数码相机在显微技术中的应用

    1　引　言

    光学显微镜可以把人眼不能分辨的微小物体放大成像,以供人们提取微细结构信息。为了提高显微镜观察微细结构的能力,显微镜本身的结构原理不断发展。例如,偏光显微术、干涉显微术、相衬显微术等。同时,近年来,显微观察技术也在不断创新,市场上出现了一种显微图像直接与CCD耦合的数码显微镜,通过监视器或计算机屏幕进行放大观察,极大地提高了放大率;另一种利用数码相机和显微镜来实现数码显微摄影和数码显微存储,然后数码相机和计算机相连,即时拍摄图像,并传输到计算机。随着数码相机的分辨力不断地提高,所拍摄显微图像清晰度也在不断地提升。现侧重研讨数码相机与显微镜连接的专用转接镜的应用与设计。

    2　显微镜观察技术进展

    古典的光学显微镜只是光学元件和精密机械元件的组合,它以人眼作为接收器来观察放大的像。显微镜中所观察到的影像,只能靠有限的手绘技巧粗略纪录。后来在显微镜中加入了摄影装置,以感光胶片作为可以记录和存储的接收器,这种方法的优点是解晰度高,相当接近人类肉眼所能辨识的极限,另外,底片可以较长时间保存,相片也可以重复洗印。缺点是没有实时性,将图片转化成电子文挡的时候,细节有损失等等。

    近代又普遍采用光电元件——电荷耦合器CCD作为显微镜的接收器,在显微镜的实像面处装入电视摄像靶(电荷耦合器CCD),这些光电器件把光学图像转换成电信号的图像,图像通常以两种方式显示:一种方式是用一个监视器显示显微图像,图像的放大倍率有很大提高。例如:若采用1/2英寸CCD,它的靶面对角线尺寸是8mm,监视器采用17英寸,那么,电子的放大率是:

    显微镜总的放大率是:M总=M物镜×M电子,显然,与目镜观察相比,图像的放大率得到了很大的提高。另外,不仅人的眼睛能从目镜观察中解放出来,而且可以使更多的人同时进行观察、判别。但是,与目镜观察相比,视场损失很大。因为,一般显微物镜像的大小约为<18mm,平场物镜甚至更大,可达<24mm～<28mm,而1/2英寸CCD靶面的对角线为8mm,被显微物镜放大的像没有被充分观察到。为解决这个问题,通常在显微物镜后加一个附加镜头,附加镜头将显微物镜所成的像缩小,以配合CCD靶面尺寸。此时显微镜的放大倍率为M总=M物镜×M电子×M附加镜,这样视场损失小了,而放大倍率下降了。根据实际工作需要,附加镜头通常做成可变焦的。

    另外一种显示方式是采用电脑显示屏显示,将图像通过图像卡直接输入到计算机中进行各种处理,构成了完整的图像信息采集和处理系统。这种一体化设计的数码显微镜国内与国外都有产品,它的优点是:大大缩减了因冲洗照片而耽误大量时间,另外拍摄后的照片即时传入到计算机的分析软件,立刻得出分析结果,实现数据存储、分析、打印等功能。虽然放大后的图形进入计算机后,可以利用计算机软件将图形进行局部放大,总的放大倍率为M总=M物镜×M电子×M附加镜×M计算机,但这个系统仍然存在视场大小和放大倍率的矛盾。而且,在观察时还需要与一台计算机相连,在各种生产现场不是很方便。