专利名称：微影像流速仪的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种观测微粒子流场技术，尤指一种微影像流速仪。
背景技术：
粒子影像流速仪(Particlelmage Velocimetry，PIV)被视为未来最具潜力的流速量测装置之一，且已被许多制造商及使用者视为流场的重要检测装备，并时常与激光都卜勒流速仪搭配使用。然而，该量测装置应用到微小尺寸流场的量测或医生量测的领域时，传统的脉冲光源显得庞大而累赘，甚至在某些方面可能对活体样本造成伤害；此外复杂的维护成本与高单价也都造成对使用者运作时的负荷，因此在运用上便渐渐有一些取代的方法出现以提供使用者选用。例如传统量测的情况下，光源必需经由扩展后散成光页以量测面流场，所以欲使用连续光时，大部分设计采用旋转面镜调制以模拟脉冲光源。
就目前应用在微流量测上，传统的方法是利用一台高功率脉冲激光器，经由镜组通过光束扩展器形成所需照明光源，最后影像再经由一台高速摄影机(CCD)接收，且两者间的时间间隔则是透过一同步装置来加以控制。然而，其缺点在于(1)能量高，需再经由光衰减器降低对样本及镜组的伤害，且为了避免光路中不必要的聚焦，其光路设置固定而调整弹性低；(2)由脉冲激光器的体积大，故空间利用不佳，且可携性低；(3)高速摄影机及脉冲激光价格昂贵且维护不易，往往阻碍研究的进展及其普遍化。
另，台湾专利案号00528857，是揭露一种微流场量测装置，其虽已对上述缺点加以改良，但由于其所采用的连续光源的二极管激光，在连续光源调变后，能量损耗较多，使得效率低。
发明内容
本发明的主要目的是在提供一种微影像流速仪，能大幅降低成本，以提高实用性，并且避免对光学元件及样本的伤害。
为达成上述目的，本发明微影像流速仪，包括脉冲光源，是用以分别提供第一脉冲光与第二脉冲光；显微镜单元，是透过导光单元来接收第一脉冲光或第二脉冲光，供透过第一脉冲光或第二脉冲光来量测流场，以获得光学量测结果；影像检索单元，是透过影像分隔单元来选择检索光学量测结果；以及同步单元，是产生至少一驱动信号，并将至少一驱动信号分别送至脉冲光源与影像检索单元，供控制脉冲光源产生第一脉冲光或第二脉冲光，并控制影像检索单元选择检索光学量测结果。
图1是本发明一较佳实施例的架构示意图；图2是本发明一较佳实施例的影像分隔单元示意图；图3(a)是本发明一较佳实施例的带状光谱示意图；
图3(b)是本发明一较佳实施例的线光谱示意图；图4是本发明一较佳实施例的脉冲光与连续光在时间上的强度表现示意图；图5是本发明影像流速仪所取得流场检测图的示意图；图6为流场的理论分布图；图7是以电脑模拟软体对流场检测图所计算而得的流场分布图。
具体实施例方式
有关本发明的较佳实施例，敬请参照图1显示的架构示意图，其是由脉冲光源11、导光单元12、显微镜单元13、影像检索单元14、影像分隔单元15、电脑装置16、同步单元17以及待测流场18等主要构件所组成，其中，脉冲光源11是由第一闪光灯驱动装置111、第一闪光灯1131、第二闪光灯驱动装置112、及第二闪光灯1132所组成，影像检索单元14是由第一摄影机(CCD)141及第二摄影机(CCD)142所组成，于本实施例中，第一闪光灯1131及第二闪光灯1132较佳为氙气闪光灯(Xenon FlashLamp)，第一摄影机141及第二摄影机142较佳为一般的数位曝光可调式摄影机(CCD)。
上述的第一闪光灯驱动装置111与第二闪光灯驱动装置112是分别与第一闪光灯1131及第二闪光灯1132相连接，而第一闪光灯1131及第二闪光灯1132则与导光单元12相连接，导光单元12的输出端则与显微镜单元13相连接。于本实施例中，导光单元12可为耦合光纤或其他导光元件，显微镜单元13是由复数物镜及滤光镜组131所构成，其原理是透过低通滤片过滤入射光后，再经由双色分光镜来反射在物镜下众焦，以观测待测物，继而由待测物激发荧光，并循原光路而返回分光镜，并由高通滤片来滤除背景，而抵达观测位置。由于，显微镜单元13的动作原理是为一般已知常识，故在此不再详加说明。(本人将彼此连接关系作重新排列)。
