一种3D显微镜的制作方法

本实用新型涉及微结构检测技术领域，特别涉及一种3D显微镜。

背景技术：

近年来，随着各种微加工技术的发展，飞秒激光双光子微加工技术在众多领域得到了快速的发展及应用。微结构尺寸一般都在1μm-1000μm范围内,肉眼无法观测微结构的具体形貌和尺寸。所以在制备微结构前，通常需要使用各种限位技术对微结构进行观察或检测。目前观察微结构的主要方法是使用传统显微镜和扫描电子显微镜两种。传统的普通光学显微镜成本低，简单易操作。但是在进行观测时只能观测微结构的一个二维平面，无法实现多个角度对微结构进行观测。而微加工的立体图案复杂，观测一个平面图像往往无法准确地展现微结构的具体三维形态。因此，利用普通的光学显微镜对3D 微加工产品进行观测具有很大的局限性。扫描电子显微镜则能够实现对微结构三维形态的全面观测，同时可以精确的测量微结构的尺寸。但是电子扫描显微镜价格昂贵，操作过程复杂，且在使用时需要在被测样品上镀金才可观测，这大大增加了样品观测的成本，还破坏了样品的原有性质及形貌，一般只有在专业技术领域才使用。

授权公告号为CN104655626B(申请号为201510083566.X)的中国发明专利《一种显微镜下观察立体结构的装置》，其中公开了装置通过设置三个移动平台以及旋转单元，使用时，旋转待遇按带动待测样品进行360度旋转，进而全方位观测为结构的形貌及尺寸。该装置的构成部件多，搭建步骤较为繁琐。另外该装置独立于显微镜使用，很难同显微镜一体携带，很难作为产品进行量产，相应其使用普及性也较大。另外，该装置在使用时，旋转轴容易遮挡显微镜的光源，对微结构的放置位置要求较高。同时需要用胶带将样品固定在旋转轴上，另外，在转动过程中，当样品转至旋转轴下方时，则无法观测到样品背部的微结构，而将样品拆下再反向固定在旋转轴上则比较麻烦。同时如果拆卸时，胶带有残胶留在样品上，则必然会影响后续样品微观结构的观测，使得观测结果出现误差。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种能够更加充分利用显微镜本体结构，能够直接设置在显微镜本体上即能实现微结构的立体观测，并且能与显微镜本体一体化设置以更易实现量产、携带、操作的3D显微镜。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种3D显微镜，包括显微镜本体，所述显微镜本体包括观测组件、调焦组件、载物台以及能驱动所述载物台进行前后和左右移动的载物台调节组件；

其特征在于：还包括控制电路板以及用于带动载有微结构的载玻片进行转动运动的位置调节机构，所述位置调节机构设置在所述载物台上；

所述位置调节机构包括用于固定所述载玻片的支撑组件以及驱动所述支撑组件相对于载物台进行转动的驱动组件，所述驱动组件与所述控制电路板电连接；

所述观测组件与控制电路板电连接。

结构简单且工作过程稳定地，所述支撑组件包括第一支撑件和第二支撑件，所述第一支撑件的一端转动连接在载物台上，所述第二支撑件的一端转动连接在第一支撑件的另一端，所述驱动组件与所述第二支撑件的另一端驱动连接，所述驱动组件驱动第二支撑件的第二端前后移动，进而使得第一支撑件、第二支撑件相对载物台发生转动，所述第一支撑件或第二支撑件的上表面上设置有用于固定载玻片的固定件，所述第一支撑件和/或第二支撑件上对应于载玻片的固定区域设置有透光区。

优选地，所述第一支撑件包括分别设置在载物台左右两侧的第一支撑臂，两个第一支撑臂的一端均转动连接在载物台上；

所述第二支撑件包括分别设置在载物台两侧的第二支撑臂，每个第二支撑臂的一端连接在一个第一支撑臂的另一端，两个第二支撑臂的另一端通过一根杆体连接，驱动组件驱动一个第二支撑臂的另一端。

简单地，所述驱动组件包括齿条、传动轮、齿轮以及电机，所述电机与控制电路板电连接，所述齿条对应于第二支撑件沿前后方向设置在载物台上，所述齿轮连接在电机的驱动端，所述传动轮转动连接在第二支撑件的另一端上，所述传动轮与齿轮以及齿条啮合连接。

另一种优选方案，所述支撑组件包括两个支撑板以及两个夹子，两个支撑板分别自载物台左右两侧向上延伸设置，每个支撑板的内侧面上转动连接一个所述夹子，所述载玻片能固定夹持在两个夹子之间。

结构更简单地，每个夹子通过一根转轴转动连接在支撑板上；

所述驱动组件包括驱动电机、主动轮和从动轮，所述驱动电机与控制电路板电连接，所述主动轮连接在驱动电机的驱动端，所述从动轮固定套设在转轴上，所述从动轮与主动轮啮合连接。

