專(zhuān)利名稱(chēng)：倒置偏光長(zhǎng)工作距離高分辨率耐高溫?zé)崤_(tái)顯微鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬顯微觀測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種倒置偏光長(zhǎng)工作距離高分辨率耐高溫 熱臺(tái)顯微鏡。
技術(shù)背景目前國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)工作距離的熱臺(tái)顯微鏡都為正置型， 一般用于室溫觀察樣品。配置熱臺(tái)后，長(zhǎng)期使用溫度一般不超過(guò)200'C，難以避免高溫烘烤與樣品揮發(fā)對(duì)鏡頭的損害與腐蝕， 且觀察中對(duì)樣品操作不方便，價(jià)格也比較昂貴，使用受到限制。國(guó)內(nèi)普通的倒置型顯微鏡 達(dá)到0.5nm的分辨率，工作距離只有0.6mm,其最高使用溫度只有幾十度。迄今為止，國(guó) 內(nèi)外市場(chǎng)尚未出現(xiàn)倒置偏光長(zhǎng)工作距離高分辨率耐高溫?zé)崤_(tái)顯微鏡。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外髙溫?zé)崤_(tái)顯微鏡的不足與缺陷，在不改變?cè)?倒置顯微鏡光路系統(tǒng)和觀察方法基礎(chǔ)上，對(duì)原有儀器加以改進(jìn)，提供一種倒置偏光長(zhǎng)工作 距離高分辨率耐高溫?zé)崤_(tái)顯微鏡，以實(shí)現(xiàn)高溫下對(duì)樣品形貌進(jìn)行高分辨率長(zhǎng)時(shí)間實(shí)時(shí)觀 察，并且在觀察中方便地對(duì)樣品進(jìn)行各種操作和圖像分析，同時(shí)具有偏光功能。本實(shí)用新型提供的倒置偏光長(zhǎng)工作距離高分辨率耐高溫?zé)崤_(tái)顯微鏡，其結(jié)構(gòu)如圖1所 示，由光源l、供起偏鏡19插入的起偏鏡插座2、相襯片3、熱臺(tái)4、長(zhǎng)焦距物鏡6、供檢 偏鏡20插入的檢偏鏡托架8和反射鏡9、攝像裝置10、溫度控制儀11、圖像記錄與處理 用的電腦12和支架經(jīng)連接組成，其中:,光源1和起偏鏡插座2、相補(bǔ)片3固定于支架上部， 熱臺(tái)4設(shè)置于載物臺(tái)5中，長(zhǎng)焦距物鏡6安裝于物鏡筒7上，光源l、起偏鏡19、熱臺(tái)4、 長(zhǎng)焦距物鏡6、檢偏鏡20、反射鏡9依次組成一光路系統(tǒng)；溫度控制儀ll與熱臺(tái)相連接， 用于控制熱臺(tái)的溫度；電腦12通過(guò)其主機(jī)中的圖像采集卡與攝像裝置10連接，攝像裝置 10通過(guò)顯微鏡下方的插口與顯微鏡相連。本實(shí)用新型中，熱臺(tái)4的結(jié)構(gòu)如圖2所示，由階梯形加熱塊14、設(shè)置于加熱塊14的 2個(gè)臺(tái)階上的兩塊保溫玻璃片15、載物玻璃片17和熱電耦18組成，加熱塊14的最后一 個(gè)臺(tái)階與下側(cè)的保溫玻璃片之間構(gòu)成一個(gè)樣品倉(cāng)16，載物玻璃片17設(shè)置于加熱塊14的底 部，電熱耦13與加熱臺(tái)14連接，加熱塊14外側(cè)設(shè)置有隔熱層13。本實(shí)用新型中，起偏鏡19設(shè)置于一個(gè)插片191上，結(jié)構(gòu)如圖3(a)所示，便于從起偏 鏡插座2的插孔中插入和取出。檢偏鏡20設(shè)置于一個(gè)插片201的一端，插片201的另一端為檢偏齒輪21;檢偏鏡托架8的結(jié)構(gòu)如圖4所示，中間為物鏡鏡筒插孔22，旁邊為檢 偏鏡插孔23，供檢偏鏡插片201插入，檢偏鏡托架8卡在物鏡鏡筒7下方。本實(shí)用新型中，用于倒置顯微鏡的耐高溫?zé)崤_(tái)4其下部采用耐高溫絕熱層13,隔絕熱 臺(tái)下部的對(duì)流熱輻射，而熱臺(tái)上部采用散熱敞開(kāi)面，樣品倉(cāng)16采用雙層保溫玻璃片設(shè)計(jì)， 保溫玻璃片15可以是顯微鏡用透明玻片。