RU2277253C1

RU2277253C1 - Comparison microscope

Info

Publication number: RU2277253C1
Application number: RU2004132961/28A
Authority: RU
Inventors: Петр Алексеевич Санников (BY); Петр Алексеевич Санников; В чеслав Николаевич Маслаков (BY); Вячеслав Николаевич Маслаков; В чеслав Александрович Бурский (BY); Вячеслав Александрович Бурский
Original assignee: Производственное республиканское унитарное предприятие "Минский механический завод им. С.И. Вавилова"
Priority date: 2004-11-11
Filing date: 2004-11-11
Publication date: 2006-05-27
Also published as: RU2004132961A

Abstract

FIELD: optics, possible use for comparison analysis of objects, in particular, for identification research in criminalistics area.

SUBSTANCE: microscope contains two comparison branches, each one of each contains first and second objectives, observation and registration block, including amplification changing device, and block for combining image fields, positioned between second objectives of comparison branches and observation and registration block. In one or both comparison branches second objective is made with possible alteration of focusing distance.

EFFECT: assured identity of images, formed by first and second comparison branches.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при сравнительном анализе объектов, в частности для идентификационных исследований в области криминалистики.The invention relates to optical instrumentation and can be used in a comparative analysis of objects, in particular for identification research in the field of forensics.

Известен микроскоп сравнения, содержащий две ветви сравнения, каждая из которых включает устройство изменения увеличения и первый и второй объективы, блок наблюдения и регистрации и блок совмещения полей изображений, расположенный между вторыми объективами ветвей сравнения и блоком наблюдения и регистрации. Работа микроскопа сравнения основана на формировании обеими ветвями сравнения промежуточных изображений объектов в блоке совмещения полей изображений в плоскости, совмещенной с плоскостью предметов блока наблюдения и регистрации. При перемещении блока совмещения полей изображений в направлении, параллельном оптическим осям вторых объективов ветвей сравнения, наблюдают и регистрируют в крайних положениях блока совмещения полей изображений изображение объекта, формируемое либо первой, либо второй ветвью сравнения, а в промежуточных положениях - части изображений, формируемых обеими ветвями сравнения. Перемещение блока совмещения полей изображений в направлении, перпендикулярном первому перемещению, позволяет наблюдать и регистрировать наложенные друг на друга изображения первой и второй ветвей сравнения [1].A comparison microscope is known, comprising two branches of comparison, each of which includes a magnification change device and a first and second lenses, an observation and registration unit and an image field combining unit located between the second lenses of the comparison branches and the observation and registration unit. The operation of the comparison microscope is based on the formation by both branches of the comparison of intermediate images of objects in the block combining image fields in a plane aligned with the plane of objects of the observation and registration block. When the image field alignment unit moves in a direction parallel to the optical axes of the second lenses of the comparison branches, the image of the object formed by either the first or second comparison branch is observed and recorded at the extreme positions of the image field alignment block, and in the intermediate positions, parts of the images formed by both branches comparisons. Moving the block combining image fields in the direction perpendicular to the first movement allows you to observe and register superimposed images of the first and second branches of comparison [1].

