落射式微分幹涉相襯顯微鏡的製作方法

2023-05-08 13:21:01

專利名稱：落射式微分幹涉相襯顯微鏡的製作方法
技術領域：
本發明屬於顯微鏡技術領域，具體的說，涉及一種落射式微分幹涉相襯顯微鏡，其使觀察到的顯微圖像具有明顯的襯度對比，呈現立體感較強的圖像，以提高顯微觀察的分 辨力。
背景技術：
微分幹涉相襯顯微技術是Nomarski (諾馬斯基)於1952年在相襯顯微觀察技術 的基礎上提出的，採用的是透射式顯微觀察系統，包括了起偏振器(Polarizer)、DIC稜鏡、 DIC滑行器與檢偏器(Analyzer)四個關鍵光學組件。中國科學院上海光學精密機械研究所 徐毓光等科技工作者開展了關於微分幹涉相襯顯微鏡的技術研究，並於1985年7月向國家 知識產權局申請了微分幹涉相襯顯微鏡專利，專利號為CN85105355，在其專利摘要與主權 項中描述其特徵在於利用簡易的光學玻璃三平面環路幹涉系統實現幹涉相襯，所說光學 玻璃三平面環路幹涉系統是由兩個全反射平面和一個半透半反平面組成。落射式微分幹涉 相襯顯微鏡是在落射偏振觀察系統中，引入微分幹涉相襯(DIC)稜鏡組件，只需要起偏振 器、DIC稜鏡、檢偏器三個關鍵光學組件，可以實現偏振光分束與複合，從而實現幹涉顯微圖 像觀察。現有落射式微分幹涉相襯顯微鏡是在偏振觀察系統中，加裁微分幹涉相襯稜鏡裝 置，照明與成像系統共用同一個DIC稜鏡，但由於稜鏡相干平面與物鏡的後焦面要求基本 一致，對不同倍率的物鏡設計提出了新的要求，需配置專用微分幹涉相襯觀察用物鏡，使得 顯微鏡的結構複雜，同時DIC稜鏡的設計、加工與檢測相對複雜。

發明內容
本發明克服了現有技術中的缺點，提供了一種落射式微分幹涉相襯顯微鏡，其在 落射偏振觀察系統中設計微分幹涉相襯觀察適應的諾馬斯基稜鏡(DIC稜鏡)組件，同時選 擇後焦面相近的成像物鏡，通過對DIC稜鏡安裝高度與角度的調整，以滿足DIC稜鏡相干平 面與物鏡後焦面重合的要求。為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的一種落射式微分幹涉相襯顯微鏡，包括觀察鏡，落射照明器以及微分幹涉相襯組 件，所述微分幹涉相襯組件包括微分幹涉稜鏡、用於調節微分幹涉稜鏡前後移動的調節杆 以及調節微分幹涉稜鏡上下高度的調節螺釘。進一步，所述觀察鏡為雙目觀察鏡，為鉸鏈式結構。進一步，所述落射照明器包括順序設置的燈箱、濾色片切換裝置、孔徑光闌、視場 光闌、起偏器、檢偏器以及透、反射切換觀察裝置。進一步，所述燈箱後蓋板採用翻轉式鉸鏈結構。進一步，所述濾色片切換裝置、孔徑光闌、視場光闌均為撥輪轉盤式結構。進一步，還包括阿貝聚光鏡組，該阿貝聚光鏡組加載孔徑光闌。進一步，還包括集光器，該集光器內部設有視場光闌。
與現有技術相比，本發明的有益效果是本發明所述的落射式微分幹涉相襯顯微鏡具備明視場正置觀察、偏振觀察的功能，還可進行微分幹涉相襯觀察，結構簡單，操作方便，可以得到視場均勻、襯度明顯的顯微 圖像，可應用於現代電子工業、材料科學研究與製造等領域，實現無損光學檢測的要求。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。圖1是本發明的立體結構圖；圖2是落射照明器的剖視圖；圖3是微分幹涉相襯組件的剖視圖；圖4是載物平臺的結構示意圖；圖5是粗微動調焦裝置示意圖；圖6阿貝聚光鏡組示意圖；圖7集光器示意圖；圖8是本發明的左視圖；圖9是本發明的右視圖；圖10是本發明的後視圖。
