CN1177113A - 超高倍显微镜 - Google Patents

Abstract

超高倍显微镜由光学放大系统和光电转换系统构成,有一万倍以上的放大倍率、0.3微米分辨率和30微米以上景深,并可保持观察对象的生物活性。初级放大为光学显微镜,具有基座、载物台、聚光镜、光缆与光源室,载物台上方有物镜;三级放大是光电转换系统。特征是二级放大机构由光学中继镜和连续变倍镜组成,二者与光电转换器固定在一起。本发明为科研,特别是医学研究与临床提供了理想的显微工具,在其他产业也有广泛用途。

Description

超高倍显微镜

本发明涉及一种光学与电子学显微镜，特别是一种超高倍显微镜。

自显微镜发明以来，大幅度提高放大倍率和分辨率，一直是技术人员追求的目标，但光学显微镜一般最大为1600倍，极端的放大倍数也只能达到2000左右，而且在高倍率时，不仅分辨率难以提高，而且景深变得非常小，以至无法作理想的观察。电子显微镜达到了高倍放大和高分辨率的目标，但是电子显微镜中的电子束会对许多观察对象造成破坏，有时还必需对观察对象作金属镀膜等技术处理，所以无法观察生物的活体状态。2l92112064.8号发明专利公布了一项新的高倍显微技术，它是将一个光学投影显微镜与一个电视摄像机联结在一起，用光学显微镜作一级放大，投影目镜的光学投影作二级放大，再经光电转换系统作三级放大，即可得到高达12000倍的放大倍率、0.3微米的分辨率和30微米以上的景深。由于其一级放大是使用传统的光学放大，所以在观察时能保持观察对象的生物活性。由于二级和三级放大时对一级放大的景深不产生影响，所以能在高放大倍率的同时获得很大的景深。该发明通过光缆技术，获得高照度的冷光源，保证了高倍图像的清晰与色彩的完整、真实。该发明的三级放大只利用光学系统中的近轴光线(在该说明书中被叙述为；“只利用映像与投影镜头的中央扁平部位”)而使球面像差减少。这项组合发明的具体方案如下：它具有一个基座和一个载物台；载物台下面有聚光镜，聚光镜经光缆与光源室连接；载物台上方有一可旋转的转塔(即物镜转换器)，其上装有若干不同倍率的物镜；物镜上方为光学室，光学室顶端设有一个管状的投影室；投影室下端装有投影目镜，上端装有视频摄像机；投影镜头和视频摄像机之间的距离可以调节，以改变放大倍率。以上结构还可再与微电脑图象处理装置及荧光屏或录像机等联结。这一发明成功地解决了高放大倍率、高分辨率、大景深及不破坏观察对象的原始状态等几个方面的矛盾，为科研工作，特别是医学研究以及工业领域提供了一种十分有效的显微工具。但是由于它采用了投影方式来改变放大倍率，使得投影室下端的投影目镜与其上端的视频摄像机之间不是直接连接，而是保有距离，投影目镜和摄像机的感光面均暴露在投影室的大气中，易受灰尘和潮气的侵蚀，影响成像质量；这种结构的维修保养也较困难；在改变放大倍率时，它是通过摄像机作上、下的机械运动实现的，在一个具体产品中其运动距离达135mm，这种运动中不可避免产生的轻微震动，对放大一万多倍的图像来说，其影响是不可忽略的，必然影响成像质量；由于投影室内投影目镜的放大倍率是一个固定值，当摄像机上、下运动时，投影目镜的像面不可能总是落在摄像机的靶面(感光面)上，从而造成视频监视器上的影像模糊，所以每次改变倍数，都必需调节光学显微镜上的调焦机构，以使图像清晰，操作十分不便。

针对现有技术的上述缺陷，本发明的任务是提供另一种技术方案，来实现光学初级放大和电子视频三级放大的结合。它在保持现有技术的高放大倍率、高分辨率、大景深和保持观察对象原始状态等优点的同时，应能消除投影目镜与摄像机分离造成的空气侵蚀、维修不便、机械震动影响图象以及摄像机感光面不能保持在投影目镜焦点上等著多问题。本发明光学系统和光电转换系统之间应紧密联结，两者间不作相对运动，以消除精度误差；本发明应能连续变倍，并且杜绝两个部件之间产生轴线错位的问题，这种良好配合，还应使高倍到低倍的变化过程中，不需要重新调焦，也不需要大幅度地调整聚光镜和滤色镜的位置。

完成上述发明任务的方案如下：与现有技术相同的是，本发明的初级放大系统为光学显微镜，具有基座和载物台；载物台下面有聚光镜，聚光镜经光缆与光源室连接；载物台上方有物镜；三级放大采用光电转换系统。本发明的特征是；在一级放大系统和三级放大系统之间的二级放大机构，由光学中继镜和连续变倍镜头组成。光学中继镜与连续变倍镜头联结在一起，并与光电转换器固定在一起。所说的光电转换器可采用视频摄像机，也可采用其他的光电转换矩阵电路，它与光电转换电路一起构成光电转换系统。所说的“物镜”，包括一个固定的物镜、若干个可拆卸替换的物镜或设置物镜转换器，装有若干不同倍率物镜等不同方案。以上结构还可再与微电脑图象处理装置、监视器荧光屏或录像机等联结。

