ВИДЕОМИКРОСКОП

Изобретение относится к оптической технике, в частности к микроскопам. В последние годы стремительный прогресс цифровых технологий, в частности, в области производства компактных, надежных, обладающих высоким пространственным разрешением и не слишком дорогих электронных приемников изображения, привел к появлению новых возможностей в микроскопии, а именно к созданию видеомикроскопов. Хорошо известно, что применение электронных приемников изображения в качестве чувствительных элементов для регистрации изображения предметов позволяет проводить объективные измерения пространственных характеристик этих предметов и открывает возможность их наблюдения одновременно большим количеством людей путем вывода видеоизображения на дисплей в реальном времени. Эта особенность видеомикроскопов кардинальным образом отличает их от традиционных приборов для микроскопии, содержащих визуальный канал наблюдения за предметом, в определенный момент времени непосредственно доступный лишь одному наблюдателю. Кроме этого, в видеомикроскопе изображение объекта, зарегистрированное электронным приемником, может быть преобразовано в массив цифровых данных, включая потоковое видео, и сохранено в памяти компьютера для последующей обработки и использования. Эти преимущества микроскопов, содержащих электронные приемники в качестве элементов для регистрации изображения, дают основания полагать, что данный класс приборов с
течением времени может существенным образом потеснить традиционные микроскопы с визуальным каналом наблюдения за предметами.
Известен видеомикроскоп (патент США №6452625, опубл. 17.09.2002), включающий предметный столик и штатив, внутри которого размещены осветитель, оптическая система, электронный приемник изображения, блок управления и обработки изображения, электрически соединенный с электронным приемником изображения, и дисплей, электрически соединенный с блоком управления и обработки изображения, причем осветитель установлен таким образом, чтобы излучаемый им свет освещал предметный столик, проходил через оптическую систему и попадал на электронный приемник изображения, а электронный приемник изображения расположен так, что его приемная площадка через оптическую систему оптически сопряжена с оптической поверхностью предметного столика. В данном микроскопе оптическая система представляет собой компонент из набора сменных объективов с различным увеличением и выполнена с возможностью ее выведения из оптического тракта. Основным недостатком данного видеомикроскопа является малое поле зрение при использовании оптической системы с большим увеличением.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению и выбранным за прототип является видеомикроскоп (патент США №6219181 от 17.04.2001), включающий корпус, внутри которого размещены осветитель, предметный столик, две оптических системы, два электронных приемника изображения, а также светоделитель, установленный между первой оптической системой и первым электронным приемником изображения, блок управления и обработки
изображения, электрически соединенный с электронными приемниками изображения, а также дисплей, электрически соединенный с блоком управления и обработки изображения, причем осветитель установлен таким образом, чтобы излучаемый им свет освещал предметный столик, проходил через оптические системы и попадал на электронные приемники изображения, первый электронный приемник изображения расположен так, что его приемная площадка через светоделитель и первую оптическую систему оптически сопряжена с оптической поверхностью предметного столика, второй электронный приемник изображения расположен так, что его приемная площадка через вторую оптическую систему, светоделитель и первую оптическую систему оптически сопряжена с оптической поверхностью предметного столика, причем первая оптическая система выполнена с возможностью выведения из оптического тракта видеомикроскопа. В результате применения двухканальной системы регистрации изображения в данном видеомикроскопе реализована возможность наблюдения за предметом в широком поле с большим увеличением, однако, это наблюдение возможно лишь попеременно. При введении первой оптической системы в оптический тракт видеомикроскопа предмет можно наблюдать с большим увеличением путем регистрации его изображения первым электронным приемником изображения, а в случае выведения первой оптической системы из оптического тракта видеомикроскопа предмет можно наблюдать вторым электронным приемником изображения с малым увеличением в широком поле зрения. При исследовании динамических процессов, когда пространственные характеристики предмета изменяются во времени, необходимость попеременного введения и выведения
оптической системы в оптический тракт видеомикроскоп для достоверной регистрации изображения предмета в широком поле зрения с высоким пространственным разрешением осложняет процесс наблюдения и снижает точность микроскопических измерений.
Недостатком прототипа является низкая точность измерений в широком поле зрения с высоким пространственным разрешением при исследовании динамических процессов, что обуславливает низкие потребительские качества прототипа.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является улучшение потребительских качеств видеомикроскопа.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, состоящего в повышении точности работы видеомикроскопа в широком поле зрения с высоким пространственным разрешением при исследовании динамических процессов.