具體實施例方式如圖1所述，本發明所述的落射式微分幹涉相襯顯微鏡，包括雙目觀察鏡1、攝影 攝像輸出埠 2、落射照明器3、轉換器4、落射式微分幹涉相襯組件5、物鏡6、載物平臺7、 粗微動調焦機構8、阿貝聚光鏡組9以及集光器10。其中，雙目觀察鏡1採用鉸鏈式結構，配置廣角平場目鏡，單邊視度可在_5 +5 個視度範圍內調節，目鏡瞳距可在53mm 75mm之間任意調節，目鏡筒傾斜角度為30度，可 適配視場數不超過Φ22mm的目鏡。攝影攝像輸出埠 2是用於顯微鏡圖像採集時的光學輸出端，配合專用的攝影卡 口或適配器，可以連接CCD攝像儀、數位相機或數碼單眼相機、普通相機。攝影攝像系統採 用100%通光，可通過本裝置所設置的切換拉杆進行目視觀察與攝影操作。圖2是落射照明器3的剖視圖，落射照明器3是為落射式顯微鏡觀察提供光源與 控制光源的重要部件，本落射器3採用的是柯拉照明系統，主要包括燈箱301，濾色片切換 裝置302，孔徑光闌303，視場光闌304，起偏器305，檢偏器306和透、反射切換觀察裝置 307。燈箱301內設置的光源採用滷素燈照明，可通過兩側的調節手輪進行燈泡位置的 調整，調整範圍為3mm 5mm。燈箱301後蓋板採用翻轉式鉸鏈結構，可以快速更換燈泡。燈 箱301兩側安裝隔熱塑膠板，防止熱源輻射或灼傷操作者。濾色片切換裝置302採用拔輪轉 盤式結構，設置有黃、綠、藍、磨砂玻璃與直接透射五個檔位，以滿足改變圖像襯底或照明亮 度、均勻性的照明要求。孔徑光闌303與視場光闌304均採用拔盤式轉動調節，用於改變照 明系統的通光口徑與視場大小。在孔徑光闌303與視場光闌304之後設置起偏器305，使照 明光源轉變成線偏振光，通過起偏器305側面的旋轉拔盤可以進行起偏角度的調整。檢偏器306內置在落射式照明器的半透分光鏡之上，三目頭座之下，通過推拉拉杆可以進行切 換檢偏器306，以滿足透、反射照明觀察的要求。起偏器305和檢偏器306的偏振方向相對 於主體應為東西方向與南北方向，以形成落射式正交偏振觀察系統。透、反射切換觀察裝置 7主要是為了適應產品透射觀察、落射與落射微分幹涉相襯觀察的需要，通過半透分光鏡與 拉杆實現切換。在偏振觀察系統中，採用無應力光學組件與優良的柯拉落射照明系統、無限遠長 工作距離平場消色差物鏡，為了滿足物鏡後焦面相近的要求，設計5倍、10倍、20倍、40倍物 鏡。圖1中的轉換器4，又稱之為「鼻輪」，用於不同倍率物鏡進行轉換。微分幹涉相襯組件5主要作用是對偏振光進行分束與複合，以實現微分幹涉相襯 觀察的功能，其主要結構如圖3所示。微分幹涉相襯組件5包括微分幹涉稜鏡501、用於調節微分幹涉稜鏡前後移動的 調節杆502以及調節微分幹涉稜鏡上下移動的調節螺釘503。調節杆502通過旋轉可以前後移動微分幹涉稜鏡501，以改變彩色幹涉條紋，形成 不同底色的顯微圖像。調節螺釘503共有3個，通過調節，可以實現微分幹涉稜鏡501上下 位置(相干平面高度)與入射光線相對稜鏡的入射角的調節，以達到稜鏡相干平面與物鏡 後焦面重合的要求，使觀察的顯微圖像變得清晰，底色均勻，呈現較強的立體感。