显微镜单元13的观测位置处则置放影像分隔单元15，分隔单元15连接至影像检索单元14，供将显微镜单元13所观测的影像分为两部份，且将该二部份的观测影像传送至第一摄影机141及第二摄影机142，最后，第一摄影机141及第二摄影机142是与电脑装置16相连接。
上述的第一闪光灯驱动装置111、第一摄影机141、及第一闪光灯1131是属于同一作动单元，第二闪光灯驱动装置112、第二摄影机142、及第二闪光灯1132则属于另一作动单元，亦即同步单元17分别产生一致能信号CH1及CH3至第一闪光灯驱动装置111及第一摄影机141，以使得第一闪光灯驱动装置111驱动第一闪光灯1131以产生一脉冲光。继而，透过导光单元12及显微镜单元13来对待测流场18加以观察，于本实施例中，待测流场18较佳为具有荧光粒子的流场。接着，显微镜单元13将其所观测的流场影像送至影像分隔单元15，在影像分隔单元15中具有一分光单元151，其是用来将显微镜单元13所传送的流场影像分为两个。由于，同步单元17所产生的致能信号CH3仅送到第一摄影机141，因此，第一摄影机141为触发状态，第二摄影机142则并未触发，故第一摄影机141可以检索分光单元151分光的瞬间流场影像，而第二摄影机142则无法检索分光单元151分光的瞬间流场影像。
相同地，当同步单元17分别送出致能信号CH2及CH4至第二闪光灯驱动装置112及第二摄影机142所属的作动单元时，第二闪光灯驱动装置112驱动第二闪光灯1132以产生另一脉冲光，并由显微镜单元13观测另一瞬间的流场影像，且由第二摄影机142检索后，送至电脑装置16，以将第一摄影机141及第二摄影机14；所检索的瞬间流场影像存档，或透过流场分析程式来分析流场的速度及其方向。
由上述说明可知，本发明是利用同步单元17在不同时间来同步触发第一闪光灯驱动装置111及第一摄影机141，或第二闪光灯驱动装置112及第二摄影机142，供在不同时间来取得连续的流场影像，并利用触发时间点不同的特性，来使得第一闪光灯驱动装置111或第二闪光灯驱动装置112来互相轮流产生脉冲光，且亦能让其有足够的时间充电。
图2是显示影像分隔单元15的示意图，影像分隔单元15所具有的分光单元151是设置于分光壳体23中，分光壳体23则具有复数连接洞孔231，232，供透过该等连接洞孔231，232来与图1中的显微镜单元13、第一摄影机141以及第二摄影机142来相连接。在分光壳体23并具有各种微调单元22，其是用以使得第一摄影机141及第二摄影机142所检索的流场影像能够在相对位置上相同，以获得一较佳的流场影像。
图3(a)及图3(b)是分别显示带状光谱(Broad Spectrum)及线光谱(LineSpectrum)的示意图，由于在选择光源时，必须考量光强度是否足够，以及该光源的光谱是否包含荧光粒子激发波段及脉冲半高宽(FWHM)是否够小，基于这些特性，于本实施例中，是选择白光光源来作为观测流场的激发光源。然而，白光光源在光谱表现形态上可区分为带状光谱(如图3(a)所示)以及线光谱(如图3(b)所示)，由于带状光谱在中间波段输出较平均且连续，因此，若再加上滤光片，则带状光谱的白光光源非常适合作为荧光的激发光源，故本实施例是采用属于带状光谱的白光光源的氙气闪光灯。
图4是显示脉冲光41与连续光42在时间上的强度表现示意图，虽然脉冲光41功率较低，但其具有能量集中的特性，且其光强度能在短时间内达到连续光42的三倍以上，因此脉冲光41具有较佳的特性。然而，连续光42若开启的时间越短，则其可接收的能量就越小，此为已知采用连续光源的激光的缺点，因此，由上述说明可知，本发明采用脉冲光的氙气闪光灯的确可以改善已知的缺点，且氙气闪光灯在价格上及维护上皆比脉冲激光或连续光的二极管激光具有较佳的优势。