为了方便进行自动调节，所述载物台调节组件包括用于驱动载物台进行左右移动的 X向驱动机构以及用于驱动载物台进行前后移动的Y向驱动机构；

还包括用于驱动X向驱动机构进行动作的第一驱动器和用于驱动Y向驱动机构进行动作的第二驱动器，所述第一驱动器与第二驱动器分别与控制电路板电连接。

优选地，所述调焦组件包括粗准焦螺旋和细准焦螺旋；

还包括用于驱动粗准焦螺旋的粗调驱动器以及用于驱动细准焦螺旋的细调驱动器，所述粗调驱动器和细调驱动器分别与控制电路板电连接。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型中的3D显微镜，充分利用显微镜本体结构的调节作用，利用显微镜本体结构实现观测过程中载物台相对于观测组件在三维方向上的移动。而本实用新型中在显微镜本体的基础上在载物台上增加设置了用于带动载有微结构的载玻片进行转动运动的位置调节机构，如此通过该位置调节机构的作用，再配合显微镜本体对载物台的位置调节即能完成载玻片上微结构多角度的图像的观测，进而实现微结构的3D图像的观测，结构更加简单，调节步骤简单。另外，由于该位置调节机构非常简单，且能安装或者直接做在载物台上，方便批量生产该结构的显微镜，相对于现有的电子扫描显微镜成本大大减少。同时该位置调节机构可以同显微镜本体一体携带，不会额外增加占用空间，携带方便，适合同显微镜本体一体携带至使用地，使用更加方便。

附图说明

图1为本实用新型实施例中实施例一中3D显微镜立体图。

图2为本实用新型实施例中实施例二中3D显微镜立体图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例一

如图1所示，本实施例中的3D显微镜，包括显微镜本体以及位置调节机构。

其中显微镜本体采用现有技术中的各种普通的显微镜，即显微镜本体包括有观测组件、调焦组件、载物台3以及载物台调节组件。

其中观测组件包括目镜11、物镜12、光源13、光源调节器等。本实施例中的观测组件采用电子观测组件，物镜12采集的信息可以通过设置的数据接口向外进行传输。相应的在显微镜本体内或者显微镜本体外可以设置控制电路板，控制电路板与物镜12 的数据接口通信连接，进而可以获取物镜12观测到的图像。当然该控制电路板也可以采用电脑代替。

调焦组件则包括粗准焦螺旋21和细准焦螺旋22，调焦组件可以调节物镜12相对于载物台3的高度，进而使得物镜12能够获取清晰的图像。本实施例中为了实现对粗准焦螺旋21以及细准焦螺旋22的自动调节，还额外设置了驱动粗准焦螺旋21的粗调驱动器81以及用于驱动细准焦螺旋22的细调驱动器82。本实施例中的粗调驱动器81包括一个粗调电机811以及连接在粗调电机811驱动端上的粗调齿轮812，粗调齿轮812 与粗准焦螺旋21相啮合。粗调电机811对应于粗准焦螺旋21的位置固定安装在显微镜本体的底座上。本实施例中的细调驱动器82包括一个细调电机821以及连接在细调电机821驱动端上的细调齿轮822，细调齿轮822与细准焦螺旋22相啮合。细调电机821 对应于细准焦螺旋22的位置固定安装在显微镜本体的底座上。而粗调电机811、细调电机821均与控制电路板电连接，工作时，在控制电路板的控制下，控制粗调电机811、细调电机821，进而实现物镜12焦距的调节。

载物台调节组件则包括用于驱动载物台3进行左右移动的X向驱动机构61以及用于驱动载物台3进行前后移动的Y向驱动机构62。X向驱动机构61、Y向驱动机构62 则采用现有技术中的现有机构，通常X向驱动机构61、Y向驱动机构62在载物台3的外部均对应有一个进行操作的调节轮，操作对应的调节轮则能够实现X向驱动机构61、 Y向驱动机构62的动作。本实施例中，为了实现X向驱动机构61、Y向驱动机构62 的自动工作，对应设置了用于驱动X向驱动机构61进行动作的第一驱动器71和用于驱动Y向驱动机构62进行动作的第二驱动器72，第一驱动器71与第二驱动器72分别与控制电路板电连接。本实施例中的第一驱动器71包括第一电机711以及连接在第一电机711驱动端的第一齿轮712，第二驱动器72包括第二电机722以及连接在第二电机 722驱动端的第二齿轮722，其中第一电机711和第二电机722分别与控制电路板电连接，第一齿轮712与X向驱动机构61对应的调节轮相啮合，第二齿轮722与Y向驱动机构62对应的调节轮相啮合。安装时，自载物台3上延伸设置一个安装板，第一电机 711和第二电机722则固定安装在安装板上。工作时，控制电路板控制第一电机711和第二电机722工作，进而驱动X向驱动机构61、Y向驱动机构62进行工作，相应实现载物台3的左右方向和前后方向上的移动调节。