插板座504，用於安裝微分幹涉稜鏡501及相關調節結構，插板座504單側(左側) 面設置有定位槽，以明確正常明視場觀察與微分幹涉相襯觀察，蓋板5用於封裝組件。微分幹涉稜鏡501，又稱之為DIC稜鏡，由兩個具有相互垂直光軸的石英晶體，通 過研磨後形成一定傾斜角度(稱之為楔角)，再將兩個石英晶體片用光學粘結劑(光敏膠) 膠合在一起，形成具有晶體光學特性的平板DIC稜鏡。線偏振光經過DIC稜鏡501時，由於 晶體的雙折射性，稜鏡將其剪切成兩束具有微小夾角且振動方向相互垂直，振幅相等的線 偏振光(尋常光ο光及非常光e光)。這兩束光再經過物鏡，產生具有一定剪切量的平行 光，從而落射到被測物體表面。光線經反射後原路返回，再次進入稜鏡以後兩束光重新匯合 在一起，但因偏振方向相互垂直，故不發生幹涉，但通過檢偏器306後可使光束的振動方向 相一致，從而形成幹涉圖像，經過DIC稜鏡501後的光束產生的分束角(離散角)非常小，ο 光與e光因分束而產生的光程差也遠小於物鏡的解析度，因而可以觀察到更加細微的物鏡 表面變化，形成微分幹涉相襯顯微圖像，不同光程差形成的幹涉圖像表現為彩色幹涉條紋， 對稱分布於黑灰色帶兩側。物鏡6是光學顯微成像的關鍵部件，本發明設計的物鏡6為無限遠平場消色差無 蓋玻片物鏡，系統標準配置5X，10X, 20X, 50X,選配40X，60X, 80X, 100X (乾式，彈簧鏡)，物 鏡6工作距離長，後焦面位置大致相同，根據5X至100X物鏡後焦面的特點，分為兩種，其中 5X，10X, 100X後焦接近，可以共用一組微分幹涉相襯組件，20X, 40X, 50X, 60X, 80X後焦面接 近，可以共用一組微分幹涉相襯組件，因此本發明的落射式微分幹涉相襯顯微鏡採用兩組 微分幹涉相襯組件即可滿足所有物鏡共後焦面的要求。載物平臺7，其結構如圖4所示，是用於承載觀察的樣品，本發明採用透反射型照 明觀察方式，採用透射照明時，照明光可以從下向上透過待觀察樣品，本發明未設置透射型 微分幹涉相襯觀察裝置，因此不能進行透射式微分幹涉相襯觀察，只能進行正常明視場觀察。採用落射照明時，照明光通過物鏡照射在待觀察的樣品上，經樣品反射再通過物鏡成 像，可以觀察不透明的樣品，此時可以進行偏光觀察與微分幹涉相襯觀察，即落射式微分幹 涉相襯觀察。本發明使用的載物平臺具有縱、橫向移動功能，設置有縱、橫向移動手701， 其中縱向移動範圍不小於50mm，橫向移動範圍不小於75mm，其它相關技術參數符合GB/ T2985-2008生物顯微鏡標準中載物平臺的技術要求。粗微動調焦機構8，其結構如圖5所示意，通過旋轉粗動調節手輪801與微動調 焦手輪802，可使載物平臺升降，以達到聚焦的目的，其中微動調焦手輪802的微動格值為 0. 002mm，粗微動調焦機構中設置了粗動調節鬆緊手輪803與限位手輪804，其中粗動調節 鬆緊手輪803用於調節粗動調節手輪801的扭矩，防止載物平臺7自上而下移動，又稱為 「自流」。限位手輪804是用於防止轉換物鏡6時，高倍物鏡碰撞載物平臺7而損壞物鏡6， 也便於操作不同物鏡6時能夠快速聚焦。阿貝聚光鏡組9，其結構如圖6所示，其作用是對照明光進行聚焦，以滿足不同倍 率物鏡成像時所需的照明亮度與襯度要求，本發明使用的阿貝聚光鏡組加載了孔徑光闌 901，用於調節進入聚光鏡的光能量，以達到改變照明襯度的目的。