專利名稱：用于展示的數(shù)字光學連續(xù)變倍顯微鏡的制作方法
技術領域：
用于展示的數(shù)字光學連續(xù)變倍顯微鏡所屬技術領域[0001]本實用新型涉及一種用于展示的數(shù)字化光學連續(xù)變倍顯微裝置，特別是通過數(shù) 字影像展示生物標本、礦物標本與珠寶特殊光學效應等自然界微觀現(xiàn)象以及電路板、集 成電路、集成光電子器件與微機電元器件等人工微結構的的連續(xù)光學變倍顯微鏡。
背景技術：
[0002]目前，專門化的顯微展示設備非常少。博物館、科技館普遍采用通用研究、教 學顯微鏡進行改裝，屏蔽其大部分功能以適應博物館的特殊使用環(huán)境。由于通用顯微鏡 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)境下非常容易受到損壞，一般情 況下也不讓觀眾動手調(diào)節(jié)，只有低放大倍率的顯微鏡才不設載物臺，讓觀眾動手直接移 動樣品。[0003]圖1是目前博物館中使用的通用連續(xù)變倍顯微鏡示意圖。其中201為底座，202 為顯微鏡立柱，203為載物臺，204為調(diào)焦旋鈕，205為連續(xù)變倍物鏡，255為變倍環(huán)形調(diào) 節(jié)圈，206為接目鏡，207為光電探測器。其中連續(xù)變倍物鏡205的外圈255可以轉(zhuǎn)動進 行連續(xù)變倍調(diào)節(jié)從而改變觀察范圍，通過轉(zhuǎn)動調(diào)焦旋鈕204使連續(xù)變倍物鏡205及其上方 的接目鏡206、光電探測器207 —起上下移動，最后獲得清晰的圖像。[0004]可見，一般在通用連續(xù)變倍顯微鏡中的連續(xù)變倍物鏡被垂直放置，加上工作距 離大，頂端還有接目鏡和光電探測器等，使得整個顯微鏡的重心較高；此外，在調(diào)焦時 還需要上下升降整個光學系統(tǒng)，使得顯微鏡工作的穩(wěn)定性與可靠性不高，不利于在博物 館環(huán)境下的集成使用。發(fā)明內(nèi)容[0005]針對上述問題，本發(fā)明提供一種專為博物館、科技館或科學中心的展示功能設 計開發(fā)的數(shù)字光學連續(xù)變倍顯微鏡。[0006]本實用新型采用的技術方案如下[0007]—種用于展示的數(shù)字光學連續(xù)變倍顯微鏡，在底盤的上表面通過四個基板支柱 固定有基板；在基板上方的中央固定有中心柱；載物臺固定在基板的上方、中心柱的周 圍，樣品轉(zhuǎn)盤位于載物臺的上方、中心柱的周圍；中心柱的頂端固定顯示器支柱，成像 裝置固定在中心柱的頂端前方并穿過顯示器支柱，照明裝置包括反射照明光源和透射照 明光源，反射照明光源為向下照明的環(huán)形LED燈組，位于反射鏡下方，透射照明光源為 高亮度LED燈，位于底盤的上方、樣品轉(zhuǎn)盤的下方、載物臺的前側(cè)，電源組件位于基板 的下方、底盤的上表面，操縱盒位于電源組件的前方、底盤的上表面；信號處理裝置固 定在顯示器支柱的后側(cè)，顯示器位于顯示器支柱的上方。[0008]進一步的技術措施如下[0009]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構組成，該平板結構為Y軸位移臺；Y軸位移臺中間有一圓孔使中心柱穿過；在每個導軌上的兩個滑 塊的中間有一個阻尼套管。[0010]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，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，標本位于樣品孔的上方。[0011]成像裝置由反射鏡、調(diào)焦棱鏡、連續(xù)變倍物鏡、接目鏡、光電探測器、變倍環(huán) 形齒輪、電動調(diào)焦機構和電動變倍機構組成，連續(xù)變倍物鏡固定于中心柱的頂端前側(cè)并 穿過顯示器支柱，連續(xù)變倍物鏡的前方按順序固定有電動調(diào)焦機構、調(diào)焦棱鏡和反射鏡 構成反射鏡組，其后方按順序固定有接目鏡和光電探測器，其外側(cè)下方固定有電動變倍 機構。