МИКРОСКОП СРАВНЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2008 года по МПК G02B21/18 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при сравнительном анализе объектов, в частности для идентификационных исследований в области криминалистики.

Известен микроскоп сравнения, содержащий две ветви сравнения, каждая из которых включает устройство изменения увеличения и первый и второй объективы, блок наблюдения и регистрации, и блок совмещения полей изображений, расположенный между вторыми объективами ветвей сравнения и блоком наблюдения и регистрации. Работа микроскопа сравнения основана на формировании обеими ветвями сравнения промежуточных изображений объектов в блоке совмещения полей изображений в плоскости, совмещенной с плоскостью предметов блока наблюдения и регистрации. При перемещении блока совмещения полей изображений в направлении, параллельном оптическим осям вторых объективов ветвей сравнения, наблюдают и регистрируют в крайних положениях блока совмещения полей изображений изображение объекта, формируемое либо первой, либо второй ветвью сравнения, а в промежуточных положениях - части изображений, формируемых обеими ветвями сравнения. Перемещение блока совмещения полей изображений в направлении, перпендикулярном первому перемещению, позволяет наблюдать и регистрировать наложенные друг на друга изображения первой и второй ветвей сравнения [1].

Недостатком известного микроскопа сравнения является большая трудоемкость совмещения изображений малых фрагментов идентифицируемых объектов, формируемых первой и второй ветвями сравнения, так как при смене увеличения изменяется их взаимное расположение. Это объясняется наличием отклонений (допусков) при изготовлении и расположении в первую очередь устройств изменения увеличения первой и второй ветвей сравнения, а во вторую очередь - всех оптических элементов ветвей сравнения и блока совмещения полей изображений, формирующих в нем промежуточные изображения объектов.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является микроскоп сравнения, содержащий две ветви сравнения, каждая из которых включает первый и второй объективы, блок наблюдения и регистрации, включающий третий объектив, устройство дискретного изменения увеличения, выполненное в виде сменных телескопических систем, переключающее зеркало, визуальный, телевизионный и фотографический каналы, и блок совмещения полей изображений, расположенный между ветвями сравнения и блоком наблюдения и регистрации. При перемещении блока совмещения полей изображений в направлении, параллельном оптическим осям вторых объективов ветвей сравнения, наблюдают и регистрируют совмещенные по какому-либо фрагменту изображения объектов, формируемые обеими ветвями сравнения. При перемещении блока совмещения полей изображений в направлении, перпендикулярном первому, наблюдают и регистрируют наложенные друг на друга изображения первой и второй ветвей сравнения. При этом размещение устройства изменения увеличения в блоке наблюдения и регистрации позволяет избежать изменения взаимного расположения фрагментов наблюдаемых изображений при смене увеличения микроскопа [2].

Недостатком данного микроскопа сравнения также является сложность идентификации малых фрагментов объектов, так как при переходе от малого увеличения к большому они могут не попасть в поле зрения микроскопа и оператору придется либо наугад перемещать объекты, либо снова устанавливать малое увеличение микроскопа и по другому ориентировать объекты, затем вновь устанавливать большое увеличение. Это объясняется наличием отклонений (допусков) при изготовлении и расположении сменных телескопических систем.

В основу изобретения положена задача создания микроскопа сравнения, обеспечивающего неизменность положения изображения относительно центра поля зрения микроскопа при изменении его увеличения.

Сущность изобретения по первому варианту заключается в том, что в микроскопе сравнения, содержащем две ветви сравнения, каждая из которых включает первый и второй объективы, блок совмещения полей изображений и блок наблюдения и регистрации, включающий третий объектив, устройство дискретного изменения увеличения, выполненное в виде сменных телескопических систем, переключающее зеркало, визуальный, телевизионный и фотографический каналы, причем блок совмещения полей изображений расположен между ветвями сравнения и блоком наблюдения и регистрации, в отличие от прототипа, третий объектив выполнен с переменным фокусным расстоянием.

В микроскопе третий объектив выполнен с отношением максимального фокусного расстояния к минимальному фокусному расстоянию, равным двум, а устройство дискретного изменения увеличения выполнено в виде двух сменных телескопических систем с угловым увеличением, кратным двум и четырем.