熱臺(tái)溫度的調(diào)節(jié)與控制通過(guò)控溫儀ll實(shí)現(xiàn)。另 外，本實(shí)用新型中加大原有顯微鏡的工作距離，物鏡鏡頭采用超長(zhǎng)工作距離(即長(zhǎng)焦距)的 物鏡，其工作距離為3-15ram，可調(diào)，根據(jù)分辨要求來(lái)調(diào)節(jié)。例如在保持0. 5 n m的分辨率， 將工作距離從原來(lái)的0.6mm最大可提高到15mm。最后，為了實(shí)現(xiàn)偏光功能，在原有物鏡鏡 筒上，設(shè)計(jì)添加了簡(jiǎn)易的檢偏鏡托架8，配上起偏鏡片與檢偏鏡片，就可以方便地對(duì)晶體、 液晶等樣品的觀察。本實(shí)用新型的使用操作如下將熱臺(tái)4與溫控儀11直接相連，熱臺(tái)4放入載物臺(tái)5 的圓孔內(nèi)。電腦12通過(guò)電腦主機(jī)中的圖像采集卡與攝像裝置10相聯(lián)，攝像裝置10直接 插入顯微鏡下方的插口中。啟動(dòng)圖像監(jiān)控與記錄軟件，打開(kāi)顯微鏡光源1與攝像裝置10， 調(diào)節(jié)好光路，將樣品放入預(yù)熱后的載物玻片17中制成觀察樣品，放入樣品倉(cāng)16,依次蓋 上保溫玻片15，選擇所需放大倍率物鏡6并進(jìn)行對(duì)焦，待電腦屏幕出現(xiàn)清晰圖像后，將樣 品隨溫度與時(shí)間的形貌演化過(guò)程自動(dòng)記錄在電12腦中。換樣時(shí)，將保溫玻片15依次拿開(kāi)， 取下載物玻片17重新裝樣，而不需要移動(dòng)物鏡6位置。觀察中可以方便實(shí)時(shí)地對(duì)樣品進(jìn) 行各種操作，如變形，剪切等。如果需要觀察液晶、晶體或樣品內(nèi)應(yīng)力狀況，將檢偏鏡托 架8卡在物鏡鏡筒7上，將檢偏鏡托架固定螺絲27， 28， 29螺緊，然后在光欄上方放上 起偏鏡19，將檢偏鏡插入檢偏鏡托架插孔23，轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏鏡齒輪21，找到偏光面，進(jìn)行觀 察。本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)-l本裝置工作距離長(zhǎng)，分辨率高。例如，利用國(guó)產(chǎn)XDS-1B型國(guó)產(chǎn)倒置顯微鏡底座，配 備01y即usSLMPlan50X/0.45超長(zhǎng)工作距離物鏡，經(jīng)CCD或數(shù)碼相機(jī)收集圖像，指標(biāo)可達(dá) 焦距15mm，放大倍率1500X，分辨率0.2um， 高于目前市場(chǎng)水平。2耐高溫。熱臺(tái)采用底部隔熱上部散熱的設(shè)計(jì)，減小熱慣性，使控溫精度達(dá)到士0.2 'C，另外樣品倉(cāng)釆用雙隔熱玻璃層，保持樣品溫度的穩(wěn)定性。長(zhǎng)焦距物鏡從熱臺(tái)下方接近 樣品，對(duì)流熱輻射較小。例如樣品250'C時(shí)，連續(xù)觀察3小時(shí)，鏡頭沒(méi)有灼熱感。3由于物鏡置于熱臺(tái)下方，樣品倉(cāng)在物鏡上方，操作空間非常大，方便樣品取放與操作。4具有偏光功能。設(shè)計(jì)添加的起偏與檢偏附件，便于高溫下晶體與液晶樣品和內(nèi)應(yīng)力的觀察。
圖1為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)剖面圖。圖2為熱臺(tái)結(jié)構(gòu)剖面圖。圖3為起偏鏡插片(a)與檢偏鏡插片(b)平面圖。圖4為檢偏鏡托架結(jié)構(gòu)圖。圖中標(biāo)號(hào)l-光源，2-起偏鏡插座，3-相襯片，4-熱臺(tái)，5-載物臺(tái)，6-長(zhǎng)焦距物鏡， 7-物鏡鏡筒，8-檢偏鏡托架，9-反射鏡，10攝像裝置,11-溫度控制儀，12-電腦，13-熱臺(tái) 隔熱層，14-熱臺(tái)加熱塊，15保溫玻璃片，16-樣品倉(cāng)，17載物玻璃片，18-熱電耦，19-起偏鏡片，20-檢偏鏡片，21檢偏齒輪，22-物鏡鏡筒插孔，23-檢偏鏡插孔，24， 25， 26 檢偏鏡托架固定螺口， 27， 28, 29檢偏鏡托架固定螺絲。
