專利名稱：用于展示的倒置式數(shù)字光學顯微鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于展示的倒置式數(shù)字光學顯微裝置，特別是用于展示生物 標本、礦物標本與表面金相的高反襯度、中等放大倍數(shù)和分辨率的倒置式數(shù)字光學顯微鏡。
背景技術(shù)：
目前，專門化的顯微展示設(shè)備非常少，博物館、科技館或科學中心普遍采用改裝通 用研究/教學顯微鏡的做法，屏蔽其大部分功能，例如遮擋物鏡切換、聚光鏡調(diào)節(jié)、照明調(diào) 節(jié)、孔徑光闌與視場光闌調(diào)節(jié)、載物臺位移、粗聚焦甚至聚焦微調(diào)以及目鏡調(diào)整等等，最后 幾乎只剩下瞳距調(diào)整，通常每臺顯微鏡只能觀測一個樣品。由于無法保證聚光鏡、照明、孔 徑光闌與視場光闌處于匹配狀態(tài)，看到的影像反襯度低從而直接影響展示觀賞的效果。此外，通用顯微鏡的載物臺比較單薄，需要輕輕地進行調(diào)節(jié)，在博物館環(huán)境下非常 容易遭到損壞，一般情況下不讓觀眾動手調(diào)節(jié)；或者只用低放大倍數(shù)、低分辨率的顯微鏡物 鏡，從而不設(shè)載物臺，讓觀眾直接動手移動樣品；另外，直接用裸眼接觸目鏡進行觀察，在博 物館等公共場所也很不衛(wèi)生。圖1顯示了目前博物館中使用的光學顯微鏡示意圖，為低放大倍率和低分辨率的 簡易裝置。其中101為底座，102為樣品盤，103為物鏡，104為目鏡，105為調(diào)焦旋鈕，106 為側(cè)面不透明外殼，107為不透明背面板，108為透明前窗，109為透明側(cè)窗，110為顯微鏡立 柱，112為樣品盤轉(zhuǎn)軸。其中物鏡103、目鏡104、調(diào)焦旋鈕105和顯微鏡立柱110為標準的 顯微鏡零部件，通過轉(zhuǎn)動調(diào)焦旋鈕105使物鏡103上下移動而最后獲得清晰的圖像，樣品盤 102可以繞樣品盤轉(zhuǎn)軸112旋轉(zhuǎn)，來更換不同的觀察對象。用側(cè)面不透明外殼106、不透明 背面板107、透明前窗108和透明側(cè)窗109將顯微鏡主體封閉起來，只露出目鏡104和樣品 盤102的一個邊供觀眾觀察和撥動更換觀察對象。調(diào)焦旋鈕105在裝配該裝置時就調(diào)節(jié)到 清晰位置，這樣觀眾就不再需要調(diào)節(jié)調(diào)焦旋鈕105 了。
實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實用新型提供一種用于博物館、科技館或科學中心 展示使用的高成像品質(zhì)、中等放大倍數(shù)和分辨率的倒置式數(shù)字光學顯微鏡。本實用新型采用的技術(shù)方案如下一種用于展示的數(shù)字倒置光學顯微鏡，其主要 結(jié)構(gòu)包括在基板上方的中央固定有中心柱；基板的上表面、中心柱的周圍固定有載物 臺；在載物臺的上方、中心柱的周圍設(shè)置有樣品轉(zhuǎn)盤；成像與反射照明裝置固定在基板的 下表面、樣品轉(zhuǎn)盤的下方、載物臺的前側(cè)；透射照明裝置固定在中心柱頂端的前方、樣品轉(zhuǎn) 盤的上方；透射照明裝置和成像與反射照明裝置位于同一豎向軸線上；電源模塊位于基板 的下方、成像與反射照明裝置的后側(cè)；信號處理裝置固定在成像與反射照明裝置的下方； 中心柱頂端的后方固定有顯示器支柱，顯示器固定在顯示器支柱的上方。進一步的技術(shù)措施如下載物臺由固定在基板上表面的四個導軌支架、固定在四個導軌支架上的兩個導軌、分別穿在兩個導軌上的四個滑塊以及固定在四個滑塊上的一層平板結(jié)構(gòu)組成，該平板 結(jié)構(gòu)為Y軸位移臺；Y軸位移臺中間有一圓孔使中心柱穿過；在每個導軌上、每兩個滑塊中 間有一個阻尼套管；每個滑塊與導軌支架之間有限位彈簧，Y方向推拉把手在Y軸位移臺的前方。