[0012]電源組件包含3伏、5伏和正負12伏電源，分別為照明裝置的LED燈、信號處 理裝置、以及驅(qū)動電動調(diào)焦機構和電動變倍機構的電機供電；操縱盒的上表面設有變倍 電源開關和調(diào)焦電源開關，變倍電源開關和調(diào)焦電源開關均為雙擲電源開關；底盤的上 表面、電源組件的后方設有電源插座。[0013]帶動電動變倍機構的電機為變倍電機，變倍電機位于連續(xù)變倍物鏡的下方，變 倍環(huán)形齒輪的后部，設有兩個電極，一個電極并接到兩個變倍行程開關的一端，該兩個 行程開關的另一端分別連接到由變倍電源開關所選擇的正或負12伏電壓端，另一個電極 接到正負12伏電源的公共地上。[0014]帶動電動調(diào)焦機構的電機為調(diào)焦電機，設有兩個電極，一個電極并接到兩個調(diào) 焦行程開關的一端，該兩個行程開關的另一端分別連接到由調(diào)焦電源開關所選擇的正或 負12伏電壓端，另一個電極接到正負12伏電源的公共地上。[0015]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 Graphic Array)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電纜輸出給顯示器。[0016]工作原理[0017]本實用新型中的連續(xù)變倍物鏡水平放置，由反射鏡組將光路向下偏轉(zhuǎn)90度，大 大降低了光學系統(tǒng)的重心；反射鏡組中的電動平移反射棱鏡實現(xiàn)了不改變成像裝置高度 條件下的調(diào)焦，適應對不同厚度樣品的清晰成像；加上使用電動變倍的物鏡，使用者通 過操縱鍵可以連續(xù)縮放觀察范圍或觀察不同高度的樣品或樣品的不同高度的圖像。[0018]本實用新型采用連續(xù)變倍物鏡，因為工作距離和景深較長，使得展示專用的數(shù) 字化連續(xù)變倍光學顯微鏡能夠觀察較厚的樣品和標本，甚至是觀眾隨身攜帶的某些物 品，如錢幣、指紋、纖維和毛發(fā)等。由于連續(xù)變倍物鏡水平放置，解決了一般在通用連 續(xù)變倍顯微鏡中的連續(xù)變倍物鏡被垂直放置，使整個顯微鏡的重心偏高，成像裝置還要 整體做上下升降運動，不利于在博物館環(huán)境下穩(wěn)定、可靠使用的問題。環(huán)形反射和高亮 度透射LED光源提供足夠的照明，保證視野內(nèi)影像的清晰。[0019]有益效果[0020]1、通過采用連續(xù)變倍物鏡和電動變倍，使用者通過操縱鍵可以連續(xù)縮放觀察范 圍，電動調(diào)焦和連續(xù)變倍比手動操作更平穩(wěn)。連續(xù)變倍物鏡的工作距離和景深較長給樣品盤上方提供了較大的空間，觀眾可以將自己的物品放到樣品盤上觀察，強化了互動 性。[0021]2、經(jīng)過反射鏡組使連續(xù)變倍物鏡水平放置且電動調(diào)焦，其中的反射鏡組用一 個反射棱鏡的電動平移實現(xiàn)調(diào)焦，同時又不改變成像系統(tǒng)的高度及反射鏡、物鏡、變倍 鏡、接目鏡及光電探測器的位置，大大提高了連續(xù)變倍顯微鏡結構的穩(wěn)定性和工作的可靠性。[0022]3、電動平移反射棱鏡實現(xiàn)了成像光路高度不變條件下的調(diào)焦，適應對不同厚度 樣品的清晰成像；而且電動調(diào)焦機構只需使調(diào)焦棱鏡移動聚焦平面升降距離的一半，與 直接驅(qū)動整個光學系統(tǒng)的升降來調(diào)整聚焦平面的的調(diào)焦方法相比，負荷小、行程短，因 而動作穩(wěn)定可靠。[0023]4、本實用新型可以對生物標本、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。[0024]5、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 教育培訓等諸多領域。