具體實(shí)施方式
裝配時(shí)，可照?qǐng)D1所示，采用常規(guī)技術(shù)進(jìn)行裝配而成。其中熱臺(tái)4底部的絕熱層13的材 料采用耐高溫度材料，在200'C以上仍具有足夠的強(qiáng)度，防止由于受熱變形而使樣品形貌 的難以準(zhǔn)確觀察。絕熱材料可以為耐高溫工程塑料，可以也為無(wú)機(jī)絕熱材料。熱臺(tái)加熱塊 14的導(dǎo)熱性要好，其材料為銅或其它金屬，這樣可以減小熱慣性。熱臺(tái)中的樣品倉(cāng)16采用 雙階梯設(shè)計(jì)，使用兩塊保溫玻璃15, —方面，可以減少揮發(fā)物污濁保溫玻璃，提高觀察的 清晰度，另一方面可以提高樣品倉(cāng)溫度的穩(wěn)定性。這種特殊設(shè)計(jì)的熱臺(tái)用于倒置顯微鏡， 可以有效地減少對(duì)流熱輻射和樣品揮發(fā)對(duì)顯微鏡物鏡系統(tǒng)的腐蝕與損害，同時(shí)溫度穩(wěn)定。 顯微鏡的工作距離可以在3-15mm范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，主要根據(jù)觀測(cè)分辨率要求和工作溫度選擇合 適的物鏡6。在分辨率要求不高，工作溫度較低例如180'C以下時(shí)，可選用工作距離10mm以 下的10X或25X物鏡;當(dāng)溫度不高而分辨率要求較高時(shí)，可選用工作距離3mm左右的40X物鏡。 如果工作溫度很高溫，例如180'C以上，而分辨率要求又很高例如0.5um時(shí)，可選用超長(zhǎng) 工作距離高分辨率的50X物鏡(W.D=15mm N.A0.45)，它的工作距離可達(dá)15隱。溫度低于 18(TC而要求分辨率較高時(shí)，也可選用該50X物鏡。熱臺(tái)4與控溫儀11直接相連，熱臺(tái)放入 載物臺(tái)5的圓孔內(nèi)。電腦12通過(guò)電腦主機(jī)中的圖像采集卡與攝像裝置10相聯(lián)，攝像裝置IO 直接插入顯微鏡下部的插口中。攝像裝置可以為數(shù)碼相機(jī)，也可以為數(shù)字?jǐn)z像頭。由于一 般的數(shù)碼相機(jī)或數(shù)字?jǐn)z象機(jī)的成像單元一 面陣CCD尺寸比135底片小，需加適配鏡以保證 成象在CCD上滿(mǎn)屏，同時(shí)使物鏡上的像通過(guò)適配鏡成象于無(wú)窮遠(yuǎn)，數(shù)碼相機(jī)或數(shù)字?jǐn)z象機(jī) 在拍攝時(shí)無(wú)需調(diào)焦。電腦主機(jī)中的圖象采集卡分辨率要與圖像采集裝置相匹配以能得到高 分辨率的的圖像。啟動(dòng)圖像監(jiān)控與記錄軟件，打開(kāi)顯微鏡光源I與攝像裝置IO，調(diào)節(jié)好光
路，將樣品放入預(yù)熱后的載物玻片17中制成觀察樣品，放入樣品倉(cāng)16，依次蓋上保溫玻片 15，選擇所需放大倍率物鏡6并進(jìn)行對(duì)焦，待電腦屏幕12出現(xiàn)清晰圖像后，樣品隨溫度與 時(shí)間的形貌演化過(guò)程自動(dòng)記錄在電腦12中。載物片可以是一般的玻璃，也可以是經(jīng)過(guò)處理 的導(dǎo)電或具有它特性的功能玻璃。保溫玻璃即為一般的透明玻璃。換樣時(shí)，將保溫玻片15 依次拿幵，取下載物玻片17重新裝樣，而不需要移動(dòng)物鏡6位置。觀察中可以方便實(shí)時(shí)地 對(duì)樣品進(jìn)行各種操作，如變形，剪切等。如果需要觀察液晶、晶體或樣品內(nèi)應(yīng)力狀況，將 檢偏鏡托架2卡在物鏡鏡筒7上，螺緊檢偏鏡托架固定螺絲27， 28， 29，然后在光欄上方放 上起偏鏡19，將檢偏鏡插入檢偏鏡托架插孔23,轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏鏡齒輪21，找到偏光面，進(jìn)行觀 察。檢偏鏡托架的位置可以上下調(diào)整，其結(jié)構(gòu)也可根據(jù)光路系統(tǒng)的變化而進(jìn)行相應(yīng)的改變。