Недостатком известного микроскопа сравнения является сложность идентификации объектов при наложении друг на друга изображений, формируемых первой и второй ветвями сравнения, так как эти изображения не одинаковы по размеру в связи с неодинаковым увеличением изображения в первой и второй ветвях сравнения. Это объясняется наличием отклонений (допусков) в фокусных расстояниях первого и второго объективов в обеих ветвях сравнения.A disadvantage of the known comparison microscope is the difficulty in identifying objects when superimposing images formed by the first and second branches of the comparison, since these images are not the same size due to the unequal image enlargement in the first and second branches of the comparison. This is due to the presence of deviations (tolerances) in the focal lengths of the first and second lenses in both branches of the comparison.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является микроскоп сравнения, содержащий две ветви сравнения, каждая из которых включает первый и второй объективы, блок наблюдения и регистрации, включающий устройство изменения увеличения, и блок совмещения полей изображений, расположенный между вторыми объективами ветвей сравнения и блоком наблюдения и регистрации. При перемещении блока совмещения полей изображений в направлении, параллельном оптическим осям вторых объективов ветвей сравнения, наблюдают и регистрируют совмещенные по какому-либо фрагменту изображения объектов, формируемые обеими ветвями сравнения. При перемещении блока совмещения полей изображений в направлении, перпендикулярном первому, наблюдают и регистрируют наложенные друг на друга изображения первой и второй ветвей сравнения. При этом размещение устройства изменения увеличения в блоке наблюдения и регистрации позволяет избежать изменения взаимного расположения фрагментов наблюдаемых изображений при смене увеличения микроскопа [2].The closest technical solution to the claimed is a comparison microscope containing two branches of comparison, each of which includes the first and second lenses, a monitoring and registration unit, including a magnification changing device, and an image field combining unit located between the second lenses of the comparison branches and the observation unit, and registration. When you move the block combining the fields of images in a direction parallel to the optical axes of the second lenses of the comparison branches, observe and register combined on any fragment of the image of objects formed by both branches of the comparison. When moving the block combining the image fields in the direction perpendicular to the first, observe and register superimposed images of the first and second branches of comparison. Moreover, the placement of the device changes the increase in the block of observation and registration allows you to avoid changing the relative position of the fragments of the observed images when changing the magnification of the microscope [2].

Недостатком данного микроскопа сравнения также является сложность идентификации объектов при наложении друг на друга изображений, формируемых первой и второй ветвями сравнения, в связи с неодинаковым увеличением изображения в первой и второй ветвях сравнения.The disadvantage of this comparison microscope is the difficulty in identifying objects when superimposing images formed by the first and second branches of the comparison, due to the unequal increase in the image in the first and second branches of the comparison.

В основу изобретения положена задача создания микроскопа сравнения, обеспечивающего идентичность изображений, формируемых первой и второй ветвями сравнения.The basis of the invention is the task of creating a comparison microscope, ensuring the identity of images formed by the first and second branches of the comparison.

Сущность изобретения заключается в том, что в микроскопе сравнения, содержащем две ветви сравнения, каждая из которых включает первый и второй объективы, блок наблюдения и регистрации, включающий устройство изменения увеличения, и блок совмещения полей изображений, расположенный между вторыми объективами ветвей сравнения и блоком наблюдения и регистрации, в одной или обеих ветвях сравнения второй объектив выполнен с возможностью изменения фокусного расстояния.The essence of the invention lies in the fact that in a comparison microscope containing two branches of comparison, each of which includes the first and second lenses, a monitoring and recording unit including a magnification changing device, and an image field alignment unit located between the second lenses of the comparison branches and the observation unit and registration, in one or both branches of the comparison, the second lens is configured to change the focal length.

В микроскопе диапазон изменения фокусного расстояния второго объектива одной из ветвей сравнения выполнен от минус четырех до плюс четырех процентов от значения фокусного расстояния второго объектива другой ветви сравнения.In a microscope, the focal length range of the second lens of one of the comparison branches is made from minus four to plus four percent of the focal length of the second lens of the other comparison branch.

В микроскопе в каждую ветвь сравнения введена диафрагма с изменяющимся размером отверстия, максимальный размер которого выполнен не меньшим светового диаметра первой по ходу лучей линзы второго объектива, расположенная между вторым и первым объективами вблизи задней фокальной плоскости последнего.In the microscope, a diaphragm with a varying hole size is introduced into each comparison branch, the maximum size of which is made not smaller than the light diameter of the first lens along the second lens, located between the second and first lenses near the rear focal plane of the latter.

