Микроскоп с увеличенной глубиной резкого изображения

Изобретение относится к области микроскопии и может быть использовано в прикладной механике и оптическом приборостроении для изготовления элементов микроэлектроники, наблюдения пространственных структур многослойных микроскопических объектов. Микроскоп состоит из осветителя с источником питания, призмы, установленной вдоль оптической оси, по которой размещены предметный столик, связанный с приводом, объектив, полупрозрачная пластина, окуляр и последовательно соединенных приемной системы, блока памяти и видеоконтрольного устройства. Привод предметного столика выполнен дискретным, осветитель снабжен импульсным источником питания, а также в микроскоп дополнительно введены блок выделения признаков изображения, блок формирования изображения, блок управления и блок синхронизации, синхронизирующий частоту срабатывания приемной системы с шагом дискретного привода и периодом срабатывания импульсного источника питания. Блок выделения признаков изображения связан с приемной системой и блоком памяти, который последовательно соединен с блоком формирования изображения, видеоконтрольным устройством и блоком управления, первый выход которого подсоединен к видеоконтрольному устройству, второй - к блоку памяти и блоку формирования изображения, третий - к блоку выделения признаков изображения, а четвертый выход - к блоку синхронизации. Технический результат - расширение функциональных возможностей микроскопа, обеспечение суммарной глубины резкости и формирование объемного представления объекта, расположенного в нескольких отдельных слоях. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к прикладной механике и может быть использовано в оптическом приборостроении для изготовления элементов микроэлектроники, в биологии для наблюдения пространственных структур многослойных микроскопических объектов.

Известны устройства [1-4], содержащие формирователи нескольких оптических лучей, ряд диафрагм, многослойные носители информации, регистраторы изображений, блоки обработки изображений, различные установочные приспособления, системы фильтров и системы нопланарных точечных апертур.

Недостатками этих устройств является их чрезмерная сложность как принципов действия, так и конструкции в целом из-за использования оптико-механических принципов действия, требующих тщательной юстировки, ограниченность увеличения глубины резкого изображения (от 2х до 5-и раз), невозможность наблюдать весь объект в целом по его глубине, конструкции которого выходят за пределы поля зрения прибора или расположены под углом к оптической оси, а так же узкая специализация таких приборов.

Эти недостатки особенно затрудняют работу при изготовлении и контроле микросхем, выполнении микрохирургических операций под микроскопом, при воздействиях на клетки и при различных технологических процессах.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для повышения глубины резкости в оптических системах наблюдения и отображения [5], содержащее систему наблюдения - окуляр, полупрозрачную пластину, объектив, предметный столик с приводом, осветитель с источником питания, призму. Для повышения глубинной резкости в устройстве последовательно установлены приемное устройство, блок памяти и видеоконтрольное устройство (ВКУ).

Недостатком устройства [5], выбранного в качестве прототипа, является значительно ограниченное количество полученных плоскостей изображения при использовании нескольких длин волн и снижение качества суммарного изображения.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей микроскопа, а именно, увеличение количества полученных плоскостей изображения, формирование объемного представления объекта и улучшение качества суммарного изображения объекта.

Для решения поставленной задачи предлагается микроскоп с увеличенной глубиной резкого изображения, который, как и прототип, состоит из осветителя с источником питания, призмы, установленной вдоль оптической оси, по которой размещены предметный столик, связанный с приводом, объектив, полупрозрачная пластина, окуляр и последовательно соединенных приемной системы, блока памяти и видеоконтрольного устройства (ВКУ).

Особенностью предлагаемого микроскопа, отличающей его от известного устройства [5], является то, что привод предметного столика выполнен дискретным, осветитель снабжен импульсным источником питания, а также в микроскоп дополнительно введены блок выделения признаков изображения, блок синхронизации и блок управления, который устанавливает количество просматриваемых слоев, глубину просматриваемого слоя, период или время импульса осветителя, управляет через блок синхронизации очередностью срабатывания осветителя и перемещения предметного столика, устанавливает количество и тип выделяемых признаков изображения в блоке выделения признаков изображения, управляет количеством запоминаемой информации, временем запоминания изображения в блоке памяти и передачей информации на видеоконтрольное устройство и блок синхронизации, который синхронизирует частоту срабатывания приемной системы с шагом дискретного привода и периодом срабатывания импульсного источника питания.

Выполнение задачи, поставленной при создании предлагаемого изобретения, стало возможным благодаря следующему.

Как известно [1] дифракционная глубина резкости микроскопа T_q зависит от апертуры объектив А, длины волны светового потока λ и показателя преломления иммерсии n и определяется формулой

Для используемых в микроскопах объективов T_q находится в пределах 0,3-0,7 мкм. Толщина препаратов при клинико-медицинских исследованиях составляет от 5 до 50 мкм и размеры клеток форменных элементов крови, клеток тканей и т.п. обычно превышают несколько микрометров. Исходя из этого в предлагаемый микроскоп дополнительно введены блоки выделения признаков изображения, синхронизации и управления, а также дискретный привод, позволяющий перемещать объект вдоль оптической оси на шаги, равные глубине резкости с последующим импульсным освещением объекта (препарата) с периодом дискретности, обеспечивающим глубину резкого изображения одного слоя, равную глубине резкости объектива, что обеспечивает суммарную глубину резкого объемного изображения препарата и приводит к улучшению качества изображения.

Таким образом, совокупность указанных выше признаков позволяет решить поставленную задачу.

Предлагаемый микроскоп иллюстрируется чертежом.

На чертеже представлена принципиальная схема микроскопа с увеличенной глубиной резкого изображения.

