数码显微镜的设计

    显微镜是用来观察微小物体,分辨物体细节的光学仪器。按用途可分为三大类:生物显微镜,金相显微镜和工具显微镜。生物显微镜用来观察生物组织细胞和微生物,广泛用于生物学,医学,农学和教育领域。然而它的缺陷也是显而易见的,只能一人观察。数码显微镜采用光电图像转换的先进技术,在电脑屏上可以实现多人观察物体的放大图像,从而为传统显微镜技术升级开辟了一条新路。

    笔者设计的数码显微镜^[1]具有以下特点:

    1)数码显微镜体积小,可拆卸成三部分,携带方便,便于随时进行科学研究。

    2)LED阵列透射式底光源,机械结构全封闭,进行消杂光处理。

    3)采用多头螺纹调焦方式实现镜筒上下移动,平稳不晃动。燕尾槽载物台和精密螺纹组件连接,进行载物台移动调节。

    4)通过USB2. 0接口直接与电脑连接,电脑屏上的图像可以观察、存储、打印,实现多人共享高清度画面。

    5)显微镜光学系统和摄影系统进行匹配设计。采用CMOS图像传感器接收光学系统所成的光学图像^[2],其主要规格为:尺寸: 1/4英寸,最大分辨率: 130万像素,USB2. 2接口:即插即用,光谱响应: 400nm~1000nm,可编程控制:图像尺寸、亮度、增益、曝光时间、图像显示、图像处理。

    1　数码显微镜总体结构

    数码显微镜总体结构包括机械装置,光学系统和照明系统三个部分,见图1。

    1.1　机械部分

    镜筒上端插入目镜,摄影物镜和CMOS组件,下端安装显微镜物镜。取出目镜、摄影物镜和CMOS组件,可以插入不同放大倍率的显微镜目镜,直接用于人眼观察。转动多头螺纹调节机构,能使镜筒上下移动,从而达到调焦的目的。

    工作台是放置生物切片的平台。其中央有通光孔,转动工作台位移调节旋钮可以改变工作台的位置,便于观察更大的范围的物体细节。镜座主体位于镜筒下方,用以稳固和支持镜筒及CMOS组件。

     1.2　光学部分

    摄影物镜是连接目镜与CMOS之间的镜头,由四片三组的镜片组成,它的作用是把物体的像成在CMOS图象传感器的表面上。目镜为惠更斯目镜结构^[3],由二片二组透镜组成,插在镜筒顶部,可以调换不同倍率的目镜,从而改变光学显微镜的放大倍率。物镜由三片二组透镜组成,能够把物体清晰地放大到所要求的倍数。

    1.3　照明部分

    采用LED作为光源,它由8个发光二级管组成阵列,并且形成均匀照明。