專利名稱：三維旋轉(zhuǎn)觀察視頻顯微鏡的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種顯微鏡，尤其是關于一種可以從不同角度對微小的觀察對象進行旋轉(zhuǎn)觀察，而不需要移動樣品或者傾斜觀察對象，并且可以將獲得的圖像傳送到顯示設備如監(jiān)視器、液晶顯示器顯示出來，也可以將圖像傳送到計算機中進行觀察、測量、處理等操作的三維旋轉(zhuǎn)觀察視頻顯微鏡。
背景技術：
視頻顯微鏡是在傳統(tǒng)顯微鏡基礎上發(fā)展起來的新型顯微觀察系統(tǒng)。該系統(tǒng)由多組透鏡組成，可以對微小的物體進行放大成像觀測。視頻顯微鏡的顯著特點是通過透鏡組獲得的放大成像不是直接被人的肉眼觀察到，而是通過CCD(光電耦合元件)攝像機獲取圖像，然后傳送到顯示設備如監(jiān)視器或者液晶顯示器顯示出來。這樣，觀察到的信息就可以同時被多人獲取，而不是只有顯微鏡操作員才能進行觀測，而且圖像可以彩色顯示具有逼真感，同時降低了用眼的疲勞程度。視頻顯微鏡的另一個特點就是通過CCD攝像機所獲取的圖像可以傳送到計算機中進行處理，從而實現(xiàn)觀察、測量、存檔和分析等功能，甚至可以進行遠程診斷，這就極大的擴展了顯微鏡的使用范圍。
單筒視頻顯微鏡能將微小物體加以放大并形成正的立體像，但只能獲取樣品垂直方向的成像信息，對樣品其它方向的成像無能為力。如果移動或者傾斜樣品，雖然可以觀測到樣品側(cè)面的信息，但在成像放大倍數(shù)較高的情況下，想通過移動或者傾斜樣品來觀察某一點變得非常困難。這是因為成像倍數(shù)越高，成像的可視范圍就越小，景深也隨之變小。在這種情況下，操作者細微的動作都有可能導致視場改變而找不到所要觀察的點，降低了可操作性。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的視頻顯微鏡只能獲取所觀察物體的垂直方向的成像信息，而對樣品其它方向的成像信息無能為力的技術問題，本發(fā)明的目的是提供一種可變角度觀察的三維旋轉(zhuǎn)觀察視頻顯微鏡，可以對樣品進行360°的旋轉(zhuǎn)觀察，從而排除視覺死角，實現(xiàn)三維圖像觀測，并可以將顯微成像輸送到顯示設備或者帶有圖像采集功能的計算機系統(tǒng)顯示出來，以利于操作者可以更好的對微小物體進行觀測。
本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案如下在顯微鏡主機末端設置一段圓柱形薄壁螺紋接口，通過這個接口連接一個旋轉(zhuǎn)連接座。旋轉(zhuǎn)連接座由控制線接口、電機外罩、電機、旋轉(zhuǎn)外圈、固定內(nèi)圈、環(huán)形LED燈組、滾珠、小齒輪、大齒輪、上壓圈、下壓圈組成。
固定內(nèi)圈連接在顯微鏡主機上，在固定內(nèi)圈與旋轉(zhuǎn)外圈之間裝配有滾珠，并通過上下兩個壓圈固定，旋轉(zhuǎn)外圈通過滾珠圍繞固定內(nèi)圈轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)外圈上裝配有大齒輪。在固定內(nèi)圈上面安裝了連接圈，連接圈側(cè)面裝配有一個可調(diào)速電機和一個小齒輪，小齒輪同旋轉(zhuǎn)外圈上的大齒輪外切嚙合。當電機轉(zhuǎn)動時，帶動小齒輪轉(zhuǎn)動，通過大齒輪帶動旋轉(zhuǎn)外圈水平旋轉(zhuǎn)。固定內(nèi)圈內(nèi)部設有環(huán)形LED燈組，朝向觀察物體，通電后用來提供視場照明。環(huán)形LED燈組采用發(fā)散角度的白光LED，能夠提供較大角度的照明，可以消除照明死角，能夠使觀測者對觀察對象作更清晰的觀查。