Y軸位移臺上固定有轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)圈，樣品轉(zhuǎn)盤固定在轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)圈和轉(zhuǎn)盤軸承外 圈之間，且位于轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)圈的外側(cè)上方和轉(zhuǎn)盤軸承外圈的外側(cè)下方，其上16等分圓周且 半徑與成像與反射照明裝置相對應的位置上有16個樣品孔，每個樣品孔的側(cè)壁為螺紋結(jié) 構(gòu)，樣品盒位于樣品孔內(nèi)，樣品盒的外壁有與樣品孔側(cè)壁相配合的螺紋結(jié)構(gòu)，樣品襯底位于 樣品盒內(nèi)部上方、樣品盒蓋的下方，樣品固定在樣品襯底的下方。成像與反射照明裝置的結(jié)構(gòu)為由上向下依次設(shè)置有物鏡、分光鏡、接目鏡、反射 鏡，反射鏡的一側(cè)水平方向裝設(shè)有光電探測器，在分光鏡的一側(cè)水平方向裝設(shè)有反射照明 模式需要的集光透鏡和LED燈。透射照明裝置的結(jié)構(gòu)為由下向上依次設(shè)置有阿貝聚光鏡、孔徑光闌、視場光闌、 集光透鏡、勻光片和LED燈。上述的電源模塊包含3伏、5伏直流電源，分別為LED燈以及信號處理裝置供電。光電探測器將顯微光學影像轉(zhuǎn)化為光電信號，產(chǎn)生的光電信號通過柔性扁平數(shù) 據(jù)線輸入到信號處理裝置，信號處理裝置上的數(shù)字信號處理芯片DSP以標準的VGA (Video GraphicArray)視頻圖形陣列格式發(fā)送到信號處理裝置上的VGA接口，通過VGA電纜輸出給 顯不器。本實用新型具有以下有益效果1、可以觀察較厚的、不透明的或活體樣品。使用者無須顯微鏡的使用經(jīng)驗就可獲 得高品質(zhì)、中等放大率與分辨率的顯微影像。2、樣品轉(zhuǎn)盤和大載物臺強化了顯微鏡的多樣品展示功能而且簡潔、耐用，經(jīng)得起 博物館環(huán)境中高強度的使用。觀眾可以直接對樣品進行水平面上x、Y方向的移動和旋轉(zhuǎn)樣 品轉(zhuǎn)盤切換樣品，在切換樣品轉(zhuǎn)盤后也無需重新調(diào)焦。3、數(shù)字化技術(shù)的運用省略了顯微鏡的目鏡，觀眾直接觀察顯示器屏幕上樣品的影 像，既安全又衛(wèi)生。4、本實用新型可以對生物切片，古生物標本、礦石、珠寶或巖石樣本，集成電路、集 成光電子器件和微機電芯片等透明或不透明樣品進行觀賞。5、采用倒置形式和以反射照明為主的光路，給樣品轉(zhuǎn)盤上方提供了較大的空間， 可以展示不透明的、較厚的甚至是容器中的活體樣品；使用單一低倍率物鏡，工作距離和景 深較大，無須高低Z方向的調(diào)焦；觀眾可以手動旋轉(zhuǎn)樣品轉(zhuǎn)盤切換多個樣品進行觀察，可以 在水平面X、Y方向上移動樣品觀賞不同部位。6、本實用新型可廣泛應用在各類博物館、科技館、行業(yè)或商業(yè)及企業(yè)展覽等展示、 教育場所，涵蓋生命科學、醫(yī)療衛(wèi)生、礦產(chǎn)冶金、農(nóng)業(yè)與環(huán)境、信息與材料科技及教育培訓等 諸多領(lǐng)域。
圖1是目前博物館中使用的光學顯微鏡示意圖；[0022]圖2是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3A是圖2的X向視圖；圖:3B是圖2的Y向視圖；圖4A是本實用新型的成像與照明裝置的光路示意圖；圖4B是本實用新型的成像與照明裝置的光路及樣品轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實用新型的電路控制示意圖。
具體實施方式