[0025]圖1是目前博物館中使用的光學連續(xù)變倍顯微鏡示意圖(不含照明裝置和顯示 器)；[0026]圖2是本實用新型的結構示意圖(不含標本45)；[0027]圖3是圖2的X向視圖；[0028]圖4A是本實用新型的成像與照明裝置的結構示意圖；[0029]圖4B是本實用新型的成像與照明裝置的光路及樣品轉(zhuǎn)盤的結構示意圖；[0030]圖5是本實用新型的電氣原理圖。
具體實施方式
[0031]參照圖2、3，一種用于展示的數(shù)字光學連續(xù)變倍顯微鏡，在底盤101的上表面 通過四個基板支柱102固定有基板1 ；在基板1上方的中央固定有中心柱2 ；載物臺3固 定在基板1的上方、中心柱2的周圍；樣品轉(zhuǎn)盤4位于載物臺3的上方、中心柱2的周 圍；中心柱2的頂端固定顯示器支柱91，成像裝置5固定在中心柱2的頂端前方并穿過 顯示器支柱91;照明裝置6包括反射照明光源61和透射照明光源62，反射照明光源61 為向下照明的環(huán)形LED燈組，位于反射鏡M下方，透射照明光源62為高亮度LED燈， 位于底盤101的上方、樣品轉(zhuǎn)盤4的下方、載物臺3的前側(cè)；電源組件7位于基板1的下 方、底盤101的上表面，操縱盒73位于電源組件7的前方、底盤101的上表面；信號處 理裝置8固定在顯示器支柱91的后側(cè)；顯示器9位于顯示器支柱91的上方。[0032]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 平板結構組成，該平板結構為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上的兩個滑塊34的中間有一個阻尼套管35。[0033]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，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，標本 45位于樣品孔44上方。[0034]參照圖4A、4B，成像裝置5由反射鏡51、調(diào)焦棱鏡52、連續(xù)變倍物鏡53、接目 鏡M、光電探測器55、變倍環(huán)形齒輪56、電動調(diào)焦機構57和電動變倍機構58組成，； 連續(xù)變倍物鏡53固定于中心柱2的頂端前側(cè)并穿過顯示器支柱91，連續(xù)變倍物鏡53的前 方按順序固定有電動調(diào)焦機構57、調(diào)焦棱鏡52和反射鏡51，其后方按順序固定有接目鏡 54和光電探測器55，其外側(cè)下方固定有電動變倍機構58。[0035]調(diào)焦機構的作用機理是電動調(diào)焦機構57中的調(diào)焦電機573驅(qū)動其同軸的絲杠 574轉(zhuǎn)動，進而帶動與調(diào)焦棱鏡52剛性連接的螺母前后移動，調(diào)焦棱鏡52同時移動。由 于調(diào)焦棱鏡52的前后移動導致了聚焦平面59的升降，從圖4B可以看到，聚焦平面59的 升降距離是調(diào)焦棱鏡52移動距離的兩倍。[0036]電源組件7包含3伏、5伏和正負12伏電源，分別為照明裝置6的LED燈、信 號處理裝置8、以及驅(qū)動電動調(diào)焦機構57和電動變倍機構58的電機供電；操縱盒73的 上表面設有變倍電源開關71和調(diào)焦電源開關72，變倍電源開關71和調(diào)焦電源開關72均 為雙擲電源開關；底盤101的上表面、電源組件7的后方設有電源插座12;反射照明光 源61和透射照明光源62由電源組件7中的3伏輸出端供電，由開關63切換選擇，光源 的亮度由電位器64進行調(diào)節(jié)和設置，開關63與電位器64位于電源組件7中；[0037]參照圖4B，帶動電動變倍機構58的電機為變倍電機583，變倍電機583位于連 續(xù)變倍物鏡53的下方，變倍環(huán)形齒輪56的后部，設有兩個電極，一個電極并接到兩個變 倍行程開關X0、Xl的一端，該兩個行程開關X0、Xl的另一端分別連接到由變倍電源 開關71所選擇的正或負12伏電壓端，另一個電極接到正負12伏電源的公共地上；[0038]帶動電動調(diào)焦機構57的電機為調(diào)焦電機573，設有兩個電極，一個電極并接到 兩個調(diào)焦行程開關Z0、Zl的一端，該兩個行程開關Z0、Zl的另一端分別連接到由調(diào)焦 電源開關72所選擇的正或負12伏電壓端，另一個電極接到正負12伏電源的公共地上。