專利名稱：顯微鏡用自動線性可變單色照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顯微鏡用的照明裝置，尤其是自動線性可變單色照明裝置，屬于物理光學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，顯微鏡照明主要是白光，對于需要熒光觀察的顯微鏡來說，被測試樣所需激發(fā)單色光源須通過一系列的濾色片來實現(xiàn)，對不同的熒光試劑需要改變激發(fā)濾色片組。即使是最為先進(jìn)的激光掃描共聚焦顯微鏡，其實現(xiàn)多波長單色光掃描的方法也是用多種激光器和濾色片的組合，這些方法往往存在調(diào)節(jié)粗糙、可調(diào)波長有限、非自動、濾色片組價格昂貴等缺點。
現(xiàn)有產(chǎn)品，如Olympus、Zeiss等都是采用多塊濾色片組合或者可調(diào)激光光源加濾色片來實現(xiàn)的，需要手動切換，可變單色照明范圍不寬，一般在415～650nm。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能實現(xiàn)自動線性可變的顯微鏡單色照明裝置。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的顯微鏡用自動線性可變單色照明裝置，由在光路上依次設(shè)置的光源、聚光系統(tǒng)、光譜單色器、透紫外純石英光纖和光纖連接端面，以及功能控制器組成；所述的光源，用于產(chǎn)生所述光譜單色器所需的光通量；所述的聚光系統(tǒng)用于將所述光源產(chǎn)生的復(fù)合光光束聚焦，在所述光譜單色器的入縫處得到一個很小的點光源；所述的光譜單色器用于產(chǎn)生單色光，光譜單色器內(nèi)設(shè)置有反射凹面鏡、聚光凹面鏡和由步進(jìn)電機(jī)控制的可轉(zhuǎn)動的光柵，光譜單色器的相對孔徑f/#＝3.1，聚光凹面鏡焦距為120mm，光柵為1200l/mm光柵，光柵用于將經(jīng)入縫入射的各種不同波長的光分離，并調(diào)節(jié)經(jīng)出縫射出的光束的波長值，所述出縫處的光束的波長與所述光柵的轉(zhuǎn)角的正弦值呈線性關(guān)系；所述的透紫外純石英光纖的一端通過光纖連接端面與所述光譜單色器的出縫連接，用于將在出縫處的單色光耦合到光纖并輸出，另一端通過另一光纖連接端面與顯微鏡軟性連接；所述的功能控制器，由微控制器、通過數(shù)據(jù)線分別與微控制器連接的顯示器、輸入鍵盤、電機(jī)驅(qū)動裝置和通信接口以及通過數(shù)據(jù)線與所述電機(jī)驅(qū)動裝置連接的步進(jìn)電機(jī)組成，所述的微控制器、顯示器、電機(jī)驅(qū)動裝置和步進(jìn)電機(jī)還分別與電源連接；所述的微控制器內(nèi)部存儲有控制軟件，用于實現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、移動到指定波長及雙波長掃描功能，所述電機(jī)驅(qū)動裝置在微控制器的控制下通過驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)帶動光柵轉(zhuǎn)動，所述的通訊接口用于與外部設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
所述的光源可以是100瓦的超高壓汞燈，也可以是100瓦的超高壓氙燈。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果(1)可省掉激發(fā)濾片；(2)單色光譜范圍可擴(kuò)展到紫外；(3)可以實現(xiàn)單色光波長的自動線性可變(250nm～680nm)；(4)專用功能控制器，可實現(xiàn)自動定波長、雙波長來回掃描和手動步進(jìn)等多方式單色照明模式；(5)與熒光顯微鏡之間采用光纖軟性連接，可減少儀器的體積，增加靈活性。