在旋轉(zhuǎn)連接座的下方設置一個旋轉(zhuǎn)觀察模組。在旋轉(zhuǎn)連接座的旋轉(zhuǎn)外圈的下部設有螺紋，與旋轉(zhuǎn)觀察模組相連接。旋轉(zhuǎn)觀察模組上設有兩個鏡面相對的反射鏡。第二反射鏡位于反射模組中央，與水平夾角為45°，將第一反射鏡反射過來的光學折射到透鏡組；第一反射鏡位于反射模組邊緣內(nèi)側(cè)，負責將反射光折射到第二反射鏡。第一反射鏡可以根據(jù)觀測要求設置不同的反射角度。由于反射角度的改變，反射光的光程也會跟著改變，就可以改變視頻顯微鏡的工作距離。旋轉(zhuǎn)觀察模組為中空結(jié)構(gòu)，當安裝到旋轉(zhuǎn)連接座上時，環(huán)形LED燈組發(fā)射的照明光線可以通過反射模組，不會影響到觀測效果。旋轉(zhuǎn)觀察模組的作用是將觀測對象側(cè)面的圖像通過第一反射鏡反射到第二反射鏡，第一反射鏡再把圖像反射到顯微鏡的透鏡組，從而可以觀察到觀測對象的側(cè)面圖像。進行三維旋轉(zhuǎn)觀測時，將反射角度固定的反射模組安裝到旋轉(zhuǎn)連接座上面，開動電機，就可以實現(xiàn)在不移動或傾斜觀測對象的情況下對觀測對象進行360°旋轉(zhuǎn)觀測。當不安裝旋轉(zhuǎn)觀察模組時，本顯微鏡將對觀測對象作垂直觀測。
在顯微鏡主機上方安裝一個彩色CCD(電子耦合組件)攝像機，該相機頂部帶有視頻線接口和CCD電源線接口。通過視頻線接口可以將三維旋轉(zhuǎn)視頻顯微鏡獲得的觀察對象的圖像傳送到接收裝置如監(jiān)視器或者帶圖像采集功能的計算機系統(tǒng)顯現(xiàn)出來。
由于本發(fā)明采用了上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的有益效果是，工作距離長，成像質(zhì)量好，可以在不用移動或傾斜觀察樣品的情況下實現(xiàn)多角度旋轉(zhuǎn)觀察，排除了視覺死角，改善了照明條件，提高了觀測質(zhì)量。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的光學原理圖；圖3是圖1的控制盒主視圖；圖4是圖1的裝配圖。
圖中11.底座，12.立柱，20.托圈，21.止緊螺釘，30.升降組，31.止緊螺釘，32.調(diào)節(jié)手輪，40.顯微鏡支架，41.連接臂，42.顯微鏡夾具，50.彩色CCD攝像機，51.視頻線接口，52.CCD電源線接口，60.顯微鏡主機，61.變倍調(diào)節(jié)旋鈕，62.微調(diào)手輪，63.透鏡組，70.旋轉(zhuǎn)連接座，71.大齒輪，72.電機，721.電機、光源控制線接口，73.導線，74.小齒輪，75.旋轉(zhuǎn)外圈，76.滾珠，77.連接圈，78.上壓圈，79.固定內(nèi)圈，701.下壓圈，702.環(huán)行LED燈組，80.旋轉(zhuǎn)觀察模組，81.第二反射鏡，82.第一反射鏡，90.控制盒，91.電源開關，92.電源指示燈，93.電機開關，94.電機方向調(diào)節(jié)旋鈕，95.背景光亮調(diào)節(jié)旋鈕，96.電機速度調(diào)節(jié)旋鈕，97.電機、光源控制線插座，98.CCD電源線插座，99.220V/50Hz電源線插座，A.照明光，B.反射光。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
圖1是本發(fā)明三維旋轉(zhuǎn)觀察視頻顯微鏡的一個優(yōu)選實施例。如圖1所示，底座11，上面安裝有立柱12。在立柱上，安裝有用來調(diào)節(jié)顯微鏡主機高度的升降組30和防止顯微鏡主機下滑的托圈20，升降組和托圈分別通過止緊螺釘31、21固定在立柱上。顯微鏡支架40連接在升降組30上，支撐安裝在其上的顯微鏡主機60。顯微鏡主機上方連接了彩色CCD攝像機50，用來捕捉觀察對象的成像信息。在顯微鏡主機末端設有可以旋轉(zhuǎn)并且可以提供視場照明的旋轉(zhuǎn)連接座70，與顯微鏡主機螺紋連接。旋轉(zhuǎn)連接座下方連接有觀察模組80，可以實現(xiàn)三維旋轉(zhuǎn)觀察。還包括為彩色CCD攝像機提供電源和用來調(diào)節(jié)照明光源亮度以及旋轉(zhuǎn)連接座的旋轉(zhuǎn)速度和方向的控制盒90。