阿貝聚光鏡組9可以通 過升降調節手輪，改變上下位置高度，以滿足不同倍率物鏡的照明要求。集光器10，其結構如圖7所示，是對光源的發散光進行集合，形成符合柯拉照明特 性的均勻光源，進入阿貝聚光鏡組。本發明的集光器10內部設置有視場光闌，旋轉集光器 10上部的拔盤1001，可實現改變光闌孔徑的目的。圖8、9、10是本發明的左視圖、右視圖和後視圖。本發明的電器部分，其布局如圖8所示，主要設置有亮度調節旋鈕11，電源控制開 關12，透反射電源切換開關13，電源插座14，落射光源電源輸入埠 15，電器部分的電源控 制開關12設置在主體的左側下方，正常工作時呈淺綠色，其正上方設置透反射電源切換開 關13，用於改變透射、落射照明方式，電源插座14設置在主體後部。本發明的產品輸入電壓 分為三類230V/50Hz，110V/50Hz，85 265V寬電壓電源，輸出的功率為12V30W或12V50W。本發明也適用於現有正置金相顯微鏡(包含偏振觀察裝置)技術。本發明並不局限於上述實施方式，如果對本發明的各種改動或變形不脫離本發明 的精神和範圍，倘若這些改動和變形屬於本發明的權利要求和等同技術範圍之內，則本發 明也意圖包含這些改動和變形。
權利要求
一種落射式微分幹涉相襯顯微鏡，包括觀察鏡，落射照明器以及微分幹涉相襯組件，其特徵在於所述微分幹涉相襯組件包括微分幹涉稜鏡、用於調節微分幹涉稜鏡前後移動的調節杆以及調節微分幹涉稜鏡上下高度的調節螺釘。
2.根據權利要求1所述的落射式微分幹涉相襯顯微鏡，其特徵在於所述觀察鏡為雙 目觀察鏡，為鉸鏈式結構。
3.根據權利要求1所述的落射式微分幹涉相襯顯微鏡，其特徵在於所述落射照明器 包括順序設置的燈箱、濾色片切換裝置、孔徑光闌、視場光闌、起偏器、檢偏器以及透、反射 切換觀察裝置。
4.根據權利要求3所述的落射式微分幹涉相襯顯微鏡，其特徵在於所述燈箱後蓋板 採用翻轉式鉸鏈結構。
5.根據權利要求3所述的落射式微分幹涉相襯顯微鏡，其特徵在於所述濾色片切換 裝置、孔徑光闌、視場光闌均為撥輪轉盤式結構。
6.根據權利要求1所述的落射式微分幹涉相襯顯微鏡，其特徵在於還包括阿貝聚光 鏡組，該阿貝聚光鏡組加載孔徑光闌。
7.根據權利要求1所述的落射式微分幹涉相襯顯微鏡，其特徵在於還包括集光器，該 集光器內部設有視場光闌。
全文摘要
本發明屬於顯微鏡技術領域，具體的說，涉及一種落射式微分幹涉相襯顯微鏡，其包括觀察鏡，落射照明器以及微分幹涉相襯組件，所述微分幹涉相襯組件包括微分幹涉稜鏡、用於調節微分幹涉稜鏡前後移動的調節杆以及調節微分幹涉稜鏡上下高度的調節螺釘，本發明所述的落射式微分幹涉相襯顯微鏡具備明視場正置觀察、偏振觀察的功能，還可進行微分幹涉相襯觀察，結構簡單，操作方便，可以得到視場均勻、襯度明顯的顯微圖像，可應用於現代電子工業、材料科學研究與製造等領域，實現無損光學檢測的要求。
文檔編號G02B21/18GK101995649SQ20101060032
公開日2011年3月30日 申請日期2010年12月22日 優先權日2010年12月22日
發明者李彌高, 胡麗娟, 黃文勇, 黃秋翼 申請人:廣州粵顯光學儀器有限責任公司