位置调节机构可以通过安装在一个固定板上，进而通过固定板安装在载物台3上。该位置调节机构也可以直接安装在载物台3上进行使用。

本实施例中的位置调节机构包括用于固定载玻片的支撑组件4以及驱动支撑组件4 相对于载物台3进行转动的驱动组件5，驱动组件5与控制电路板电连接，进而驱动组件5在控制电路板的控制下带动支撑组件4进行转动动作。

其中支撑组件4包括第一支撑件和第二支撑件。其中第一支撑件包括间隔设置在载物台3左右两侧的第一支撑臂41，两个第一支撑臂41的一端均转动连接在载物台3上。具体为，在载物台3上对应于第一支撑臂41的转动安装位置可以安装一个安装块411，每个第一支撑臂41通过一根转轴转动连接在一个安装块411上。并且第一支撑臂41的长度方向沿载物台3的前后方向延伸。第二支撑件包括间隔设置在载物台3两侧的第二支撑臂42，每个第二支撑臂42的一端连接在一个第一支撑臂41的另一端，两个第二支撑臂42的另一端通过一根杆体43连接，如此，两个支撑臂可以同步运动。

为了方便杆体43以及驱动组件5的安装，在第二支撑臂42另一端的端部安装有一固定组件，固定组件包括相对设置在第二支撑臂42另一端两侧的安装板32，以及连接在两个安装板32下端之间的连杆33，杆体43穿设在第二支撑臂42另一端内并且穿过两个安装板32，第二支撑臂42另一端预留有安装下述的传动轮52的安装槽，杆体43 也穿过下述的传动轮52，使得传动轮52以杆体43为转轴而相对于第二支撑臂42进行转动。下述的电机54则固定安装在一个安装板32上，随着安装板32运动。为了为第二支撑臂42的走向提供导向，下述的齿条51下方开设有供连杆置入的导向槽31，导向槽31的距离与第二支撑臂42另一端的行程相匹配。

驱动组件5驱动一个第二支撑臂42的另一端，进而能够驱动第二支撑件的第二端前后移动，进而使得第一支撑件、第二支撑件以第一支撑臂41的另一端和第二支撑臂 42的一端的连接点为支点而相对运动的同时，能够相对于载物台3发生转动。第一支撑件或第二支撑件的上表面上设置有用于固定载玻片的固定件44。本实施例中的固定件 44连接在第一支撑臂41的上表面，该固定件44呈L形，则固定件44和第一支撑臂41 之间则形成一个能够卡入载玻片的槽，载玻片的两端分别卡在两个第一支撑臂41上的固定件44上，进而实现载玻片在支撑组件4上的固定。

由于两个第一支撑臂41、两个第二支撑臂42之间间隔设置，同时载玻片固定在两个第一支撑臂41之间，则两个第一支撑臂41、两个第二支撑臂42之间的位置形成了载玻片有透光区，显微镜本体中光源13的光线能够照在载玻片上，进而实现观测。

驱动组件5包括齿条51、传动轮52、齿轮53以及电机54，其中电机54可以固定安装在两个第二支撑臂42之间的杆体43上，并且电机54与控制电路板电连接，进而电机54在控制电路板的控制下进行工作。本实施例中的齿条51包括有两根，每根齿条 51沿前后方向设置在载物台3上并且与一个第二支撑臂42的另一端的行走路径相匹配，齿轮53连接在电机54的驱动端，每个第二支撑臂42的另一端上转动连接一个传动轮 52，传动轮52与齿轮53以及齿条51啮合连接，进而通过电机54驱动齿轮53转动，进而带动传动轮52进行转动，进而实现传动轮52在齿条51上的前后移动，实现对第二驱动臂另一端的前后驱动，如此能够实现第一驱动臂相对于载物台3平面的转动，如此通过物镜12可以观察到载玻片上微结构不同角度的图像。通过调整载玻片放置的位置，如可以将载玻片相对于物镜12正面向上并正放、正面向上并倒放、正面向下并正放、正面向下并倒放，进而通过对载玻片不同放置位置下微结构多角度的观测，实现对微结构3D形状的全面观测。

本实用新型中的3D显微镜不会额外增加显微镜本体的存放体积，方便携带，可以将该3D显微镜携带至任何需要的地方进行使用，无需额外携带其他部件。另外，该3D 显微镜是在现有显微镜本体上额外增加的部件较少且简单易实现，制造成本低，可用于工厂量产，还可以自行进行改造结构改造。