升降組30包括止緊螺釘31和調(diào)節(jié)旋鈕32，通過旋轉(zhuǎn)止緊螺釘31可以將升降組在立柱12上上下移動。順時針(逆時針)轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)手輪32，可以使顯微鏡主機60上下移動。關于顯微鏡主機的支撐部分，顯微鏡支架40連接在升降組上。它是由前伸的倒“L”字型的連接臂41和安裝在連接臂上的顯微鏡夾具42組成。顯微鏡主機包括變倍調(diào)節(jié)旋鈕61和微調(diào)手輪62。顯微鏡主機穿過顯微鏡夾具42并被固定到顯微鏡支架40上。顯微鏡支架和帶調(diào)節(jié)32手輪的升降組連接在一起，并安裝到平臺的立柱上，由止緊螺釘31固定。升降組30下面設計了托圈20，以防止顯微鏡主機下滑。
三維旋轉(zhuǎn)觀察視頻顯微鏡的成像部分由彩色CCD(電荷耦合元件)攝像機50和作為成像透鏡的顯微鏡主機60構(gòu)成。彩色CCD(電荷耦合元件)攝像機上帶有視頻線接口51和CCD電源線接口52。顯微圖像可以直接通過彩色CCD攝像機的視頻線接口51輸送到接收裝置如監(jiān)視器或者帶圖像采集功能的計算機系統(tǒng)顯現(xiàn)出來?？梢苑謩e利用顯微鏡主機上的變倍調(diào)節(jié)旋鈕61和支撐顯微鏡主機的升降組30上的調(diào)節(jié)手輪32來調(diào)節(jié)顯微鏡鏡頭的放大倍率和焦距。用戶根據(jù)需要旋轉(zhuǎn)顯微鏡變倍調(diào)節(jié)旋鈕61，選擇適當倍率觀察圖像，這個過程中不用改變鏡頭焦距。
該顯微鏡可以實現(xiàn)連續(xù)變倍觀察，能將微小物體加以放大且形成正的立體像。具有較長的工作距離和寬闊的視野。彩色CCD攝像機50與顯微鏡主機60連接在一起，松開升降組30上面的止緊螺釘31轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)手輪32可以調(diào)節(jié)顯微鏡主機60的高度，從而以獲得清晰的成像。
圖2所示是本實施例實現(xiàn)對觀察對象進行旋轉(zhuǎn)三維觀察的主要原理的示意圖。主要是通過旋轉(zhuǎn)連接座70和旋轉(zhuǎn)觀察模組80來實現(xiàn)。
旋轉(zhuǎn)連接座70包括固定在顯微鏡主機上的固定內(nèi)圈79，圍繞中心軸轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)外圈75，裝配在固定內(nèi)圈79與旋轉(zhuǎn)外圈75之間的滾珠76，固定在旋轉(zhuǎn)外圈75上面的大齒輪71，裝配在固定內(nèi)圈79上的電機72和小齒輪74，以及提供照明的環(huán)形LED燈組702。
旋轉(zhuǎn)觀察模組80通過螺紋與旋轉(zhuǎn)連接座的旋轉(zhuǎn)外圈75連接在一起，其上面設有第二反射鏡和第一反射鏡，第二反射鏡伸到反射模組80中央，與水平面夾角為45°，第一反射鏡與第二反射鏡相對，裝配在反射模組80內(nèi)側(cè)，與水平面夾角為67.5°。
如圖3所示，控制盒90包括電源開關91，電源指示燈92，電機開關93，電機方向調(diào)節(jié)按鈕94，背景光亮度調(diào)節(jié)旋鈕9，電機速度調(diào)節(jié)旋鈕96，電機、光源控制線插座97，CCD電源線插座98，220V/50Hz電源輸入插座99。