圖1是本發(fā)明的一種實施方式與顯微鏡的連接示意圖。
圖2是光纖圓形開口連接端面示意圖。
圖3是光纖及其連接端面示意圖。
圖4是光纖矩形開口連接端面示意圖。
圖5是本發(fā)明的功能控制器的原理方框圖。
附圖標(biāo)記1、光源 2、聚光系統(tǒng) 3、入縫 4、聚光凹面鏡5、光柵 6、反射凹面鏡 7、出縫 8、光纖連接端面9、透紫外純石英光纖 10、光纖連接端面 11、熒光顯微鏡 12、光譜單色器13、耦合成像透鏡具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作詳細(xì)說明。
如果要滿足自動波長選擇而不是手動濾片組切換的話，首先必須得到單色光。在此采用光柵色散型分光光譜單色器來得到單色光。但是由于要將單色光作為顯微鏡的照明光源，它必須具有足夠大的光通量才能觀測到標(biāo)本或者標(biāo)本所發(fā)射的熒光，這可以通過兩個途徑來實現(xiàn)一是無限增大光源(汞燈或者氙燈)的功率；其二是采用較大的相對孔徑f/#，從而更多地收集入射光能量。增大光源功率涉及到散熱和光學(xué)元件的選擇等一系列問題，不能無限增大，而且通常熒光顯微鏡的光源就是100W的超高壓汞燈(HBO)，因此我們采用了第二種增大光通量的途徑，重新設(shè)計并生產(chǎn)的光譜單色儀的相對孔徑f/#＝3.1，光柵1200l/mm，聚光凹面鏡焦距為120mm。實驗證明，該單色器可基本滿足照明要求。
光譜儀如何與顯微鏡的連接，一種是直接剛性機(jī)械連接，一種是采用光纖的軟性連接。由于剛性連接需增加相應(yīng)的光學(xué)系統(tǒng)，而且使得儀器體積龐大笨重，故考慮使用光纖如圖3所示的靈活連接。將光纖一端的連接端面固定在光譜單色儀的出縫，該光纖連接端面有矩形的開口，如圖4所示；另一端的光纖連接端面具有圓形開口，如圖2所示，通過設(shè)置在其內(nèi)的耦合成像透鏡與顯微鏡連接，從而實現(xiàn)光纖的軟性連接。
本發(fā)明的顯微鏡用自動線性可變單色照明裝置包括圖1所示的光源1、聚光系統(tǒng)2、光譜單色器12、透紫外純石英光纖9和光纖連接端面8、10，以及圖5所示的功能控制器。圖1中，光譜單色器12由入縫3、反射凹面鏡6、光柵5、聚光凹面鏡4、出縫7組成。
光源1可以采用100瓦的超高壓汞燈，也可以采用100瓦的超高壓氙燈，以產(chǎn)生光譜單色器12所需的足夠的光通量。聚光系統(tǒng)2可由2個凸透鏡構(gòu)成，用于將光源1產(chǎn)生的復(fù)合光光束聚焦，在入縫3處得到一個很小的點光源，聚焦后的復(fù)合光光束經(jīng)入縫3射入光譜單色器12內(nèi)。
光譜單色器12用于產(chǎn)生單色光，光譜單色器12內(nèi)設(shè)置有反射凹面鏡6、聚光凹面鏡4和由步進(jìn)電機(jī)控制的可轉(zhuǎn)動的光柵5，光譜單色器12的相對孔徑f/#＝3.1，光柵5為1200l/mm光柵，聚光凹面鏡4的焦距為120mm，出縫7處的光束的波長與所述光柵5的轉(zhuǎn)角的正弦值呈線性關(guān)系。
透紫外純石英光纖9的一端通過光纖連接端面8與光譜單色器12的出縫7連接，用于將在出縫7處的單色光耦合到光纖9并輸出，光纖連接端面8有矩形的開口；另一端光纖連接端面10圓形的開口，與所述的熒光顯微鏡軟性連接，光纖連接端面10內(nèi)設(shè)置有耦合成像透鏡13，耦合成像透鏡13用于將光纖傳輸?shù)膯紊怦詈系綗晒怙@微鏡。