Выполнение в микроскопе сравнения в одной или обеих ветвях сравнения второго объектива с возможностью изменения фокусного расстояния позволяет решить поставленную задачу, так как увеличение ветви сравнения зависит от отношения фокусного расстояния первого и второго объективов и при отклонении значений фокусных расстояний первых объективов изменением фокусного расстояния второго объектива обеспечивают равенство этих отношений.Performing a comparison with a microscope in one or both branches of the comparison of the second lens with the ability to change the focal length allows you to solve the problem, since the increase in the comparison branch depends on the ratio of the focal length of the first and second lenses and when the focal lengths of the first lenses deviate by changing the focal length of the second lens, equality of these relations.

Выполнение в микроскопе сравнения диапазона изменения фокусного расстояния второго объектива одной из ветвей сравнения от минус четырех процентов до плюс четырех процентов от значения фокусного расстояния второго объектива другой ветви сравнения позволяет дополнительно к решению основной задачи упростить конструкцию второго объектива. Указанный диапазон изменения фокусного расстояния второго объектива обеспечивает выполнение основной задачи, так как фокусное расстояние первого объектива согласно стандартам выполняется с допуском ±2%.Performing a comparison microscope of the range of the focal length of the second lens of one of the comparison branches from minus four percent to plus four percent of the focal length of the second lens of the other comparison branch allows, in addition to solving the main problem, to simplify the construction of the second lens. The specified range of the focal length of the second lens provides the main task, since the focal length of the first lens according to the standards is performed with a tolerance of ± 2%.

Введение в каждую ветвь сравнения диафрагмы с изменяющимся размером отверстия, максимальный размер которого выполнен не меньшим светового диаметра первой по ходу лучей линзы второго объектива, расположенной между вторым и первым объективами вблизи задней фокальной плоскости последнего, позволяет, дополнительно к решению основной задачи, выравнивать уровень яркости изображений, формируемых в ветвях сравнения, что обеспечивает дополнительное повышение идентичности изображений, формируемых ветвями сравнения.The introduction into each branch of comparison of a diaphragm with a varying hole size, the maximum size of which is not smaller than the light diameter of the first lens along the rays of the second lens, located between the second and first lenses near the rear focal plane of the latter, allows, in addition to solving the main problem, to equalize the brightness level images formed in the comparison branches, which provides an additional increase in the identity of images formed by the comparison branches.

Сущность изобретения поясняется схемами, приведенными на фиг.1 и 2. На фиг.1 изображена функциональная оптическая схема примера исполнения микроскопа сравнения. На фиг.2 - схема расположения светоделительных участков в блоке совмещения полей (вид А, фиг.1).The invention is illustrated by the diagrams shown in figure 1 and 2. Figure 1 shows a functional optical diagram of an example implementation of a comparison microscope. Figure 2 - arrangement of the beam-splitting sections in the block combining fields (type A, figure 1).

Микроскоп сравнения содержит первую ветвь 1 сравнения, состоящую из последовательно расположенных первого объектива 2, отклоняющего зеркала 3 и второго объектива 4. Второй объектив 4 выполнен с возможностью изменения фокусного расстояния, например в виде трех компонентов, осевое перемещение среднего из которых обеспечивает изменение фокусного расстояния второго объектива 4, от минус 4% до плюс 4% от его номинального значения (фиг.1). Между вторым объективом 4 и первым объективом 2 установлена диафрагма 5 с изменяющимся размером отверстия, например ирисовая диафрагма, расположенная вблизи задней фокальной плоскости объектива 2. Максимальный размер отверстия диафрагмы 5 выполнен не меньшим светового диаметра первой по ходу лучей линзы второго объектива 4. Параллельно первой ветви 1 сравнения расположена вторая ветвь 6 сравнения, состоящая из тех же элементов. Во второй ветви 6 сравнения второй объектив может быть выполненным с постоянным фокусным расстоянием, равным номинальному значению фокусного расстояния второго объектива 4 ветви 1 сравнения. В передних фокальных плоскостях первых объективов 2 в обеих ветвях 1 и 6 сравнения расположены предметные столики соответственно 7 и 8.The comparison microscope contains a first comparison branch 1, consisting of sequentially arranged first lens 2, deflecting mirrors 3 and second lens 4. The second lens 4 is configured to change the focal length, for example, in the form of three components, the axial movement of the middle of which provides a change in the focal length of the second lens 4, from minus 4% to plus 4% of its nominal value (figure 1). Between the second lens 4 and the first lens 2 there is a diaphragm 5 with a varying hole size, for example, an iris diaphragm located near the rear focal plane of the lens 2. The maximum hole size of the diaphragm 5 is no smaller than the light diameter of the first lens of the second lens 4. In parallel with the first branch 1 comparison is the second branch 6 of the comparison, consisting of the same elements. In the second branch 6 of the comparison, the second lens can be made with a constant focal length equal to the nominal value of the focal length of the second lens 4 of the branch 1 of the comparison. In the front focal planes of the first lenses 2 in both branches 1 and 6 of the comparison are the subject tables 7 and 8, respectively.