參照圖2、3，本實用新型提供的一種用于展示的倒置式數(shù)字光學顯微鏡，其主要結(jié) 構(gòu)包括在基板1上方的中央固定有中心柱2 ；基板1的上表面、中心柱2的周圍固定有載 物臺3 ；在載物臺3的上方、中心柱2的周圍設(shè)置有樣品轉(zhuǎn)盤4 ；成像與反射照明裝置5固 定在基板1的下表面、樣品轉(zhuǎn)盤4的下方、載物臺3的前側(cè)；透射照明裝置6固定在中心柱 2頂端的前方、樣品轉(zhuǎn)盤4的上方；透射照明裝置6和成像與反射照明裝置5位于同一豎向 軸線上；電源模塊7位于基板1的下方、成像與反射照明裝置5的后側(cè)；信號處理裝置8固 定在成像與反射照明裝置5的下方；中心柱2頂端的后方固定有顯示器支柱91，顯示器9固 定在顯示器支柱91的上方。載物臺3由固定在基板1上表面的四個導軌支架33、固定在四個導軌支架33上的 兩個導軌32、分別穿在兩個導軌32上的四個滑塊34以及固定在四個滑塊34上的一層平板 結(jié)構(gòu)組成，該平板結(jié)構(gòu)為Y軸位移臺31 ；Y軸位移臺31中間有一圓孔使中心柱2穿過；在每 個導軌32上、每兩個滑塊34中間有一個阻尼套管35 ；每個滑塊34與導軌支架33之間有 限位彈簧37，Y方向推拉把手36在Y軸位移臺31的前方。觀眾可以通過推拉把手36前后移動Y軸位移臺31并帶動樣品轉(zhuǎn)盤4，觀察樣品 45在Y方向上的不同部位，阻尼套管35內(nèi)有阻尼油，使操作的手感舒適；阻尼套管35和限 位彈簧37的設(shè)置使得滑塊34不至于與導軌支架33劇烈碰撞。Y軸位移臺31上固定有轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)圈41，樣品轉(zhuǎn)盤4固定在轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)圈41和轉(zhuǎn) 盤軸承外圈40之間，且位于轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)圈41的外側(cè)上方和轉(zhuǎn)盤軸承外圈40的外側(cè)下方， 其上16等分圓周且半徑與成像與反射照明裝置5相對應的位置上有16個樣品孔44，每個 樣品孔44的側(cè)壁為螺紋結(jié)構(gòu)，樣品盒42位于樣品孔44內(nèi)，樣品盒42的外壁有與樣品孔44 側(cè)壁相配合的螺紋結(jié)構(gòu)，樣品襯底45位于樣品盒42內(nèi)部上方、樣品盒蓋43的下方，樣品46 固定在樣品襯底45的下方。樣品襯底45、樣品46及樣品盒42在樣品轉(zhuǎn)盤4上的高低位置可調(diào)節(jié)，樣品盒42 的高度可在裝配時調(diào)節(jié)到所有樣品46位于相同的高度，在旋轉(zhuǎn)切換樣品轉(zhuǎn)盤4后也無需重 新調(diào)焦，從而省略了顯微鏡在豎直Z方向的調(diào)節(jié)。因為樣品轉(zhuǎn)盤4直徑很大，所以可以用樣品轉(zhuǎn)盤4的轉(zhuǎn)動兼做水平面左右X方向 的移動，觀眾可以通過輕微轉(zhuǎn)動樣品轉(zhuǎn)盤4，觀察樣品46在X方向上的不同部位。對于中等 放大倍率的顯微鏡，由于觀察區(qū)域較大，樣品46無須精確定位，所以樣品轉(zhuǎn)盤4的轉(zhuǎn)動機構(gòu) 采用滑動軸承而不是滾珠軸承，并且在接觸面上加阻尼油，使轉(zhuǎn)動樣品轉(zhuǎn)盤4的操作手感 舒適且不至于轉(zhuǎn)速太快。參照圖4A、4B，成像與反射照明裝置5的結(jié)構(gòu)為由上向下依次設(shè)置有物鏡51、分光鏡52、接目鏡53、反射鏡M，反射鏡M的一側(cè)水平方向裝設(shè)有光電探測器55，在分光鏡 52的一側(cè)水平方向裝設(shè)有反射照明模式需要的集光透鏡58和LED燈57。透射照明裝置6的結(jié)構(gòu)為由下向上依次設(shè)置有阿貝聚光鏡61、孔徑光闌62、視場 光闌63、集光透鏡64、勻光片65和LED燈66。