電機72的外罩上帶有電機、光源控制線接口721，通過外接控制線與控制盒90上的電機、光源控制線插座97相連接，提供電機72轉(zhuǎn)動和環(huán)形LED燈組702照明所需的電源。電機外罩上有導線73被連接到下面的環(huán)形LED燈組702。通過控制盒90上的電機方向調(diào)節(jié)按鈕94和電機速度調(diào)節(jié)旋紐96可以控制電機72的轉(zhuǎn)動方向和速度；背景光亮調(diào)節(jié)旋紐95用來調(diào)節(jié)環(huán)行LED燈組702的亮度，以適應不同的樣品觀測要求。
當三維旋轉(zhuǎn)觀察顯微鏡正常工作時，旋轉(zhuǎn)連接座70上的環(huán)行LED燈組702發(fā)出照明光A照亮視場。觀察對象將光線反射到第二反射鏡81和第一反射鏡82，第一反射鏡又將光線反射到第二反射鏡，第二反射鏡再將反射光B反射到顯微鏡主機60中的透鏡組63。透鏡組63對觀測物體的圖像進行放大，放大后的圖像最終被彩色CCD攝像機50捕獲，獲得顯微圖像。電機72轉(zhuǎn)動時，帶動小齒輪74，小齒輪74又帶動與其外嚙合的大齒輪71。大齒輪71固定在旋轉(zhuǎn)外圈75上，旋轉(zhuǎn)觀察模組80通過旋轉(zhuǎn)外圈75連接在旋轉(zhuǎn)連接座70的下方。大齒輪71轉(zhuǎn)動時，便帶動旋轉(zhuǎn)連接座和旋轉(zhuǎn)觀察模組80轉(zhuǎn)動，從而可以實現(xiàn)對觀察對象進行360°旋轉(zhuǎn)觀察。
三維旋轉(zhuǎn)觀察視頻顯微鏡有上述的結(jié)構(gòu)并在觀察微小物體(樣品)時以下列步驟使用。
1.把樣品放置到底座11上，然后打開控制盒90上的電源開關91。環(huán)形LED燈組702發(fā)射照明光照亮視場。
2.轉(zhuǎn)動顯微鏡主機60上的變倍調(diào)節(jié)旋鈕61，改變倍率至最低(0.65×)。
3.打開控制盒90上的電機開關93，調(diào)節(jié)電機速度調(diào)節(jié)旋鈕96使電機72轉(zhuǎn)速至最高，開始旋轉(zhuǎn)觀察。
4.調(diào)節(jié)工作距離與焦距，順時針(逆時針)轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)手輪32，使主機上下移動直至圖像圍繞固定一點轉(zhuǎn)動為止。
5.轉(zhuǎn)動變倍調(diào)節(jié)旋鈕61，改變倍率至最大(4.5×)，使電機72停止旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)微調(diào)手輪62使圖像清晰。
權利要求
1.一種三維旋轉(zhuǎn)觀察視頻顯微鏡，它是由底座(11)，安裝在底座上的立柱(12)，同立柱相連接，可以用來調(diào)節(jié)顯微鏡主機(60)高度的升降組(30)，連接在升降組上支撐顯微鏡主機的支架(40)，顯微鏡主機(60)組成，其特征是在顯微鏡主機上方連接有用來捕捉圖像的彩色CCD攝像機(50)，在顯微鏡主機末端通過螺紋連接有可以旋轉(zhuǎn)并且可以提供視場照明的旋轉(zhuǎn)連接座(70)，旋轉(zhuǎn)連接座上連接有用來實現(xiàn)三維觀察的旋轉(zhuǎn)觀察模組(80)；還包括為彩色CCD攝像機(50)提供電源和用來調(diào)節(jié)照明光源亮度以及旋轉(zhuǎn)連接座的旋轉(zhuǎn)速度和方向的控制盒(90)；所述的旋轉(zhuǎn)連接座(70)包括固定在顯微鏡主機上的固定內(nèi)圈(79)，圍繞中心軸轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)外圈(75)，通過