CN102446683A - 一种底装镜头耦合透射电镜数字成像装置 - Google Patents

Abstract

一种底装镜头耦合透射电镜数字成像装置，其主要特点是在原透射电镜主荧光屏(11)的固定支架上安装了一种观察兼透射电子荧光屏(20)，替代原来的主荧光屏(11)和基于现有技术的透射电子荧光屏(15)。该观察兼透射电子荧光屏(20)把透射电子图像转换成光学图像，一方面可供观察者透过铅玻璃观察窗(12)观察，同时又可供数码相机(17)拍摄。这种设计使该装置具有接近甚至超过透射电镜通用底插式相机胶片的有效成像面积和视野(90mm×60mm)，特别适合需要大视野透射电镜成像的生命科学、医学等领域。

Description

一种底装镜头耦合透射电镜数字成像装置

技术领域

本发明涉及透射电子显微镜，特别是涉及一种在透射电镜底部安装、镜头耦合的，以数字方式记录透射电子图像和衍射花样的装置。

背景技术

反映样品信息的透射电子束(10)投射到主荧光屏(11)上，转换成光学图像，操作者通过铅玻璃观察窗(12)观察此样品的光学图像。当主荧光屏(11)抬起，把电镜胶片送到胶片曝光窗口(13)，就可以用胶片直接记录样品的电子图像；在不拍摄胶片时，透射电子束(10)便投射到投影室(14)的底部。

传统上人们采用电镜胶片记录标本的透射电子图像和衍射花样信息，自上世纪九十年代开始，透射电镜数字成像技术进入快速发展阶段。目前，在国内市场上，国外的Gatan、TVIPS、OSIS等公司是最主要的透射电镜数字成像产品制造商，国内还没有一款定型的透射电镜数字成像装置。

众所周知，透射电镜数字成像产品获得越来越广泛的应用，但在衡量成像装置最重要的参数-有效成像面积和视野上，透射电镜数字成像装置与胶片相比一直处于明显劣势。应用最广的透射电镜胶片是一种底插式相机使用的规格为90mm×60mm的胶片，其成像面积远大于绝大多数透射电镜数字成像装置的有效成像面积。

“透射电镜即时成像装置”(CN101788506A，发明专利申请说明书)公开一种透射电镜数字成像装置，其特点是：透射电子荧光屏(15)固定在投影室底部、胶片曝光窗口(13)的下方，其中心与透射电子束(10)的中心重合；数码相机(17)位于投影室外、正对透射电子荧光屏(15)；在透射电子荧光屏(15)和数码相机(17)之间还有铅玻璃窗口(16)；计算机(19)通过USB2.0电缆(18)控制数码相机(17)的曝光参数。该技术方案的一个实施例的透射电子荧光屏(15)为直径70mm的圆形，面积达3800mm2，但由于数码相机的图像传感器为长方形，只利用了圆形荧光屏的内接长方形区域，约为58mm×38.5mm，因此其有效成像面积远小于胶片的90mm×60mm。

“透射电子显微镜成像方式综述”(医疗设备信息，2007，22(9)：43-46)介绍的Gatan和TVIPS公司通用底装型透射电镜数字成像产品的有效成像面积都小于30mm×30mm，它们当时(2007年)最高端产品的有效成像面积分别为61.2mm×61.2mm和61.4mm×61.4mm，与通用底插式相机所使用胶片的90mm×60mm还有相当大的差距。虽然最近(2011年)TVIPS公司推出的最高端产品Tem-Cam-F816(http://www.tvips.com/pdfs/TEMCAM-F816.pdf)的有效成像面积达到了128mm×128mm，但其最主要的组成部分-超大面积的图像传感器和光纤组件的价格非常昂贵，只有极少数顶级研究机构才可能购买这种产品。数量最多的普通透射电镜用户一直期待在中端及普及型透射电镜数字成像产品上实现更大面积和更大视野的数字成像，这也是透射电镜数字成像技术研发人员的追求。

发明内容

为了研制经济并且具有接近甚至超过通用透射电镜胶片有效成像面积和视野(90mm×60mm)的透射电镜数字成像产品，本发明提出一种结构简单的底装镜头耦合透射电镜数字成像装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括：①用观察兼透射电子荧光屏(20)替代透射电镜的主荧光屏(11)和现有技术(CN101788506A)中的透射电子荧光屏(15)，其效果是显而易见的-即在相同空间位置安装相同数码相机(17)的条件下，有效成像面积和视野明显增大；②取消CN101788506A中的铅玻璃窗口(16)，使数码相机(17)与观察兼透射电子荧光屏(20)同处一真空室，简化了设计和制作，避免了铅玻璃窗口(16)对光学图像的吸收衰减和由于散射及界面折射、反射导致的对图像的干扰；③采用真空插座(21)实现真空隔离和有关电气连接；④所述的观察兼透射电子荧光屏(20)是一种包括透明基底层(30)、导电透明膜层(31)和荧光粉层(32)三层结构的电子荧光屏。