參照圖5，本實用新型的電源模塊7包含3伏、5伏直流電源，分別為LED燈57、66 以及信號處理裝置8供電。光電探測器55將顯微光學影像轉(zhuǎn)化為光電信號，產(chǎn)生的光電信號通過柔性扁平 數(shù)據(jù)線輸入到信號處理裝置8，信號處理裝置8上的數(shù)字信號處理芯片DSP以標準的VGA 視頻圖形陣列格式發(fā)送到信號處理裝置8上的VGA接口，通過VGA電纜輸出給顯示器9。本實用新型采用250倍倒置式顯微鏡，可得到分辨率1. 2微米的清晰顯微圖像，達 到了理論的極限。本實用新型采用倒置式的成像光路和反射為主的觀察方式給載物臺上的樣品提 供了較大的空間，可以觀察不透明的較大塊狀樣品；由于采用低倍率的顯微物鏡，工作距離 和景深較長，加上樣品盒的高度可在裝配時調(diào)節(jié)到所有樣品位于相同的高度，使得展示專 用的倒置式數(shù)字光學顯微鏡能夠觀察較厚的透明樣品甚至是活體樣品，在旋轉(zhuǎn)切換樣品轉(zhuǎn) 盤后也無需重新調(diào)焦，從而省略了豎直Z方向的調(diào)節(jié)。因為樣品轉(zhuǎn)盤直徑很大，所以可以用 樣品轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動兼做水平面左右X方向的移動。觀眾無須培訓就可以對樣品進行水平面上 X、Y方向的瀏覽和直接旋轉(zhuǎn)樣品轉(zhuǎn)盤切換觀賞不同樣品。本實用新型的優(yōu)化設(shè)計為采用10倍的平場消色差物鏡，0. 5倍的接目鏡，1/2英寸 靶面的光電探測器。本實用新型通過采用單一的10倍物鏡51并在設(shè)計上使照明系統(tǒng)恒定滿足該物鏡 51所要求的最優(yōu)化工作條件，得到了中等放大倍數(shù)與分辨率下的高反襯度影像，不需要使 用通用顯微鏡時繁瑣的聚光鏡調(diào)節(jié)過程。在透射式庫勒照明光路中使用LED光源，通過優(yōu) 化設(shè)計阿貝聚光鏡、集光透鏡、孔徑光闌與視場光闌的形狀、尺寸與位置等參數(shù)，實現(xiàn)聚光 鏡61與物鏡51間的孔徑及視場匹配，在保證影像分辨率的同時減小了雜散光對影像反襯 度的不良影響，使250倍的圖像足夠清晰。采用0. 5倍接目鏡53將物鏡51 —次像的大小 壓縮一半，使之與光電探測器55的靶面尺寸一致，實現(xiàn)了光學分辨率、數(shù)字化分辨率及顯 示器分辨率的匹配，既不損失光學分辨率，又不損失視場，更沒有因追求無意義的高像素指 標和高放大倍數(shù)而造成的成本浪費。
權(quán)利要求1.一種用于展示的倒置式數(shù)字光學顯微鏡，其特征在于，在基板(1)上方的中央固定 有中心柱⑵；基板⑴的上表面、中心柱⑵的周圍固定有載物臺⑶；在載物臺⑶的上 方、中心柱O)的周圍設(shè)置有樣品轉(zhuǎn)盤；成像與反射照明裝置(5)固定在基板(1)的下 表面、樣品轉(zhuǎn)盤的下方、載物臺(3)的前側(cè)；透射照明裝置(6)固定在中心柱( 頂端 的前方、樣品轉(zhuǎn)盤(4)的上方；透射照明裝置(6)和成像與反射照明裝置(5)位于同一豎向 軸線上；電源模塊(7)位于基板(1)的下方、成像與反射照明裝置(5)的后側(cè)；信號處理裝 置(8)固定在成像與反射照明裝置(5)的下方；中心柱( 頂端的后方固定有顯示器支柱 (91)，顯示器(9)固定在顯示器支柱(91)的上方。
2.如權(quán)利要求1所述的用于展示的倒置式數(shù)字光學顯微鏡，其特征在于，載物臺(3)由固定在基板(1)上表面的四個導軌支架(33)、固定在四個導軌支架(33) 上的兩個導軌(32)、分別穿在兩個導軌(32)上的四個滑塊(34)以及固定在四個滑塊(34) 上的一層平板結(jié)構(gòu)組成，該平板結(jié)構(gòu)為Y軸位移臺(31) ；Y軸位移臺(31)中間有一圓孔使 中心柱⑵穿過；在每個導軌(32)上、每兩個滑塊(34)中間有一個阻尼套管(35)；每個滑 塊(34)與導軌支架(33)之間有限位彈簧(37)，Y方向推拉把手(36)在Y軸位移臺(31) 的前方。