Сущность изобретения по второму варианту заключается в том, что в микроскопе сравнения, содержащем две ветви сравнения, каждая из которых включает первый и второй объективы, блок совмещения полей изображений и блок наблюдения и регистрации, включающий третий объектив, переключающее зеркало, визуальный, телевизионный и фотографический каналы, причем блок совмещения полей изображений расположен между ветвями сравнения и блоком наблюдения и регистрации, в отличие от прототипа, третий объектив выполнен с переменным фокусным расстоянием, а отношение максимального фокусного расстояния третьего объектива к его минимальному фокусному расстоянию выполнено равным отношению максимального увеличения микроскопа к его минимальному увеличению.

Выполнение третьего объектива с переменным фокусным расстоянием позволяет решить поставленную задачу, так как обеспечивается возможность совместить объекты при меньшем увеличении микроскопа, то есть при меньшем значении фокусного расстояния третьего объектива, а затем плавно повышать увеличение изменением (увеличением) фокусного расстояния третьего объектива.

Выполнение третьего объектива с отношением максимального фокусного расстояния к минимальному фокусному расстоянию, равным двум, и выполнение устройства дискретного изменения увеличения в виде двух сменных телескопических систем с угловым увеличением, кратным двум и четырем, дополнительно к решению поставленной задачи, позволяет плавно изменять увеличение микроскопа во всем диапазоне его увеличений.

Выполнение в микроскопе сравнения по второму варианту, в отличие от первого варианта, третьего объектива с переменным фокусным расстоянием с отношением максимального фокусного расстояния к минимальному фокусному расстоянию, равным отношению максимального увеличения микроскопа к его минимальному увеличению, дополнительно к решению поставленной задачи, позволяет исключить устройство дискретного изменения увеличения и за счет этого упростить микроскоп.

Сущность изобретения поясняется схемами, приведенными на фиг.1-3. На фиг.1 и 2 изображены функциональные оптические схемы примеров исполнения микроскопа сравнения по первому и второму вариантам. На фиг.3 - схема расположения светоделительных участков в блоке совмещения полей (вид А, на фиг.1 и 2).

Микроскоп сравнения содержит первую ветвь 1 сравнения, состоящую из последовательно расположенных первого объектива 2, отклоняющего зеркала 3 и второго объектива 4. Между вторым объективом 4 и первым объективом 2 установлена диафрагма 5 с изменяющимся размером отверстия, например ирисовая диафрагма, расположенная вблизи задней фокальной плоскости объектива 2 и передней фокальной плоскости объектива 4. Максимальный размер отверстия диафрагмы 5 выполнен не меньшим светового диаметра первой по ходу лучей линзы второго объектива 4. Параллельно первой ветви 1 сравнения расположена вторая ветвь 6 сравнения, состоящая из тех же элементов. В передних фокальных плоскостях первых объективов 2 в обеих ветвях 1 и 6 сравнения расположены предметные столики соответственно 7 и 8.

Микроскоп сравнения содержит блок 9 наблюдения и регистрации, включающий третий объектив 10 с переменным фокусным расстоянием. В примере исполнения на фиг.1 блок 9 содержит устройство 11 изменения увеличения, выполненное в виде двух сменных телескопических систем с угловым увеличением, кратным двум и четырем. По ходу лучей объектива 10 установлено переключающее зеркало 12. Переключающее зеркало 12 имеет три фиксированных положения, по ходу лучей от переключающего зеркала 12 в каждом его фиксированном положении установлены соответственно визуальный канал 13, содержащий объектив 14 и бинокулярную систему 15, телевизионный канал 16, содержащий объектив 17 и телекамеру 18, и фотографический канал 19, содержащий объектив 20 и пленочную или цифровую фотокамеру 21. В примере исполнения на фиг.1 объектив 10 выполнен с отношением максимального фокусного расстояния к минимальному фокусному расстоянию, равным двум, на фиг.2 - с отношением максимального фокусного расстояния к минимальному, равным отношению максимального увеличения микроскопа к его минимальному увеличению. Плавное изменение фокусного расстояния объектива 10 осуществляется осевым перемещением одного или нескольких его компонентов по стрелке «z». В примере исполнения на фиг.2 устройство 11 дискретного изменения увеличения отсутствует.