Микроскоп содержит импульсный осветитель 1, призму 2, установленную вдоль оптической оси, по которой размещены последовательно установленные предметный столик 3, объектив 4, полупрозрачная пластина 5 и окуляр 6. На выходе полупрозрачной пластины 5 установлены последовательно соединенные приемная система 7, блок выделения признаков изображения 8, блок памяти 9, блок принятия решения и формирования изображения 10 и видеоконтрольное устройство (ВКУ) 11, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления дискретностью и параметрами изображения 12, второй выход которого соединен со вторыми входами блока принятия решения и формирования изображения 10 и блока памяти 9, а третий выход которого соединен со вторым входом блока выделения признаков изображения 8. Четвертый выход блока управления 12 соединен с входом блока синхронизации 13, который синхронизирует частоту срабатывания приемной системы с шагом дискретного привода и периодом срабатывания импульсного источника питания. Первый выход блока синхронизации 13 соединен с входом приемной системы 7, второй выход - с дискретным приводом 14, а третий выход с импульсным источником питания 15, который соединен с входом импульсного осветителя 1.

Микроскоп работает следующим образом. При подаче напряжения питания на импульсный осветитель 1 от импульсного источника питания 15, запитываемого от сети, осветитель формирует импульсы света с частотой и длительностью, задаваемыми блоком управления 12. Импульсы света поступают на препарат (объект), установленный на предметный столик 3. Изображение препарата (объекта) через объектив 4 и полупрозрачную пластину 5 может наблюдаться с помощью окуляра 6. Одновременно изображение препарата (объекта) поступает в приемную систему 7. На выходе приемной системы 7 сигнал, представляющий собой функцию некоторого числа переменных (x₁, х₂, ..., х_n), поступает на блок выделения признаков изображения 8, выделяющий признаки, характеризующие существенные качества (свойства) препарата (объекта) - (y₁, y₂, ..., у_m), причем m<n. С выхода блока выделения признаков 8 сигнал поступает на вход блока памяти 9, в котором запоминаются изображения всех просмотренных глубинных слоев препарата (объекта). С выхода блока памяти 9 сигнал, содержащий информацию о структуре глубинных слоев препарата поступает на блок принятия решения и формирования изображения 10. Блок 10 сначала разбивает пространство измерений (признаков, сигналов) на области решения, т.е. находит разделяющие их функции, а затем отождествляет полученный сигнал (вектор измерения) с каким-либо из классов (областей признаков). В результате этой операции блок принятия решения и формирования образа 10 осуществляет распознавание оптических сигналов по признакам одной и той же физической природы и формирует изображение.

Сигнал, содержащий информацию об изображении, поступает на видеоконтрольное устройство (ВКУ) 11 для визуального одновременного наблюдения объемного изображения глубинных слоев препарата.

Блок управления 12 устанавливает количество просматриваемых слоев, глубину просматриваемого слоя, период или время импульса осветителя 1 и управляет через блок синхронизации 13 очередностью срабатывания осветителя 1 и перемещения предметного столика 3, с помощью дискретного привода 14, т.е. освещение препарата световым импульсом осуществляется после перемещения столика 3 дискретным приводом 14 на один шаг, равный глубине резкости объектива 4. Соответственно, частота срабатывания приемной системы 7 синхронизируется блоком синхронизации 13 с шагом дискретного привода 14 и периодом срабатывания импульсного источника питания 15, управляющего осветителем 1. Блок управления 12 также устанавливает количество и тип выделяемых признаков изображения (образа) в блоке выделения признаков 8, управляет количеством запоминаемой информации, временем запоминания образа в блоке памяти 9 и передачей информации в блок принятия решения и формирования изображения 10. Блок 10 передает информацию в видеоконтрольное устройство (ВКУ) 11 по команде с блока управления дискретностью и параметрами изображения 12.

Таким образом, предлагаемый микроскоп, в отличие от прототипа, содержит элементы, обеспечивающие формирование объемного изображения глубинных слоев препарата с увеличенной глубиной резкого изображения.

Использованные источники

1. DE 19504108 А1, МПК: G02В 21/22, 1995 г.

2. WO 9624875 А1, МПК: G02В 21/22, 1996 г.

3. WO 9624082 А1, МПК: G02В 21/00, 1996 г.

4. US 5619371 A, МПК: G02В 21/00, 1998 г.

5. DE 4439508 А1, МПК: G02В 21/06, 1997 г. - прототип.

Микроскоп с увеличенной глубиной резкого изображения, состоящий из осветителя с источником питания, призмы, установленной вдоль оптической оси, по которой размещены предметный столик, связанный с приводом, объектив, полупрозрачная пластина, окуляр, и последовательно соединенных приемной системы, блока памяти и видеоконтрольного устройства, отличающийся тем, что привод предметного столика выполнен дискретным, осветитель снабжен импульсным источником питания, а также в микроскоп дополнительно введены блок выделения признаков изображения, блок формирования изображения, блок управления и блок синхронизации, синхронизирующий частоту срабатывания приемной системы с шагом дискретного привода и периодом срабатывания импульсного источника питания, причем блок выделения признаков изображения связан с приемной системой и блоком памяти, который последовательно соединен с блоком формирования изображения, видеоконтрольным устройством и блоком управления, первый выход которого подсоединен к видеоконтрольному устройству, второй - к блоку памяти и блоку формирования изображения, третий - к блоку выделения признаков изображения, а четвертый выход - к блоку синхронизации, и блок управления устанавливает количество просматриваемых слоев, глубину просматриваемого слоя, период или время импульса осветителя, управляет через блок синхронизации очередностью срабатывания осветителя и перемещения предметного столика, устанавливает количество и тип выделяемых признаков изображения в блоке выделения признаков изображения, управляет количеством запоминаемой информации, временем запоминания изображения в блоке памяти и передачей информации на видеоконтрольное устройство.