[0039]變倍限位桿X58、調(diào)焦限位桿Z57和縮小行程開關X0、放大行程開關XI，下降 行程開關Z0、上升行程開關Zl保證了變倍和調(diào)焦動作的相關機構的移動范圍不至過大而 發(fā)生碰撞。例如用變倍電源開關71接通負12伏電源，變倍電機583通過驅(qū)動變倍環(huán) 形齒輪56而帶動連續(xù)變倍物鏡53的外圈轉(zhuǎn)動，使連續(xù)變倍物鏡53的放大倍數(shù)縮小，直 到變倍限位桿X58觸碰縮小行程開關XO并使之斷開，變倍電機與負12伏電源的廻路中 斷，物鏡的縮小變倍停止；這時若用該變倍電源開關71接通正12伏電源，由于放大行程 開關Xl仍然閉合，變倍電機與正12伏電源的廻路接通，物鏡的放大變倍開始運行，變倍 限位桿X58與縮小行程開關XO脫離接觸，縮小行程開關XO再次閉合，允許進行縮小的 變倍操作。調(diào)焦限位桿的作用機理與此相同。[0040]所述的光電探測器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 顯不器9 ο[0041]按照上述實施例，本實用新型可以制造成展示專用的15-120倍的數(shù)字光學連續(xù) 變倍顯微鏡。[0042]本實用新型的優(yōu)化設計為使用0.5倍-4倍連續(xù)變倍物鏡，0.5倍接目鏡和1/2英 寸靶面的光電探測器。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 光電探測器陽的靶面尺寸一致，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。
權利要求1.一種用于展示的數(shù)字光學連續(xù)變倍顯微鏡，其特征為，在底盤(101)的上表面通過 四個基板支柱(102)固定有基板⑴；在基板⑴上方的中央固定有中心柱(2)；載物臺 ⑶固定在基板⑴的上方、中心柱⑵的周圍；樣品轉(zhuǎn)盤⑷位于載物臺⑶的上方、 中心柱⑵的周圍；中心柱⑵的頂端固定顯示器支柱(91)，成像裝置(5)固定在中心柱 ⑵的頂端前方并穿過顯示器支柱(91)；照明裝置(6)包括反射照明光源(61)和透射照 明光源(62)，反射照明光源(61)為向下照明的環(huán)形LED燈組，位于反射鏡(54)下方， 透射照明光源(62)為高亮度LED燈，位于底盤(101)的上方、樣品轉(zhuǎn)盤(4)的下方、載 物臺⑶的前側(cè)；電源組件(7)位于基板⑴的下方、底盤(101)的上表面，操縱盒(73) 位于電源組件(7)的前方、底盤(101)的上表面；信號處理裝置(8)固定在顯示器支柱 (91)的后側(cè)；顯示器(9)位于顯示器支柱(91)的上方。
2.如權利要求1所述的用于展示的數(shù)字光學連續(xù)變倍顯微鏡，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)上的一層平板結構組成，該平板結構為Y軸位移臺(31) ； Y軸位移臺(31)中間 有一圓孔使中心柱( 穿過；在每個導軌(3 上的兩個滑塊(34)的中間有一個阻尼套管 (35)。