Микроскоп сравнения содержит блок 9 наблюдения и регистрации, включающий объектив 10, устройство 11 изменения увеличения и установленное по ходу его лучей переключающее зеркало 12. Переключающее зеркало 12 имеет три фиксированных положения, по ходу лучей от переключающего зеркала 12 в каждом его фиксированном положении установлены соответственно визуальный канал 13, содержащий объектив 14 и бинокулярную систему 15, телевизионный канал 16, содержащий объектив 17 и телекамеру 18, и фотографический канал 19, содержащий объектив 20 и фотокамеру 21.The comparison microscope comprises a monitoring and recording unit 9, including a lens 10, a magnification change device 11 and a switching mirror 12 installed along its rays. The switching mirror 12 has three fixed positions; respectively, a visual mirror is installed in each fixed position along the rays from the switching mirror 12. a channel 13 containing a lens 14 and a binocular system 15, a television channel 16 containing a lens 17 and a television camera 18, and a photographic channel 19 containing a lens 20 and a camera 21.

Между вторыми объективами 4 ветвей 1 и 6 сравнения и блоком 9 наблюдения и регистрации расположен блок 22 совмещения полей изображений, включающий отражательную призму 23, состоящую из прямоугольной призмы 24 с отражающими гранями 25 и 26, установленными под углом к оптической оси вторых объективов 4 соответственно ветвей 1 и 6 сравнения, склеенной по грани 26 с прямоугольной призмой 27. В блок 22 входит также разделительная призма 28, образованная призмами 29 и 30 с общей светоделительной гранью 31, наклонной к оптической оси блока 9 наблюдения и регистрации и параллельной грани 25 призмы 24. Призма 30 выполнена в виде ромб-призмы, светоделительная грань 31 которой содержит три участка. Первый участок 32 выполнен в виде полупрозрачного зеркала (см. фиг.2), второй участок 33 - с зеркально отражающей и третий участок 34 - с прозрачной для света поверхностями. Линия 35 раздела участков 33 и 34 перпендикулярна плоскости главного сечения разделительной призмы 28, которая установлена с возможностью линейного перемещения по направлению Х между ветвями 1 и 6 и с возможностью перемещения в два фиксированных положения 36 и 37 по направлению Y, параллельному линии 35. На фиг.2 показано расположение поля зрения 38 блока 9 в первом фиксированном положении 36 и во втором фиксированном положении 37 призмы 28.Between the second lenses 4 of the comparison branches 1 and 6 and the monitoring and recording unit 9, there is an image field combining unit 22 including a reflective prism 23 consisting of a rectangular prism 24 with reflective faces 25 and 26 mounted at an angle to the optical axis of the second lens 4 of the branches 1 and 6 of a comparison glued along a face 26 with a rectangular prism 27. Block 22 also includes a dividing prism 28 formed by prisms 29 and 30 with a common beam splitting face 31 inclined to the optical axis of the observation and register unit 9 tion and a parallel face 25 of the prism 24. The prism 30 is made in the form of a diamond-prism, the beam-splitting face 31 of which contains three sections. The first section 32 is made in the form of a translucent mirror (see figure 2), the second section 33 with a mirror-reflecting and the third section 34 with transparent surfaces for light. The dividing line 35 of the sections 33 and 34 is perpendicular to the plane of the main section of the dividing prism 28, which is mounted with the possibility of linear movement in the X direction between branches 1 and 6 and can be moved to two fixed positions 36 and 37 in the Y direction parallel to line 35. In FIG. .2 shows the location of the field of view 38 of block 9 in the first fixed position 36 and in the second fixed position 37 of the prism 28.

