，所述电子荧光粉层46表面设有与镜筒15壁导通的导电膜层47，所述导电膜层47为镀铝层。所述转向光纤45的光学输入端为圆形大端，所述转向光纤45的光学输出端为矩形小端，所述转向光纤45的光学输入面48和光学输出面49互相垂直。所述转向光纤45的光学输入面48的中垂线50与光学输出面49之间的距离为60~160mm。

在本实施例中，所述数码成像器件42安装在真空密封外壳内的一个金属的滑动支架（图中未画出）上，所述滑动支架由无磁不锈钢材料加工而成，通过滑动支架及其驱动电机来实现该装置工作状态与待机状态的切换；所述数码成像器件42通过一个插座44与外界控制器（未画出）相连接，实现对数码成像器件42等的馈电和控制等功能，所述插座44优选真空密封插座MX15-8，所述插座44安装于真空密封外壳上。

如图4~6所示，一种侧装光纤耦合透射电镜数字成像方法，包括以下步骤：（1）制作光纤电子光学转换器41；（2）将光纤电子光学转换器41与数码成像器件42连接成一体；（3）将连接成一体的光纤电子光学转换器41和数码成像器件42安装在真空密封外壳内；（4）将真空密封外壳与透射电镜镜筒15的35mm相机接口10相连接，即该真空密封外壳所形成的真空密封腔43与透射电镜的镜筒15内腔相连通，该光纤电子光学转换器41伸入镜筒15内以将样品的透射电子图像或衍射花样11传输到镜筒15外。

在本实施例中，步骤（1）中的光纤电子光学转换器41的制作方法按以下步骤进行：（1.1）将一根直径34 mm、长140mm的光纤棒的一个端面拉制成直径25.4 mm，然后弯曲成两个端面互相垂直，并将直径25.4 mm的端面切削成21 mm×14 mm的矩形，此即转向光纤45；（1.2）用刘文波介绍的方法（刘文波,李鸿业.电镜荧光屏的一种制作方法. 实验室科学,2004,12(6):47-48）在转向光纤45的直径34 mm端面上制作一层电子荧光粉层46；（1.3）根据转向光纤45的外形加工一铝质适形支架以方便转向光纤45的安装，在电子荧光粉层46上面安放一环形铝框并与铝质适形支架固定连接（图中未画出）；（1.4）用直流蒸镀方法在电子荧光粉层46表面镀一层铝，形成导电膜层47。

在本实施例中，步骤（2）中的光纤电子光学转换器41与数码成像器件42的连接方法按以下步骤进行：（2.1）优选QHY8天文数码相机，用机械方法揭去数码相机CCD表面的保护玻璃；（2.2）把CCD放入盛有去离子水的培养皿中，用超声清洗器清洗两次，每次十五分钟；（2.3）在超净工作台上用光学胶把转向光纤45的光学输出面49与CCD粘结起来，粘结时CCD及光学输出面49位于水平面，且CCD在光学输出面49的上方。

在本实施例中，步骤（3）是将连接成一体的数码成像器件42和光纤电子光学转换器41安装在真空密封外壳内的一个金属的滑动支架上（图中未画出），该滑动支架由无磁不锈钢材料加工而成，通过滑动支架及其驱动电机来实现该装置工作状态与待机状态的切换；该数码成像器件42通过一个插座44与外界控制器（未画出）相连接，实现对数码成像器件42等的馈电和控制等功能，该插座44优选真空密封插座MX15-8，该插座44安装于真空密封外壳上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，本发明所列举设备或器件的名称或型号等内容是为了更具体、直观、清楚地说明本发明及其优点，而不是对本发明权利要求范围的限定，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种侧装光纤耦合透射电镜数字成像装置，包括透射电镜，所述透射电镜的镜筒具有两个35mm相机接口，其特征在于：其中任一个35mm相机接口连接有真空密封外壳，所述真空密封外壳内设置有数码成像器件，所述数码成像器件连接有将样品的透射电子图像或衍射花样传输到镜筒外的光纤电子光学转换器，所述光纤电子光学转换器伸入镜筒内。

2.根据权利要求1所述的侧装光纤耦合透射电镜数字成像装置，其特征在于：所述光纤电子光学转换器包括由光纤棒制作而成的转向光纤，所述转向光纤的光学输入面设有电子荧光粉层，所述电子荧光粉层表面设有与镜筒壁导通的导电膜层。

3.根据权利要求2所述的侧装光纤耦合透射电镜数字成像装置，其特征在于：所述转向光纤的光学输入端为圆形大端，所述转向光纤的光学输出端为矩形小端，所述转向光纤的光学输入面和光学输出面互相垂直。

4.根据权利要求3所述的侧装光纤耦合透射电镜数字成像装置，其特征在于：所述转向光纤的光学输入面的中垂线与光学输出面之间的距离为60~160mm。

5.根据权利要求2、3或4所述的侧装光纤耦合透射电镜数字成像装置，其特征在于：所述转向光纤的外侧设有便于其安装的铝质适形支架，所述电子荧光粉层上安装有与铝质适形支架固定连接的环形铝框。

6.根据权利要求1所述的侧装光纤耦合透射电镜数字成像装置，其特征在于：所述数码成像器件安装在真空密封外壳内的一个滑动支架上，所述数码成像器件通过插座与外界控制器相连接，所述插座安装于真空密封外壳上。

7.一种侧装光纤耦合透射电镜数字成像方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）制作光纤电子光学转换器；（2）将光纤电子光学转换器与数码成像器件连接成一体；（3）将连接成一体的光纤电子光学转换器和数码成像器件安装在真空密封外壳内；（4）将真空密封外壳与透射电镜镜筒的一个35mm相机接口相连接，使得光纤电子光学转换器伸入镜筒内以将样品的透射电子图像或衍射花样传输到镜筒外。

8.根据权利要求7所述的侧装光纤耦合透射电镜数字成像方法，其特征在于：步骤（1）中的光纤电子光学转换器的制作方法按以下步骤进行：（1.1）将一根光纤棒拉制成两端直径大小不等，然后弯曲成两端面互相垂直，并将小端的端面切削成矩形，此即转向光纤；（1.2）在转向光纤的大端面上制作一层电子荧光粉层；（1.3）根据转向光纤的外形加工一铝质适形支架以方便转向光纤的安装，在电子荧光粉层上面安放一环形铝框并与铝质适形支架固定连接；（1.4）用直流蒸镀方法在电子荧光粉层表面镀一层导电膜层。

9.根据权利要求7所述的侧装光纤耦合透射电镜数字成像方法，其特征在于：步骤（2）中的光纤电子光学转换器与数码成像器件的连接方法按以下步骤进行：（2.1）选用数码相机，用机械方法揭去数码相机CCD表面的保护玻璃；（2.2）把CCD放入盛有去离子水的培养皿中，用超声清洗器清洗两次；（2.3）用光学胶把光纤电子光学转换器的光学输出面与CCD粘结起来。

10.根据权利要求7所述的侧装光纤耦合透射电镜数字成像方法，其特征在于：步骤（3）是将连接成一体的数码成像器件和光纤电子光学转换器安装在真空密封外壳内的一个滑动支架上；所述数码成像器件通过插座与外界控制器相连接，所述插座安装于真空密封外壳上。