另外该3D显微镜的观测方法，具体包括以下步骤：

S1、在载玻片上标记微结构的分布区域，本实施例中即在微结构的分布区域周围标记矩形框，并且矩形框的四边上分别具有缺口，如此在载玻片随着位置调节机构进行转动的过程中，方便物镜12对微结构的侧面进行观测，即缺口留出了微结构的侧向观察区域；

然后将载有微结构并标记过微结构分布区域的载玻片放置在位置调节机构上，本实施例中，即将载玻片放置在两个第一支撑臂41的固定件44上，实现载玻片在位置调节机构上的放置，并且本实施例中，初始观测位置为：第一支撑臂41与第二支撑臂42之间呈水平状状态，即第一支撑臂41与第二支撑臂42之间的夹角为180°；

S2、位置调节机构工作，调节载玻片相对于载物台3的放置角度；载玻片初始处于水平状态，然后工作过程中，电机54带动齿轮53进行转动，齿轮53进而驱动传动轮 52进行转动，使的传动轮52相对于齿条51向后移动，带动载玻片每转动到一个新的角度即进行一次观测，直至第一支撑臂41与第二支撑臂42之间的夹角变为90°，即载玻片呈竖直状态时结束；

S3、观测时，控制电路板控制粗调电机811进行工作，进而驱动调焦组件中的粗准焦螺旋21进行转动，同时观测组件采集观测图像，并将采集的观测图像传送至控制电路板中；

S4、对初始位置上的载玻片进行观测时，控制电路板分析观测的图像中是否存在标记图像，如果否，则进行S5；如果是，则进行S6；

S5、控制电路板控制第一电机711和第二电机722进行工作，进而控制载物台调节组件工作，带动载有微结构的载玻片进行左右和/前后移动，直至在观测组件采集的观测图像中存在标记图像；通过S4和S5，可以快速找到微结构的大概分布区域，观测速度更快，后续载玻片在进行转动过程中，由于控制电路板控制电机54的转动，可以获取电机54精确的工作数据，即可计算获取载玻片的移动距离，可通过精确调节载物台3 的移动数据，进而方便物镜12快速寻找到微结构的分布区域，无需每次都需要对微结构的分布区域进行寻找，大大提高了观测速度；

S6、控制电路板控制第一电机711和第二电机722进行工作，控制载物台调节组件工作，带动载有微结构的载玻片进行环形微距运动，本实施例中即带动载玻片进行矩形微距运动，同时观测组件采集观测图像，并将采集的观测图像传送至控制电路板中，控制电路板分析观测的图像中存在微结构的模糊图像；

S7、控制电路板控制细调电机821进行工作，进而控制调焦组件中的细准焦螺旋 22进行转动，直至自观测组件传动至控制电路板中的观测图像出现微结构清晰的图像；

S8、将微结构清晰的图像以及载玻片相对于载物台3的放置角度进行存储；

S9、循环进行S2、S3、S6、S7、S8直至获取载玻片相对于载物台3所有放置角度时的微结构图像。

在前述过程中，可以获取载玻片上微结构90°变化角度内的结构图像，为了获取微结构的3D图像，可以将载玻片相对于物镜12正面向上并正放、正面向上并倒放、正面向下并正放、正面向下并倒放，然后再将载玻片沿载玻片所在平面顺时针或者逆时针翻转90°，进而再采用前述的放置方式分别采用前述的观测方法获取微结构多角度的图像，进而通过控制电路板或者计算机对微结构的所有观测图像进行处理，进而获取微结构的3D形态以及具体的尺寸参数。

实施例二

如图2所示，本实施例与实施例一的区别仅在于：支撑组件4包括两个支撑板44 以及两个夹子45，两个支撑板44分别自载物台3左右两侧向上延伸设置，每个支撑板 44的内侧面上转动连接一个夹子45，每个夹子45通过一根转轴转动连接在支撑板44 上。载有微结构的载玻片能固定夹持在两个夹子45之间。

驱动组件5则包括驱动电机55、主动轮56和从动轮57，驱动电机55与控制电路板电连接。主动轮56连接在驱动电机55的驱动端，从动轮57固定套设在转轴上，从动轮57与主动轮56啮合连接。工作时，驱动电机55分别驱动一个夹子45进行转动，进而带动载有微结构的载玻片相对于载物台3进行360°转动。

具体进行观测时，载玻片夹持在夹子45上后的初始位置处于水平位置，通过载物台调节组件以及粗准焦螺旋21的工作下而获取到微结构的模糊图像后，则无需再进行载物台3的调节，在载玻片的转动过程中，仅需要调节粗准焦螺旋21以及细准焦螺旋 22即能获取微结构的各角度的图像。然后再将载玻片沿载玻片所在平面顺时针或者逆时针翻转90°，再将载玻片夹持在夹子45上进行360°的观测，如此最终能够计算获取微结构的3D形态以及具体的尺寸参数。

本实施例中的位置调节机构更加简单，而且观测过程也更加简便。