Данный технический результат достигается тем, что в заявляемом видеомикроскопе, включающем корпус, внутри которого размещены осветитель, предметный столик, две оптических системы, два электронных приемника изображения, а также светоделитель, установленный между первой оптической системой и первым электронным приемником изображения, блок управления и обработки изображения, электрически соединенный с электронными приемниками изображения, а также дисплей, электрически соединенный с блоком управления и обработки изображения, причем осветитель установлен таким образом, чтобы излучаемый им свет освещал предметный столик, проходил через оптические
системы и попадал на электронные приемники изображения, первый электронный приемник изображения расположен так, что его приемная площадка через светоделитель и первую оптическую систему оптически сопряжена с оптической поверхностью предметного столика, а второй электронный приемник изображения расположен так, что его приемная площадка через вторую оптическую систему, светоделитель и первую оптическую систему оптически сопряжена с оптической поверхностью предметного столика, вторая оптическая система и второй электронный приемник изображения выполнены с возможностью одновременного перемещения в плоскости перпендикулярной оптической оси второй оптической системы.
Кроме того, заявляемый видеомикроскоп может дополнительно содержать управляемый электронный привод перемещения второй оптической системы и второго электронного приемника изображения, электрически соединенный с блоком управления и обработки изображения.
Кроме того, блок управления и обработки изображения заявляемого видеомикроскопа может содержать коммутатор и аналого-цифровой преобразователь, причем вход аналого-цифрового преобразователя через коммутатор электрически соединен с фотоэлектрическим приемником изображения и вторым фотоэлектрическим приемником изображения, а выход является выходом блока управления и обработки изображения.
Кроме того, блок управления и обработки изображения заявляемого видеомикроскопа может содержать коммутатор и два аналого-цифровых преобразователя, причем разрядность одного из аналого-цифрового
преобразователей превышает разрядность другого, входы каждого аналого-цифрового преобразователя через коммутатор электрически соединены с фотоэлектрическим приемником изображения и вторым фотоэлектрическим приемником изображения, а выходы являются выходами блока управления и обработки изображения.
Кроме этого, блок управления и обработки изображения заявляемого видеомикроскопа может содержать порт для связи с компьютером.
Сущность изобретения раскрывается чертежом, на котором приведена схема заявляемого видеомикроскопа. На чертеже показаны: 1 - предметный столик; 2 -осветитель; 3 - первая оптическая система; 4 - светоделитель; 5 - первый электронный приемник изображения; 6 - вторая оптическая система; 7 - второй электронный приемник изображения; 8 - блок управления и обработки изображения; 9 - дисплей; 10 - управляемый привод перемещения второй оптической системы и второго электронного приемника изображения.
Заявляемое изобретение работает следующим образом. Прежде всего исследуемый предмет размещают на предметном столике 1. После этого включают осветитель 2, излучение которого освещает оптическую поверхность предметного столика 1 и, распространяясь вдоль оптической оси первой оптической системы 3 и проходя через светоделитель 4, достигает приемной площадки первого электронного приемника изображения 5, а также, отражаясь от светоделителя 4 и проходя через вторую оптическую систему 6, достигает приемной площадки второго электронного приемника изображения 7. Излучение осветителя 2, падающее на приемные площадки электронных приемников изображения 5 и 7,
преобразуется в электрические сигналы, которые с выходов электронных приемников изображения 5 и 7 поступают на вход блока управления и обработки изображения 8. Блок управления и обработки изображения 8 преобразует электрические сигналы и передает их на дисплей 9. В том случае, если предмет, размещенный на предметном столике 1, расположен в плоскости, оптически сопряженной через первую оптическую систему 3 с приемной площадкой первого электронного приемника изображения 5, а увеличение первой оптической системы 3 не является высоким, то на приемной площадке первого электронного приемника изображения 5 формируется изображение предмета с большим полем зрения, и это изображение отображается на дисплее 9 видеомикроскопа. Для получения детализированной картины какого-либо участка предмета необходимо использовать вторую оптическую систему 6 и второй электронный приемник изображения 7. Вторую оптическую систему 6 располагают в заявляемом видеомикроскопе по ходу луча, отраженного от светоделителя 4 таким образом, чтобы плоскость промежуточного изображения предмета находилась между светоделителем 4 и передней фокальной плоскостью второй оптической системы 6. Второй электронный приемник изображения 7 располагают последовательно по ходу луча за второй оптической системой 6 таким образом, чтобы его приемная площадка находилась в плоскости, оптически сопряженной с плоскостью промежуточного изображения предмета. Увеличение второй оптической системы 6 выбирают большим. В этом случае изображение предмета с большим увеличением регистрирую вторым электронным приемником изображения 7. Таким образом, на вход блока управления и обработки изображения 8 заявляемого видеомикроскопа
одновременно поступают сигналы с выходов двух электронных приемников изображения 5 и 7, регистрирующих изображение предмета одновременно с малым и большим увеличением. Далее эти сигналы в блоке управления и обработки изображения 8 могут быть преобразованы в массив цифровых данных и отображены на дисплее 9 в удобном для наблюдателя виде. В конечном счете это позволяет существенно упростить процесс микроскопического исследования динамических процессов и повысить точность соответствующих измерений.