圖5所示的功能控制器，由微控制器、通過數(shù)據(jù)線分別與微控制器連接的顯示器、輸入鍵盤、電機(jī)驅(qū)動裝置和通信接口以及通過數(shù)據(jù)線與所述電機(jī)驅(qū)動裝置連接的步進(jìn)電機(jī)組成，微控制器、顯示器、電機(jī)驅(qū)動裝置和步進(jìn)電機(jī)還分別與電源連接。微控制器內(nèi)部存儲有控制軟件，用于實現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、移動到指定波長及雙波長掃描等功能。電機(jī)驅(qū)動裝置在微控制器的控制下通過驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)帶動光柵5轉(zhuǎn)動，以實現(xiàn)光譜單色器12內(nèi)單色光波長的自動線性可變。通訊接口用于與外部設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
功能控制器的面板上有復(fù)位、移動到指定波長掃描、掃描、功能設(shè)置選項等按鍵，可以實現(xiàn)定波長掃描、雙波掃描波長、步進(jìn)移動等功能，可以設(shè)置掃描速度、停留間隔時間、步進(jìn)方向、顯示模式等參數(shù)。獲取某個指定波長的單色光既可通過控制器與計算機(jī)通信控制，也可以直接從控制器上輸入指令。
圖2、3、4所示的石英光纖及其連接端口，透紫外純石英光纖9的一端通過矩形開口連接端面8與光譜單色器12的出縫7連接，用于將在出縫7處的單色光耦合到光纖9并輸出；另一端通過圓形開口連接端面10與所述的熒光顯微鏡軟性連接，光纖連接端面10內(nèi)設(shè)置有耦合成像透鏡13，耦合成像透鏡13用于將光纖傳輸?shù)膯紊怦詈系綗晒怙@微鏡。
本發(fā)明的工作原理如下，光源1超高壓汞燈或(超高壓氙燈)發(fā)出的光，經(jīng)過聚光系統(tǒng)2，在光譜單色器12的入縫3處得到一個很小的點光源，光譜單色器12的器聚光凹面鏡4、光柵5、反射凹面鏡6一起組成光柵色散型分光系統(tǒng)，在出縫7處得到單色光。波長的調(diào)整是由在微處理器控制下的步進(jìn)電機(jī)帶動光柵5轉(zhuǎn)動來完成的，由于光柵色散在成像譜面上是按照波長均勻分布的，出縫處光的波長與光柵5的轉(zhuǎn)角的正弦值是線性關(guān)系，因此只要調(diào)整步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動步數(shù)，就可以線性可變地得到不同波長的單色光。單色光是通過固定在出縫7處的光纖連接端面8中的耦合透紫外純石英光纖9輸出的。
本發(fā)明的顯微鏡用自動線性可變單色照明裝置與顯微鏡11連接時，需將熒光顯微鏡11的燈室取下，使光纖連接端面10通過其中的耦合成像物鏡13和熒光顯微鏡物鏡后成像在略大于顯微鏡工作距離的地方，再微微移動光纖端面，盡量使單色光照明均勻。試樣可以通過目鏡觀察或者CCD光電轉(zhuǎn)換和圖像采集系統(tǒng)獲得數(shù)字化圖像。
在250nm～680nm之間，光柵色散系統(tǒng)使得所獲得的單色光的波長隨步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動步數(shù)線性變化，因此，單色光的線性可變調(diào)整可通過在微處理器控制下設(shè)置步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動步控制器上輸入指令?？刂破骶哂袕?fù)位、定波長掃描、雙波長掃描、步進(jìn)移動等功能，可以設(shè)置掃描速度、停留間隔時間、步進(jìn)方向、顯示模式等參數(shù)。
有關(guān)醫(yī)院利用該單色照明裝置的顯微鏡觀察用猴肝等染色后的試片，觀察到了粗顆粒型、細(xì)顆粒型、鞭毛蟲等核型熒光，數(shù)字成像后可重現(xiàn)在250～680nm范圍內(nèi)的光譜圖像，特別是能夠觀察到紫外激發(fā)熒光。
