[发明专利]窗口选择型显微镜

权利要求书

1、显微仪器采用窗口选择式显示，在设计思想上具有以下特征：

a.利用分光镜将经过被显微体的光分成不同方向的两束或多束光，其中一束用来成像显示被显微体上整个被照明区中的内容；另外各束用于取样成像显示被照明区中的被显微体的各部分的内容。

b.在显示过程中，将屏幕分成两个或两个以上的大区域部分，或者由两个或两个以上的屏幕共同显示，即具有两个或两个以上的大窗口。

c.在大窗口中取其一小部分作为小窗口，小窗口中的内容显示在另外特定的大窗口中。

2、根据权力要求1，多屏幕共同显示型显微镜在设计方法上具有以下特征（见图1、图2、图3和图4）：

a.照明系统

照明系统由光源S、第一聚光透镜L_F1、第一光阑A₁、第一投射透镜L_P1、冷光反射镜M、第二聚光透镜L_F2、第二光阑A₂和第二投射透镜L_P2等组成。样品台O安置在第二聚光透镜和第二光阑之间。

照明系统的工作方式是：由光源S发出的光经第一聚光透镜L_F1汇聚成一点，在汇聚点上由第一光阑A₁屏蔽掉非旁轴光，然后由焦点调整在第一光阑A₁的光阑孔中心的第一投射透镜L_P1扩展成平行光;该平行光投射到冷光反射镜M，冷光反射镜M具有透射红外光、反射非致热性可见光的功能，冷光反射镜M将入射平行光中的非致热性可见光反射向第二聚光透镜L_F2;第二聚光透镜L_F2将此平行光汇聚经过样品O;第二光阑A₂放置在第二聚光透镜L_F2和第二投射透镜L_P2的共同的焦点上，经过样品O散射的汇聚光，携带着样品的透射信息，经过第二光阑A₂屏蔽掉非旁轴散射光之后，再经过第二投射透镜L_P2扩展成平行光。

第二聚光透镜L_F2、第二光阑A₂和第二投射透镜L_P2事实上构成了一个扩束镜，而样品O与第二光阑A₂之间的距离，在扩束条件不变的情况下，决定了对样品O的初级放大倍数。当样品O靠近第二光阑A₂时，经第二投射透镜L_P2得到的初级放大倍数将增大：当样品O远离第二光阑A₂时，经第二投射透镜L_P2得到的初级放大倍数将减小。但是无论初级放大倍数如何改变，由于照明光的汇聚性，都不会造成照明光的镜外损失。

在第二投射透镜L_P2将物光扩展成平行光时，由平行光直接产生的像与原物之间将存在着像差，这个像差可以在最后进行放大投影成像时进行补偿修正。

b.分光系统

分光镜P将第二投射透镜L_P2扩展成的平行光按选择性窗口数目N的要求分成N+1束，如在图1的单窗口选择型中分成两束;如在图4的双窗口选择型中分成三束在设计中，以最后成像的亮度对于各个像应保持基本一致为原则，在放大倍数关系基本确定的条件下，决定分光镜P的反射率和透射率要求，以决定各分光束的光强比例。

c.放大显示系统

（1）由全反射镜P_L1、P_L2、扩束透镜组L_L1、转向镜P_L3、投影透镜L_L2、反射镜M_L和屏幕W_L组成整体像的放大显示系统。

由分光镜P分出的用于显示整体像的分光束经全反射镜P_L1、P_L2反射进入扩束透镜组L_L1，扩束透镜组L_L1的作用是将入射的平行光按要求扩展成各种直径的平行光，以实现平行光的放大作用。扩束透镜组可以设计成固定倍率的，以实现单一的放大倍数;也可以设计成可变焦的，以实现放大倍数的连续可调。由扩束透镜组L_L1放大后的平行光经转向镜P_L3、投影透镜L_L2和反射镜M_L投影成像在屏幕W_L上。投影透镜L_L2的设计要求是：将平行光还原成扩展光，同时修正由第二投射透镜L_P2引入的像差。