Для выбора участка предмета, который желательно наблюдать с большим увеличением, вторая оптическая система 6 и второй электронный приемник изображения 7 выполнены с возможность перемещения в плоскости перпендикулярной оптической оси второй оптической системы 6.
Для того, чтобы обеспечить отображение на дисплее 9 положения участка изображения с большим увеличением, но малым полем зрения на изображении предмета с малым увеличением, но большим полем зрения, одновременное перемещение второй оптической системы 6 и второго электронного приемника изображения 7 в плоскости перпендикулярной оптической оси второй оптической системы 6 осуществляют с помощью управляемого привода 10, электрически соединенного с блоком управления и обработки изображения 8.
Наиболее удобным способом сохранения изображения с целью его последующей обработки и воспроизведения является преобразование электрических с выходов электронных приемников изображения 5 и 7 в массив цифровых данных. Для этого в блоке управления и обработки изображения 8 размещают коммутатор и аналого-цифровой преобразователь, причем вход
аналого-цифрового преобразователя через коммутатор электрически соединен с выходами электронных приемников изображения 5 и 7, а выход является выходом блока управления и обработки изображения 8. В соответствии с командами наблюдателя, поступающими в блок управления и обработки изображения 8, коммутатор осуществляет подключение входа аналого-цифрового преобразователя либо к выходу первого электронного приемника изображения 5, либо к выходу второго электронного приемника изображения 7. В результате этого блок управления и обработки изображения 8 осуществляет преобразование в формат цифровых данных изображения предмета либо с низким, либо с высоким пространственным разрешением.
Дополнительным преимуществом заявляемого видеомикроскопа является возможность одновременной регистрации и сохранения в формате цифровых данных изображения предмета с низким и высоким увеличением. Для этого в блоке управления и обработки изображения 8 размещают коммутатор и два аналого-цифровых преобразователя, причем разрядность одного из аналого-цифрового преобразователей превышает разрядность другого, входы каждого аналого-цифрового преобразователя через коммутатор электрически соединены с выходами электронных приемников изображения, а выходы являются выходами блока управления и обработки изображения. В соответствии с командами наблюдателя, поступающими в блок управления и обработки изображения 8, коммутатор осуществляет подключение входов аналого-цифрового преобразователей к выходам электронных приемников изображения 5 и 7. В результате этого блок управления и обработки изображения 8 осуществляет преобразование в формат
цифровых данных изображения предмета одновременно с низким и высоким пространственным разрешением.
Заявляемый видеомикроскоп может функционировать в качестве прибора для спектроскопических исследований с высоким пространственным разрешением. В этом случае разрядность одного из аналого-цифрового преобразователей должна превышать разрядность другого. Так, например, для качественного преобразования в формат цифровых данных обычного изображения достаточно разрядности равной 8 битам. Для обеспечения необходимой точности (порядка 1%) спектроскопических измерений коэффициентов пропускания и/или отражения в широком динамическом диапазоне необходима разрядность аналого-цифрового преобразователя равная по крайней мере 10 битам. Величина разрядности определяется глубиной динамического диапазона измерений.
Точность микроскопических измерений параметров динамических процессов в значительной степени определяется тем, в какой степени прибор позволяет регистрировать одновременно изменения мельчайших пространственных характеристик изображения предмета на возможно большей площади их наблюдения. Реализуемая в заявляемом изобретении возможность одновременного наблюдения и регистрации изображения предмета с низким и высоким пространственным разрешением существенно улучшает потребительское качество видеомикроскопа.
Таким образом, на основании вышеизложенного совокупность заявляемых признаков обеспечивает достижение указанного технического результата, а именно
повышение точности работы видеомикроскопа в широком поле зрения с высоким пространственным разрешением при исследовании динамических процессов.