3.如權(quán)利要求2所述的用于展示的倒置式數(shù)字光學顯微鏡，其特征在于，Y軸位移臺(31)上固定有轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)圈(41)，樣品轉(zhuǎn)盤(4)固定在轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)圈Gl) 和轉(zhuǎn)盤軸承外圈GO)之間，且位于轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)圈Gl)的外側(cè)上方和轉(zhuǎn)盤軸承外圈GO)的 外側(cè)下方，其上16等分圓周且半徑與成像與反射照明裝置( 相對應的位置上有16個樣 品孔(44)，每個樣品孔04)的側(cè)壁為螺紋結(jié)構(gòu)，樣品盒02)位于樣品孔04)內(nèi)，樣品盒 (42)的外壁有與樣品孔G4)側(cè)壁相配合的螺紋結(jié)構(gòu)，樣品襯底G5)位于樣品盒02)內(nèi)部 上方、樣品盒蓋G3)的下方，樣品06)固定在樣品襯底G5)的下方。
4.如權(quán)利要求3所述的用于展示的倒置式數(shù)字光學顯微鏡，其特征在于，所述的成像 與反射照明裝置(5)的結(jié)構(gòu)為由上向下依次設(shè)置有物鏡(51)、分光鏡(52)、接目鏡(53)、 反射鏡64)，反射鏡(54)的一側(cè)水平方向裝設(shè)有光電探測器(55)，在分光鏡(5 的一側(cè) 水平方向裝設(shè)有反射照明模式需要的集光透鏡(58)和LED燈(57)。
5.如權(quán)利要求4所述的用于展示的倒置式數(shù)字光學顯微鏡，其特征在于，所述的透射 照明裝置(6)的結(jié)構(gòu)為由下向上依次設(shè)置有阿貝聚光鏡(61)、孔徑光闌(62)、視場光闌 (63)、集光透鏡(64)、勻光片(65)和LED燈(66)。
6.如權(quán)利要求5所述的用于展示的倒置式數(shù)字光學顯微鏡，其特征在于，所述的電源 模塊(7)包含3伏、5伏直流電源，分別為LED燈(57、66)以及信號處理裝置(8)供電。
7.如權(quán)利要求6所述的用于展示的倒置式數(shù)字光學顯微鏡，其特征在于，所述的光電 探測器(5 將顯微光學影像轉(zhuǎn)化為光電信號，產(chǎn)生的光電信號通過柔性扁平數(shù)據(jù)線輸入 到信號處理裝置(8)，信號處理裝置(8)上的數(shù)字信號處理芯片DSP以標準的VGA視頻圖形 陣列格式發(fā)送到信號處理裝置(8)上的VGA接口，通過VGA電纜輸出給顯示器(9)。
專利摘要一種用于展示的倒置式數(shù)字光學顯微鏡，在基板上方的中央固定有中心柱；基板的上表面、中心柱的周圍固定有載物臺；在載物臺的上方、中心柱的周圍設(shè)置有樣品轉(zhuǎn)盤；成像與反射照明裝置固定在基板的下表面、樣品轉(zhuǎn)盤的下方、載物臺的前側(cè)；透射照明裝置固定在中心柱頂端的前方、樣品轉(zhuǎn)盤的上方；透射照明裝置和成像與反射照明裝置位于同一豎向軸線上；電源模塊位于基板的下方、成像與反射照明裝置的后側(cè)；信號處理裝置固定在成像與反射照明裝置的下方；中心柱頂端的后方固定有顯示器支柱，顯示器固定在顯示器支柱的上方。本產(chǎn)品采用倒置形式和以反射照明為主的光路，給樣品轉(zhuǎn)盤上方提供了較大的空間，可以展示不透明的、較厚的甚至是容器中的活體樣品。
文檔編號G02B21/34GK201837774SQ201020519499
公開日2011年5月18日 申請日期2010年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者李倫根, 閆宏, 韓嵩 申請人:北京全景多媒體信息系統(tǒng)公司, 閆宏