Между вторыми объективами 4 ветвей 1 и 6 сравнения и блоком 9 наблюдения и регистрации расположен блок 22 совмещения полей изображений, включающий отражательную призму 23, состоящую из прямоугольной призмы 24 с отражающими гранями 25 и 26, установленными под углом к оптической оси вторых объективов 4 соответственно ветвей 1 и 6 сравнения, склеенной по грани 26 с прямоугольной призмой 27. В блок 22 входит также разделительная призма 28, образованная призмами 29 и 30 с общей светоделительной гранью 31, наклонной к оптической оси блока 9 наблюдения и регистрации и параллельной грани 25 призмы 24. Призма 30 выполнена в виде ромб-призмы, светоделительная грань 31 которой содержит три участка. Первый участок 32 выполнен в виде полупрозрачного зеркала (см. фиг.3), второй участок 33 - с зеркально отражающей и третий участок 34 - с прозрачной для света поверхностями. Линия 35 раздела участков 33 и 34 перпендикулярна плоскости главного сечения разделительной призмы 28, которая установлена с возможностью линейного перемещения по направлению Х между ветвями 1 и 6 и с возможностью перемещения в два фиксированных положения 36 и 37 по направлению Y, параллельному линии 35. На фиг.3 показано расположение поля зрения 38 блока 9 в первом фиксированном положении 36 и во втором фиксированном положении 37 призмы 28.

Работа микроскопа сравнения осуществляется следующим образом.

Изображения объектов сравнения, например, пуль одинакового калибра, известных (хранящейся в архиве) и анализируемых на предмет идентификации, установленных на предметных столиках, соответственно 8 и 9, формируются оптическими системами ветвей 1 и 6 сравнения на светоделительной грани 31 разделительной призмы 28 блока 22 совмещения полей изображений в пересекающихся плоскостях, совпадающих с фокальной плоскостью объектива 10 блока 9 наблюдения и регистрации. Пучки лучей при этом после ветвей 1 и 6 сравнения отражаются от граней 25 и 26 призмы 24 и попадают в призму 28. При положении разделительной призмы 28 в первом фиксированном положении 36 (фиг.3) в поле зрения 38 блока 9 введены второй участок 33 с зеркально отражающей и третий участок 34 с прозрачной для света поверхностями светоделительной грани 31. Т.е. в поле зрения 38 формируется составное изображение, слева от линии 35 - левая часть изображения известной пули, формируемого ветвью 1, справа - правая часть изображения анализируемой пули, формируемого ветвью 6.

При последовательном перемещении разделительной призмы 28 влево по направлению Х все большую часть поля зрения 38 будет занимать изображение анализируемой пули, а при перемещении вправо - изображение известной пули. В крайних положениях - либо только изображение анализируемой, либо - известной пуль. При перемещении призмы 28 по направлению Y во второе фиксированное положение 37 в поле зрения 38 вводится первый участок 32 светоделительной грани 31, выполненный в виде полупрозрачного зеркала. В этом случае в поле зрения 38 формируются наложенные друг на друга изображения обеих пуль.

После разделительной призмы 28 пучок лучей проходит объектив 10 и в примере исполнения по первому варианту (фиг.1), параллельным пучком поступает в устройство 11 изменения увеличения, трансформируется в нем и параллельным пучком попадает на зеркало 12. В примере исполнения по второму варианту (фиг.2) после объектива 10 параллельный пучок сразу попадает на переключающее зеркало 12. При установке зеркала 12 в положение, показанное на фиг.1 сплошной линией, пучок лучей направляется в телевизионный канал 16, где объективом 17 на фотоприемной площадке телекамеры 18 формируются изображения известной и анализируемой пуль, которые рассматриваются на экране монитора (на фиг. не показан), подключенного к телекамере 18. При наблюдении через визуальный 13 или телевизионный 16 каналы изображений, формируемых ветвями 1 и 6 сравнения, для повышения объективности исследований выравнивают уровни яркости изображений, изменяя размер отверстия диафрагмы 5 в ветви 1 или 6. При этом изменяется апертура (апертурный угол) объектива 2 и соответственно уровень яркости изображения, формируемого им совместно с объективом 4. Для регистрации полученных изображений в фотографическом канале 19 зеркало 12 переводят в положение, показанное на фиг.1 штриховой линией, не пересекающей ось объектива 10. При этом объектив 20 формирует изображения объектов в плоскости фотоматериала или ПЗС-матрицы фотокамеры 21.