Работа микроскопа сравнения осуществляется следующим образом.The operation of the comparison microscope is as follows.

Вначале на предметные столики 8 и 9 устанавливают одинаковые тест-объекты, устройство 11 изменения увеличения выводят из хода лучей, разделительную призму 28 перемещают по направлению Y (фиг.2) во второе фиксированное положение 37, переключающее зеркало 12 переводят в положение, показанное на фиг.1 штриховой линией, пересекающей ось объектива 10, и в окуляры бинокулярной системы 15 наблюдают в поле зрения 38 блока 10 наложенные друг на друга изображения тест-объектов, формируемых ветвями 1 и 6 сравнения. Точными подвижками предметных столиков 7 и 8 в направлениях, перпендикулярных оптической оси объектива 2, совмещают изображения тест-объектов. При неодинаковых увеличениях ветвей 1 и 6 сравнения наблюдаемое изображение становится "размытым" нерезким. Перемещением подвижного компонента второго объектива 4 добиваются резкого изображения тест-объекта. В этом случае уравнивается увеличение обеих ветвей 1 и 6 сравнения. В этом положении подвижный компонент второго объектива 4 фиксируют и микроскоп сравнения готов к работе.First, the same test objects are installed on the stage 8 and 9, the magnification change device 11 is removed from the rays, the dividing prism 28 is moved in the Y direction (FIG. 2) to the second fixed position 37, the switching mirror 12 is moved to the position shown in FIG. .1 the dashed line intersecting the axis of the lens 10 and into the eyepieces of the binocular system 15 observe in the field of view 38 of the block 10 superimposed images of test objects formed by the branches 1 and 6 of the comparison. Accurate movements of the stage 7 and 8 in directions perpendicular to the optical axis of the lens 2 combine images of test objects. With unequal increases in the branches 1 and 6 of the comparison, the observed image becomes “blurred” unsharp. By moving the movable component of the second lens 4, a sharp image of the test object is achieved. In this case, the increase in both branches of comparison 1 and 6 is equalized. In this position, the movable component of the second lens 4 is fixed and the comparison microscope is ready for operation.

Изображения объектов сравнения, например пуль одинакового калибра, известной (хранящейся в архиве) и анализируемой на предмет идентификации, установленных соответственно на предметных столиках 7 и 8, формируются ветвями 1 и 6 сравнения в плоскости разделительной призмы 28, совпадающей с фокальной плоскостью объектива 10 и проходящей через линию раздела 35 участков 33 и 34 светоделительной грани 31. При положении разделительной призмы 28 в первом фиксированном положении 36 в поле зрения 38 блока 9 формируется составное изображение, слева от линии 35 - левая часть изображения известной пули, формируемого ветвью 1, справа - правая часть изображения анализируемой пули, формируемого ветвью 6.Images of objects of comparison, for example bullets of the same caliber, known (stored in the archive) and analyzed for identification, installed on the object tables 7 and 8, respectively, are formed by the branches 1 and 6 of the comparison in the plane of the dividing prism 28, which coincides with the focal plane of the lens 10 and passes through the dividing line 35 of sections 33 and 34 of the beam splitting face 31. When the dividing prism 28 is in the first fixed position 36, a composite image is formed in the field of view 38 of block 9, to the left of line 35 - the left side of the image of the known bullet formed by branch 1, the right side of the image of the analyzed bullet formed by branch 6.