3.如權利要求2所述的用于展示的數(shù)字光學連續(xù)變倍顯微鏡，其特征在于，Y軸位移臺(31)上固定有轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)圈01)，樣品轉(zhuǎn)盤固定在轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)圈 (41)和轉(zhuǎn)盤軸承外圈GO)之間，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 (40)的下方，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)，標本(45)位于樣品孔(44)的上方。
4.如權利要求3所述的用于展示的數(shù)字光學連續(xù)變倍顯微鏡，其特征在于，成像裝置(5)由反射鏡(51)、調(diào)焦棱鏡(52)、連續(xù)變倍物鏡(53)、接目鏡(54)、 光電探測器(5 、變倍環(huán)形齒輪(56)、電動調(diào)焦機構(57)和電動變倍機構(58)組成， 連續(xù)變倍物鏡(5 固定于中心柱O)的頂端前側(cè)并穿過顯示器支柱(91)，連續(xù)變倍物鏡 (53)的前方按順序固定有電動調(diào)焦機構(57)、調(diào)焦棱鏡(5 和反射鏡(51)，其后方按順 序固定有接目鏡(54)和光電探測器(5 ，其外側(cè)下方固定有電動變倍機構(58)。
5.如權利要求4所述的用于展示的數(shù)字光學連續(xù)變倍顯微鏡，其特征在于，電源組件(7)包含3伏、5伏和正負12伏電源，分別為照明裝置(6)的LED燈、信 號處理裝置(8)、以及驅(qū)動電動調(diào)焦機構(57)和電動變倍機構(58)的電機供電；操縱盒 (73)的上表面設有變倍電源開關(71)和調(diào)焦電源開關(72)，變倍電源開關(71)和調(diào)焦 電源開關(72)均為雙擲電源開關；底盤(101)的上表面、電源組件(7)的后方設有電源 插座(12)；帶動電動變倍機構(58)的電機為變倍電機(58 ，變倍電機(58 位于連續(xù)變倍物鏡 (53)的下方，變倍環(huán)形齒輪(56)的后部，設有兩個電極，一個電極并接到兩個變倍行程 開關(X0、XI)的一端，該兩個行程開關(X0、XI)的另一端分別連接到由變倍電源開關 (71)所選擇的正或負12伏電壓端，另一個電極接到正負12伏電源的公共地上；帶動電動調(diào)焦機構(57)的電機為調(diào)焦電機(573)，設有兩個電極，一個電極并接到 兩個調(diào)焦行程開關(Z0、Zl)的一端，該兩個行程開關(Z0、Zl)的另一端分別連接到由調(diào)焦電源開關(72)所選擇的正或負12伏電壓端，另一個電極接到正負12伏電源的公共 地上。
6.如權利要求5所述的用于展示的數(shù)字光學連續(xù)變倍顯微鏡，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)。
專利摘要用于展示的數(shù)字光學連續(xù)變倍顯微鏡，在底盤的上表面通過基板支柱固定有基板，基板上方的中央固定有中心柱，載物臺固定在基板上方、中心柱的周圍，樣品轉(zhuǎn)盤位于載物臺上方、中心柱周圍，中心柱的頂端后方固定顯示器支柱，成像裝置固定在中心柱頂端前方并穿過顯示器支柱，照明裝置包括反射照明光源和透射照明光源，電源組件和操作盒位于基板下方、底盤的上表面，信號處理裝置固定在顯示器支柱的后側(cè)，顯示器位于顯示器支柱上方。連續(xù)變倍物鏡、接目鏡和光電探測器水平放置，由反射鏡組將光路向下偏轉(zhuǎn)90度，反射鏡組中的電動平移反射棱鏡實現(xiàn)了成像光路高度不變條件下的調(diào)焦，適應對不同厚度樣品的清晰成像，顯著改善了現(xiàn)有產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號G02B21/26GK201812083SQ20102051951
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月7日 優(yōu)先權日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