При этом в примере исполнения микроскопа по фиг.1 вначале осевым перемещением подвижных компонентов объектива 10 устанавливают его минимальное фокусное расстояние, в устройстве 11 устанавливают сменную телескопическую систему с требуемым увеличением, ориентируют столики 7 и 8 с пулями так, чтобы совместить крупные фрагменты их изображений. Затем осевым перемещением подвижных компонентов объектива 10 устанавливают его максимальное фокусное расстояние, тем самым повышают в два раза увеличение микроскопа, и исследуют мелкие фрагменты изображений пуль.

В примере исполнения по фиг.2 осевым перемещением подвижных компонентов объектива 10 устанавливают требуемое увеличение, ориентируют столики 7 и 8 с пулями так, чтобы совместить крупные фрагменты их изображений, затем осевым перемещением подвижных компонентов объектива 10 увеличивают его фокусное расстояние, тем самым плавно повышают увеличение микроскопа, и, при достижении комфортного для наблюдения увеличения, исследуют мелкие фрагменты изображений пуль.

Таким образом выполнение третьего объектива блока 9 наблюдения и регистрации с переменным фокусным расстоянием обеспечивает неизменность положения изображения относительно центра поля зрения микроскопа при изменении его увеличения.

Источники информации

1. Патент РФ №2082197, МПК 6 G02В 21/18, 1997.

2. Патент РФ №2190246, МПК 7 G02В 21/18, G01В 9/04, 2002.

Микроскоп сравнения может быть использован при сравнительном анализе объектов, в частности для идентификационных исследований в области криминалистики. Микроскоп сравнения содержит две ветви сравнения, каждая из которых включает первый и второй объективы, блок совмещения полей изображений и блок наблюдения и регистрации, включающий третий объектив, устройство дискретного изменения увеличения, выполненное в виде сменных телескопических систем, переключающее зеркало, визуальный, телевизионный и фотографический каналы. Блок совмещения полей изображений расположен между ветвями сравнения и блоком наблюдения и регистрации. Третий объектив выполнен с переменным фокусным расстоянием. В первом варианте третий объектив выполнен с отношением максимального фокусного расстояния к минимальному фокусному расстоянию, равным двум, а сменные телескопические системы выполнены с угловым увеличением, кратным двум и четырем. Во втором варианте отношение максимального фокусного расстояния третьего объектива к его минимальному фокусному расстоянию выполнено равным отношению максимального увеличения микроскопа к его минимальному увеличению. Технический результат - обеспечение неизменности положения изображения относительно центра поля зрения микроскопа при изменении его увеличения. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Микроскоп сравнения, содержащий две ветви сравнения, каждая из которых включает первый и второй объективы, блок совмещения полей изображений и блок наблюдения и регистрации, включающий третий объектив, устройство дискретного изменения увеличения, выполненное в виде сменных телескопических систем, переключающее зеркало, визуальный, телевизионный и фотографический каналы, причем блок совмещения полей изображений расположен между ветвями сравнения и блоком наблюдения и регистрации, отличающийся тем, что третий объектив выполнен с переменным фокусным расстоянием и с отношением максимального фокусного расстояния к минимальному фокусному расстоянию, равным двум, а устройство дискретного изменения увеличения выполнено в виде двух сменных телескопических систем с угловым увеличением, кратным двум и четырем.2. Микроскоп сравнения, содержащий две ветви сравнения, каждая из которых включает первый и второй объективы, блок совмещения полей изображений и блок наблюдения и регистрации, включающий третий объектив, переключающее зеркало, визуальный, телевизионный и фотографический каналы, причем блок совмещения полей изображений расположен между ветвями сравнения и блоком наблюдения и регистрации, отличающийся тем, что третий объектив выполнен с переменным фокусным расстоянием, а отношение максимального фокусного расстояния третьего объектива к его минимальному фокусному расстоянию выполнено равным отношению максимального увеличения микроскопа к его минимальному увеличению.