При последовательном перемещении разделительной призмы 28 влево по направлению Х все большую часть поля зрения 38 будет занимать изображение анализируемой пули, а при перемещении вправо - изображение известной пули.When sequentially moving the separation prism 28 to the left in the X direction, the image of the analyzed bullet will occupy a larger part of the field of view 38, and when moving to the right, the image of the known bullet.

После разделительной призмы 28 пучок лучей проходит объектив 10 и поступает в устройство 11 изменения увеличения, трансформируется в нем и параллельным пучком попадает на зеркало 12. При установке зеркала 12 в положение, показанное на фиг.1 сплошной линией, пучок лучей направляется в телевизионный канал 16, где объективом 17 на фотоприемной площадке телекамеры 18 формируются изображения известной и анализируемой пуль, которые рассматриваются на экране монитора (не показан), подключенного к телекамере 18. При наблюдении через визуальный 13 или телевизионный 16 каналы изображений, формируемых ветвями 1 и 6 сравнения, для повышения объективности исследований выравнивают уровни яркости изображений, изменяя размер отверстия диафрагмы 5 в ветви 1 или 6. При этом изменяется апертура (апертурный угол) объектива 2 и соответственно уровень яркости изображения, формируемого им совместно с объективом 4. Для регистрации полученных изображений в фотографическом канале 19 зеркало 12 переводят в положение, показанное на фиг.1 штриховой линией, не пересекающей ось объектива 11. При этом объектив 20 формирует изображения объектов в плоскости фотоматериала фотокамеры 21.After the dividing prism 28, the beam of rays passes through the lens 10 and enters the magnification change device 11, is transformed in it, and enters the mirror 12 in parallel beam. When the mirror 12 is set to the position shown in Fig. 1 by a solid line, the beam of rays is sent to the television channel 16 , where the lens 17 on the photodetector area of the camera 18 forms images of the known and analyzed bullets, which are viewed on a screen (not shown) connected to the camera 18. When observed through visual 13 or body 16 channels of images formed by the branches of comparison 1 and 6, to increase the objectivity of research, align the brightness levels of images by changing the size of the aperture 5 in the branches 1 or 6. The aperture (aperture angle) of lens 2 and, accordingly, the brightness level of the image formed by it together with the lens 4. To register the received images in the photographic channel 19, the mirror 12 is transferred to the position shown in Fig. 1 by a dashed line that does not intersect the axis of the lens 11. In this case, the lens 20 is formed objects in an image plane of the camera 21, the photographic material.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №2082197, МПК 6 G 02 В 21/18, 1997.1. RF patent No. 2082197, IPC 6 G 02 B 21/18, 1997.

2. Патент РФ №2190246, МПК 7 G 02 В 21/18, G 01 В 9/04, 2002.2. RF patent No. 2190246, IPC 7 G 02 B 21/18, G 01 B 9/04, 2002.

Claims

1. The comparison microscope, containing two branches of comparison, each of which includes the first and second lenses, a monitoring and registration unit, including a magnification changing device, and an image field combining unit located between the second lenses of the comparison branches and the monitoring and recording unit, characterized in that in one or both branches of the comparison, the second lens is configured to change the focal length.

2. The microscope according to claim 1, characterized in that the range of the focal length of the second lens in one of the comparison branches is made from minus four to plus four percent of the focal length of the second lens of the other comparison branch.

3. The microscope according to claim 1 or 2, characterized in that a diaphragm with a varying hole size is introduced into each branch of comparison, the maximum size of which is made not smaller than the light diameter of the first second lens along the rays of the lens, located between the second and first lenses near the rear focal the plane of the latter.