现在结合附图4说明本发明的突出优点-用普通器件和简单结构实现接近或超过通用透射电镜胶片的有效成像面积和视野(90mm×60mm)。所用的透射电子显微镜(41)为Philips EM208S，数码相机用佳能EOS40D，其图像传感器(42)宽为22.2mm，本发明和现有技术(CN101788506A)所用的数码相机及其安装位置不变，观察兼透射电子荧光屏(20)或主荧光屏(11)与胶片曝光窗口(13)或电镜胶片(40)之间相距55mm，胶片曝光窗口(13)与透射电子荧光屏(15)之间相距22mm；有效成像面积和视野在图中用宽度表示，高度用宽度除以1.50得到(图像传感器的宽高比为3∶2)；如果电镜胶片(40)的放大倍数为1，主荧光屏(11)的放大倍数为0.888，透射电子荧光屏(15)的放大倍数为1.0256(MS1MS2∶AF1AF2∶A1A2＝0.888∶1∶1.0256)；图4中所涉及的距离、宽度等是按实物等比例绘制；本发明和现有技术的视野都换算成相当于电镜胶片(40)的视野以便于比较。

图4中，现有技术(CN101788506A)用透射电子荧光屏(15)的A1A2之间部分成像，为58mm，视野与电镜胶片(40)AF1AF2段的视野相当，为54.7mm；所以，现有技术的有效成像面积为58mm×38.5mm，等同于电镜胶片(40)的视野为54.7mm×36.5mm。本发明用观察兼透射电子荧光屏(20)B1B2部分成像，为88.5mm，视野与电镜胶片(40)BF1BF2段的视野相当，为99mm。因此，本发明的有效成像面积为88.5mm×59mm，接近通用透射电镜胶片的90mm×60mm，远大于现有技术的58mm×38.5mm；本发明等同于透射电镜胶片的视野为99mm×66mm，大于通用透射电镜胶片的90mm×60mm，更大于现有技术的54.7mm×36.5mm。

附图说明

图1是基于现有技术的一种透射电镜成像装置结构图；

图2是基于本发明的一种透射电镜成像装置结构图；

图3是观察兼透射电子荧光屏结构图；

图4是本发明一个实施例的有效成像面积和视野与基于现有技术的一种透射电镜成像装置的有效成像面积和视野的比较示意图。

图中：10.透射电子束，11.主荧光屏，12.铅玻璃观察窗，13.胶片曝光窗口，14.投影室，15.透射电子荧光屏，16.铅玻璃窗口，17.数码相机，18.USB2.0电缆，19.计算机，20.观察兼透射电子荧光屏，21.真空插座，22.不锈钢外壳，23.供电及通讯电缆，30.透明基底层，31.导电透明膜层，32.荧光粉层，40.电镜胶片，41.透射电子显微镜，42.图像传感器。

具体实施方式

观察兼透射电子荧光屏(20)的准备：取一块直径130mm、厚3mm的光学玻璃或透明石英玻璃圆片作为透明基底层(30)，在其一面用磁控溅射或直流蒸镀方法(委托加工)镀一层15μm厚的导电透明膜层(31)，用刘文波介绍的方法(刘文波，李鸿业.电镜荧光屏的一种制作方法.实验室科学，2004，12(6)：47-48)在导电透明膜层(31)上制作一层荧光粉层(32)。

参见图1和图2，对透射电镜Philips EM208S的投影室(14)放气，移开铅玻璃观察窗(12)，拆下主荧光屏(11)；把观察兼透射电子荧光屏(20)固定在一合适金属框架(图中未画出)上，再把金属框架固定在主荧光屏(11)的安装支架(图中未画出)上。数码相机(17)安装在不锈钢外壳(22)内；不锈钢外壳(22)固定在透射电镜底部法兰上，其间有密封圈(图中未画出)；不锈钢外壳(22)上有开孔，以安装真空插座(21)，此插座给供电及通讯电缆(23)穿越不锈钢外壳(22)提供隔离真空的电连接通路；数码相机(17)通过供电及通讯电缆(23)从外界获得馈电，接受计算机(19)的控制并把拍摄的图像传回给计算机(19)。

本说明书所例举设备或器件的名称或型号等内容以及几何尺寸是为了更具体、直观、清楚地说明本发明及其优点，而不是对本发明权利要求范围的限定。

Claims (3)

1.一种底装镜头耦合透射电镜数字成像装置，包括电子荧光屏，其特征在于：所述的电子荧光屏是一种观察兼透射电子荧光屏(20)。

2.根据权利要求1所述的一种底装镜头耦合透射电镜数字成像装置，其特征在于：所述的观察兼透射电子荧光屏(20)安装在透射电镜主荧光屏(11)的固定支架上，取代原来的主荧光屏(11)。

3.根据权利要求1所述的一种底装镜头耦合透射电镜数字成像装置，其特征在于：所述的观察兼透射电子荧光屏(20)是一种包括透明基底层(30)、导电透明膜层(31)和荧光粉层(32)三层结构的电子荧光屏。

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