（2）由全反射镜P_S1、P_S2、扩束透镜组L_S1、转向镜P_S3、扩束透镜L_S2、投影透镜L_S3、反射镜M_S和屏幕W_S共同组成细节像的放大显示系统。其放大显示原理和设计要求与整体像的放大显示系统的相比，除放大倍数要求不同外，其余的基本一致。

由分光镜P分出的用于显示细节像的分光束经全反射镜P_S1、P_S2反射进入扩束透镜组L_S1，扩束透镜组L_S1的作用是将入射的平行光按要求扩展成各种直径的平行光，以实现平行光的放大作用。扩束透镜组可以设计成固定倍率的，以实现单一的放大倍数;也可以设计成可变焦的，以实现放大倍数的连续可调。由扩束透镜组L_S1放大后的平行光经转向镜P_S3、扩束透镜L_S2、投影透镜L_S3和反射镜M_S投影成像在屏幕W_S上。投影透镜L_S3的设计要求是：将平行光还原成扩展光，同时修正由第二投射透镜L_P2引入的像差。

d.取样显示和取样标识系统

由分光镜P，全反射镜P_L1、P_L2、P_S1和P_S2，扩束透镜组L_L1、L_S1，转向镜P_L2、P_S3，投影透镜L_L2、L_S3，反射镜M_L、M_S，屏幕W_L、W_S，以及标识光源S_S和扩束透镜L_S2共同构成取样显示和取样标识系统。

取样显示工作是按如下的方式完成的：

由分光镜P传向全反射镜P_S1的平行光事实上携带着被显微样品的在光场中的整幅透射图象。此图象经全反射镜P_S1、P_S2传入扩束透镜组L_S1时，对图象的取景范围的大小完全由扩束镜L_S1的有效入射孔径决定，（扩束镜L_S1的有效入射孔径是由显示屏幕大小和放大倍数共同决定的），而取景的位置则完全由全反射镜P_S1和P_S2决定。当全反射镜P_S1在全反射镜P_S1和分光镜P的连线方向上、或者在全反射镜P_S1和P_S2的连线方向上移动时，取景位置都将产生向右或者向左方向上的移动;当全反射镜P_S2在全反射镜P_S1和P_S2的连线方向上、或者在全反射镜P_S2和扩束透镜组L_S1的连线方向上移动时，取景位置都产生向上或者向下方向上的移动。（在整体像的显示系统中的全反射镜P_L1和P_L2对分光镜P分光产生的图象具有与全反射镜P_S1和P_S2相同的取样功能，分光镜P、全反射镜P_S1和P_S2和全反射镜P_L1和P_L2的相对位置是由取样成像一致性的要求决定的）。由全反射镜P_S1和P_S2和扩束镜L_S1的有效入射孔径共同选择的样品的细节图象，经扩束镜L_S1扩束后，经转向镜P_S3转向扩束镜L_S2，经扩束镜L_S2扩束后的平行光经投影透镜L_S3和反射镜M_S，投影成像在屏幕W_S上。

取样标识显示工作是按如下方式完成的：

按将显示的细节像的边界形状构成标识光源的形状。标识光源由发光器件组成。发光器件可直接安放在显示屏幕的边缘，也可以按示意图安放在投影透镜前的经扩束后的平行光的一个截面位置上。标识光源直接安放在显示屏幕边缘的好处是：在决定标识光源形状时，不必考虑像差因素;但其只适用于多屏幕显示型。

标识光源S_S发出的光只射向扩束镜L_S2;扩束镜L_S2中的第一组透镜将此光汇聚，再由光阑在汇聚点屏蔽掉非旁轴光后，由第二组透镜扩展成平行光环;此平行光环经扩束镜L_S1缩小后，经全反射镜P_S2和P_S1投向分光镜P;此平行光环在分光镜P上圈出的部分就是由全反射镜P_S2、P_S1和有效入射孔径所选择的细节;此平行光环经分光镜P透射到全反射镜P_L1，经P_L1反射到全反射镜P_L2，由P_L2反射到扩束镜L_L1，由L_L1扩束后，经转向镜P_L3、投影透镜L_L2、反射镜M_L，投影成像在屏幕W_L上。光环在屏幕W_L上圈出的部分就是在屏幕W_S上显示的全部。