權(quán)利要求1、一種倒置偏光長(zhǎng)工作距離高分辨率耐高溫?zé)崤_(tái)顯微鏡，其特征在于由光源(1)、供起偏鏡(19)插入的起偏鏡插座(2)、相襯片(3)、熱臺(tái)(4)、長(zhǎng)焦距物鏡(6)、供檢偏鏡(20)插入的檢偏鏡托架(8)和反射鏡(9)、攝像裝置(10)、溫度控制儀(11)、圖像記錄與處理用的電腦(12)和支架經(jīng)連接組成；其中，光源(1)和起偏鏡插座(2)、相補(bǔ)片(3)固定于支架上部，熱臺(tái)(4)設(shè)置于載物臺(tái)(5)中，長(zhǎng)焦距物鏡(6)安裝于物鏡筒(7)上，光源(1)、起偏鏡(19)、熱臺(tái)(4)、長(zhǎng)焦距物鏡(6)、檢偏鏡(20)、反射鏡(9)依次組成一光路系統(tǒng)；溫度控制儀(11)與熱臺(tái)相連接，用于控制熱臺(tái)的溫度；電腦(12)通過(guò)其主機(jī)中的圖像采集卡與攝像裝置(10)連接，攝像裝置(10)通過(guò)顯微鏡下方的插口與顯微鏡相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的顯微鏡，其特征在于所述熱臺(tái)(4)由階梯形加熱塊(14)、設(shè) 置于加熱塊(14)的2個(gè)臺(tái)階上的兩塊保溫玻璃片(15)、載物玻璃片(17)和熱電耦(18)組成， 加熱塊(14)的最后一個(gè)臺(tái)階與下側(cè)的保溫玻璃片之間構(gòu)成一個(gè)樣品倉(cāng)(16)，載物玻璃片 (17)設(shè)置于加熱塊(14)的底部，電熱耦(13)與加熱臺(tái)(14)連接，加熱塊(14)外側(cè)設(shè)置有隔 熱層(13)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微鏡，其特征在于起偏鏡(19)設(shè)置于一個(gè)插片(191)上， 便于從起偏鏡插座(2)的插孔中插入和取出。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微鏡，其特征在于檢偏鏡(20)設(shè)置于一個(gè)插片(201)的一 端，插片(201)的另一端為檢偏齒輪(21);檢偏鏡托架(8)的中間為物鏡鏡筒插孔(22)，旁 邊為檢偏鏡插孔(23)，供檢偏鏡插片(201)插入，檢偏鏡托架(8)卡在物鏡鏡筒(7)下方。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微鏡，其特征在于所述長(zhǎng)焦距物鏡(6)的焦距為3-15mm。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型屬于顯微鏡觀測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種倒置偏光長(zhǎng)工作距離高分辨率耐高溫?zé)崤_(tái)顯微鏡。它將普通倒置生物顯微鏡與特殊設(shè)計(jì)的適用于倒置顯微鏡的耐高溫?zé)崤_(tái)結(jié)合，并添加簡(jiǎn)易的偏光附件，使物鏡置于控溫?zé)崤_(tái)下方，而光源在熱臺(tái)上方。采用倒置方式以減少了長(zhǎng)期高溫對(duì)物鏡等光學(xué)系統(tǒng)的影響，便于觀察中對(duì)樣品進(jìn)行各種操作。它的配備長(zhǎng)焦距物鏡，1500X時(shí)的焦距15mm，分辨率可達(dá)0.2μm。它可以在室溫到250℃內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)恒溫或升溫觀察并自動(dòng)記錄樣品形貌變化過(guò)程，控溫精度為0.2℃。本實(shí)用新型的性能優(yōu)于同類(lèi)產(chǎn)品。
文檔編號(hào)G02B21/00GK201017099SQ200720066649
公開(kāi)日2008年2月6日 申請(qǐng)日期2007年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月25日
發(fā)明者張秀娟, 許元澤 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)