權(quán)利要求
1.一種顯微鏡用自動線性可變單色照明裝置，其特征是，它由在光路上依次設(shè)置的光源、聚光系統(tǒng)、光譜單色器、透紫外純石英光纖和光纖連接端面，以及功能控制器組成；所述的光源，用于產(chǎn)生所述光譜單色器所需的光通量；所述的聚光系統(tǒng)用于將所述光源產(chǎn)生的復(fù)合光光束聚焦，在所述光譜單色器的入縫處得到一個很小的點光源；所述的光譜單色器用于產(chǎn)生單色光，光譜單色器內(nèi)設(shè)置有反射凹面鏡、聚光凹面鏡和由步進(jìn)電機(jī)控制的可轉(zhuǎn)動的光柵，光譜單色器的相對孔徑f/#＝3.1，聚光凹面鏡焦距為120mm，光柵為1200l/mm光柵，光柵用于將經(jīng)入縫入射的各種不同波長的光分離，并調(diào)節(jié)經(jīng)出縫射出的光束的波長值，所述出縫處的光束的波長與所述光柵的轉(zhuǎn)角的正弦值呈線性關(guān)系；所述的透紫外純石英光纖的一端通過光纖連接端面與所述光譜單色器的出縫連接，用于將在出縫處的單色光耦合到光纖并輸出，另一端通過光纖連接端面與顯微鏡軟性連接；所述的功能控制器，由微控制器、通過數(shù)據(jù)線分別與微控制器連接的顯示器、輸入鍵盤、電機(jī)驅(qū)動裝置和通信接口以及通過數(shù)據(jù)線與所述電機(jī)驅(qū)動裝置連接的步進(jìn)電機(jī)組成，所述的微控制器、顯示器、電機(jī)驅(qū)動裝置和步進(jìn)電機(jī)還分別與電源連接；所述的微控制器內(nèi)部存儲有控制軟件，用于實現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、移動到指定波長及雙波長掃描功能，所述電機(jī)驅(qū)動裝置在微控制器的控制下通過驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)帶動光柵轉(zhuǎn)動，所述的通訊接口用于與外部設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種顯微鏡用自動線性可變單色照明裝置，其特征是所述的光源是100瓦的超高壓汞燈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種顯微鏡用自動線性可變單色照明裝置，其特征是所述的光源是100瓦的超高壓氙燈。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種顯微鏡用自動線性可變單色照明裝置，由在光路上依次設(shè)置的光源、聚光系統(tǒng)、光譜單色器、透紫外純石英光纖、光纖連接端面，以及功能控制器組成。光譜單色器內(nèi)設(shè)置有反射凹面鏡、聚光凹面鏡和由步進(jìn)電機(jī)控制的可轉(zhuǎn)動的光柵，出縫處的光束的波長與所述光柵的轉(zhuǎn)角的正弦值呈線性關(guān)系。功能控制器由微控制器、顯示器、輸入鍵盤、電機(jī)驅(qū)動裝置、通信接口和步進(jìn)電機(jī)組成，用于實現(xiàn)可以實現(xiàn)自動線性可變、自動定波長等多方式單色照明。透紫外光纖通過光纖接口與光譜單色器的出縫連接。本發(fā)明可省掉激發(fā)濾片，單色光譜范圍可擴(kuò)展到紫外，可以實現(xiàn)單色光波長的自動線性可變。適于需要多波長顯微觀察的熒光顯微鏡，也適用于普通的生物顯微鏡。
文檔編號G02B21/06GK1556430SQ20031012200
公開日2004年12月22日 申請日期2003年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月30日
發(fā)明者范世福, 趙友全, 劉振江, 肖松山, 李昀, 趙玉春, 李小霞, 萬峰 申請人:天津大學(xué)