上壓圈(78)和下壓圈(701)裝配在固定內(nèi)圈(79)與旋轉(zhuǎn)外圈(75)之間的滾珠(76)，固定在旋轉(zhuǎn)外圈(75)上面的大齒輪(71)，裝配在固定內(nèi)圈(79)上的電機(72)和小齒輪(74)，以及提供照明的環(huán)形LED燈組(702)；所述的旋轉(zhuǎn)觀察模組(80)通過螺紋與旋轉(zhuǎn)連接座(70)的旋轉(zhuǎn)外圈(75)連接在一起，其上面設有第二反射鏡(81)和第一反射鏡(82)，第二反射鏡(81)伸到反射模組(80)中央，與反射模組水平面夾角為45°，第一反射鏡(82)與第二反射鏡(81)相對，裝配在反射模組內(nèi)側(cè)，與反射模組水平面成一定夾角。
2.根據(jù)權利要求1所述的三維旋轉(zhuǎn)觀察視頻顯微鏡，其特征是所述的第一反射鏡(82)與水平面所成夾角為67.5°。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的三維旋轉(zhuǎn)觀察視頻顯微鏡，其特征是所述的顯微鏡支架(40)連接在升降組(30)上，它是由前伸的倒“L”字型的連接臂(41)和安裝在連接臂上的顯微鏡夾具(42)組成。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的三維旋轉(zhuǎn)觀察視頻顯微鏡，其特征是所述的立柱(12)上，在升降組(30)的下方還設有防止升降組(30)下滑的拖圈(20)。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的三維旋轉(zhuǎn)觀察視頻顯微鏡，其特征是所述的升降組(30)和拖圈(20)分別由止緊螺釘(31)、止緊螺釘(21)固定在立柱(12)上。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的三維旋轉(zhuǎn)觀察視頻顯微鏡，其特征是所述的控制盒(90)包括電源開關(91)，電源指示燈(92)，電機方向調(diào)節(jié)按鈕(94)，電機開關(93)，背景光亮調(diào)節(jié)旋紐(95)，電機速度調(diào)節(jié)旋紐(96)，電機、光源控制線插座(97)，CCD電源線插座(98)，220V/50Hz電源輸入插座(99)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三維旋轉(zhuǎn)觀察視頻顯微鏡，它包括底座11、立柱12、安裝在立柱上的升降組30、連接在升降組上的顯微鏡支架40、裝配在顯微鏡支架上的顯微鏡主機60，所述顯微鏡主機的上方安裝有彩色CCD攝像機50，下方連接有旋轉(zhuǎn)連接座70和旋轉(zhuǎn)觀察模組80；還包括控制盒90。旋轉(zhuǎn)連接座上帶有旋轉(zhuǎn)外圈75、滾珠76、固定內(nèi)圈79，旋轉(zhuǎn)外圈通過滾珠圍繞固定內(nèi)圈轉(zhuǎn)動，帶動連接在其上的旋轉(zhuǎn)觀察模組轉(zhuǎn)動；旋轉(zhuǎn)觀察模組包括第一反射鏡82和第二反射鏡81，通過第一、第二反射鏡將觀察對象的圖像反射到顯微鏡主機上。本發(fā)明可以從不同角度對微小的觀察對象進行旋轉(zhuǎn)觀察，而不需要移動樣品或者傾斜觀察對象，并且可以將獲得的圖像傳送到顯示設備如監(jiān)視器、液晶顯示器顯示出來，也可以將圖像傳送到計算機中進行觀察、測量、處理等操作。
文檔編號H04N5/225GK1800902SQ200510101088
公開日2006年7月12日 申請日期2005年11月14日 優(yōu)先權日2005年11月14日
發(fā)明者余文堅, 余任沖, 蘇俊安, 羅平 申請人:廣州和創(chuàng)電子科技有限公司, 桂林威達股份有限公司桂林光學儀器廠