本发明与现有技术一样，可得到一万倍以上的放大倍率、0.3微米的分辨率和30微米以上的景深，并可保持观察对象的生物活性，同时消除了光学系统与摄像机分离造成的空气侵蚀、维修不便、机械震动影响图象以及摄像机感光面不能保持在投影目镜焦点上等著多问题。由于本发明光学系统和光电转换系统之间是紧密联结，消除了两者之间的空气层的变化，从而消除了机械运动产生的精度误差；本发明采用的连续变倍镜头，还杜绝了光学系统与光电转换系统之间产生轴线错位的问题，而且在高倍到低倍的变化过程中，不再需要重新调焦和大幅度地调整聚光镜及滤色镜的位置。

现结合附图与实施例作进一步的说明。

图1为本发明一个实施例整体结构示意图；

图2为二级放大机构的结构示意图：

图3为连续变倍镜头工作原理图：

图4为本发明工作原理图。

实施例1，参照图1：光学显微镜4包括底座5，镜身6，棱镜三目观察室7，物镜8，目镜9，物镜转换器10，载物台11，调焦机构12和聚光滤色装置13。电源箱1内装有冷光源，并通过光缆2与光缆聚光镜3连接。灯泡聚光镜、连续变倍镜头的电子驱动系统和控制电路以及视频转换电路也装在电源箱内。连续变倍镜头和光电转换器一起安装在物镜上方的外壳14中，连续变倍镜头的的控制电路及光电转换器与视频转换电路之间，均通过电缆15连接。光电转换器、视频转换电路和监视器共同构成光电转换系统，该系统中还包括录像机、微电脑处理器及视频打印机。本实施例中的光电转换器采用视频摄像机。监视器17、录像机18以及微电脑与视频转换电路用电缆16相连接。放在载物台上的试样经光纤冷光源照明并调焦后，在目镜上即可看到放大图像。三目棱镜观察室将物镜放大的光线，一部分送到目镜中，另一部分送到二级放大机构。调整棱镜三目观察室内的棱镜位置，即可把放大图像送入二级放大机构。参照图2，二级放大机构包括：连续变倍镜22和光学中继镜24，通过螺纹紧密联结在一起。视频摄像机21，连续变倍镜22和光学中继镜24三者处于同一外壳14中，用固定板20和螺钉23固定，并用螺纹密封。管形零件25将二级放大系统与三目观察室连接在一起。连续变倍镜的工作原理参照图3，它是一个基本密封的光学系统，由多组光学镜片组合而成，可分解为前组镜片、中组镜片和后组镜片。中组镜片19上装有导轨，可在电机驱动下沿导轨前后移动，改变焦距从而改变放大倍率。当控制电路通过电缆15将调焦信号传递到连续变倍镜头22时，镜头中的中组镜19前、后移动，改变焦距，这到变倍目的。在变倍过程中，其像面可固定地落到同一靶面上，所以视频摄像机的位置固定，从光学中继镜24来的光学信号变倍后落到视频摄像机的靶面26上，后者将信号转换成模拟电信号，传输到视频转换电路，再将图像显示在监视器萤光屏、录像机或电脑等设备上。综上所述，本发明的工作原理参照图4，电源箱1内冷光源发出的光，通过光缆2与光缆聚光镜3到达物镜4，透过观察物后，送入光学中继镜24和连续变倍镜22，再进入光电转换器21。电源箱1中的控制电路控制连续变倍镜头22的变倍。光电转换器21将光信号转换成电信号送入电源箱1中的视频转换电路，再送到监视器17、录像机18及微电脑27等机构中去。

Claims (5)

1、一种超高倍显微镜，初级放大机构为光学显微镜，具有基座和载物台，载物台下面有聚光镜，聚光镜经光缆与光源室连接，载物台上方有物镜，三级放大机构是光电转换系统，其特征是：二级放大机构由光学中继镜和连续变倍镜组成，光学中继镜与连续变倍镜联结在一起，并与光电转换器固定在一起。

2、按照权利要求1所述的超高倍显微镜，其特征是：所说的光电转换系统中的光电转换器是指视频摄像机。

3、按照权利要求2所述的超高倍显微镜，其特征是：光电转换器和视频转换电路构成的光电转换系统中还有监视器。

4、按照权利要求3所述的超高倍显微镜，其特征是：光电转换系统中还包括录像机、微电脑处理器或视频打印机。

5、按照权利要求1、2、3或4所述的超高倍显微镜，其特征是：具体结构为：光学显微镜包括底座，镜身，棱镜三目观察室，物镜，目镜，物镜转换器，载物台，调焦机构和聚光滤色装置，电源箱内装有冷光源，并通过光缆与光缆聚光镜连接，灯泡聚光镜、连续变焦镜头的电子驱动系统和控制电路以及视频转换电路也装在电源箱内，视频摄像机、连续变倍镜和光学中继镜三者处于物镜上方的同一外壳中，用固定板和螺钉固定，并用螺纹密封，一个管形零件将二级放大机构与三目观察室连接在一起，连续变焦镜头的控制电路及光电转换器与视频转换电路之间，均通过电缆连接，监视器、录像机及微电脑与视频转换电路用电缆相连接。

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