为验证本发明影像流速仪是能有效地运作，对一个直管内流场分布进行量测。其中，本发明影像流速仪新取得流场检测图，如图5所示；图6是为流场的理论分布图图7是为以图5为基础，经电脑模拟软件所计算而得的流场分布图。比较图6及图7即可发现，流场理论与本发明影像流速仪所取得的实验结果可相互验证。
由以上的说明可知，本发明是更换系统的光源部份以及影像检索部份的设备，并搭配相关元件以及光路的改变，能大幅降低成本，以提高实用性，并且避免对光学元件及样本的伤害。上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的保护范围非仅限于上述实施例。
权利要求
1.一种微影像流速仪，其特征在于，包括一脉冲光源，是用以分别提供一第一脉冲光与一第二脉冲光；一显微镜单元，是透过一导光单元来接收该第一脉冲光或该第二脉冲光，供透过该第一脉冲光或该第二脉冲光来量测一流场，以获得一光学量测结果；一影像检索单元，是透过一影像分隔单元来选择检索该光学量测结果；以及一同步单元，是产生至少一驱动信号，并将该至少一驱动信号分别送至该脉冲光源与该影像检索单元，供控制该脉冲光源产生该第一脉冲光或该第二脉冲光，并控制该影像检索单元选择检索该光学量测结果。
2.如权利要求1所述的微影像流速仪，其特征在于，该脉冲光源具有一第一闪光灯驱动装置与一第二闪光灯驱动装置，供透过该第一闪光灯驱动装置以驱动一第一闪光灯以产生该第一脉冲光，并透过该第二闪光灯驱动装置以驱动一第二闪光灯以产生该第二脉冲光。
3.如权利要求2所述的微影像流速仪，其特征在于，该第一闪光灯驱动装置是透过该第一闪光灯来与该导光单元相连接，该第二闪光灯驱动装置是透过该第二闪光灯来与该导光单元相连接。
4.如权利要求2所述的微影像流速仪，其特征在于，该第一闪光灯与该第二闪光灯是为氙气闪光灯。
5.如权利要求1所述的微影像流速仪，其特征在于，该影像检索单元是具有一第一影像检索器与一第二影像检索器，该影像检索单元是接收该至少一驱动信号，供透过该至少一驱动信号来驱动该第一影像检索器或该第二影像检索器来接收该光学量测结果。
6.如权利要求5所述的微影像流速仪，其特征在于，该第一影像检索器与该第二影像检索器是为摄影机。
7.如权利要求5所述的微影像流速仪，其特征在于，该影像分隔单元是置于一微调盒，其是具有一第一洞孔、一第二洞孔以及一第三洞孔，供透过该第一洞孔与该显微镜单元相连接，透过该第二洞孔与该第一影像检索器相连接，透过该第三洞孔与该第二影像检索器相连接，且该微调盒是经由一微调修正处理来使得该第一影像检索器与该第二影像检索器所接收的光学量测结果一致。
8.如权利要求1所述的微影像流速仪，其特征在于，该脉冲光源具有一第一闪光灯驱动装置与一第二闪光灯驱动装置，以分别用来产生该第一脉冲光与该第二脉冲光，该影像检索单元则具有一第一影像检索器与一第二影像检索器，且该第一闪光灯驱动装置是与该第一影像检索器形成一第一作动单元，该第二闪光灯驱动装置是与该第二影像检索器形成一第二作动单元，供透过该至少一驱动信号来控制该第一作动单元或该第二作动单元动作。
9.如权利要求8所述的微影像流速仪，其特征在于，当该第一作动单元动作时，该第一闪光灯驱动装置是驱动该第一闪光灯以产生该第一脉冲光，该第一影像检索器则检索该光学量测结果。
10.如权利要求8所述的微影像流速仪，其特征在于，当该第二作动单元动作时，该第二闪光灯驱动装置是驱动该第二闪光灯以产生该第二脉冲光，该第二影像检索器则检索该光学量测结果。
11.如权利要求1所述的微影像流速仪，其特征在于，该影像分隔单元是为分光单元。
12.如权利要求1所述的微影像流速仪，其特征在于，该影像检索单元检索该光学量测结果后，是将该光学量测结送至一电脑装置，以对该流场加以分析。
全文摘要
本发明是关于一种微影像流速仪，其是包含脉冲光源、显微镜单元、影像检索单元、同步单元以及电脑装置，其中，脉冲光源具有第一闪光灯驱动装置及第二闪光灯驱动装置，影像检索单元具有第一摄影机及第二摄影机，同步单元是用以产生驱动信号至脉冲光源及影像检索单元，供透过驱动信号来同时驱动第一闪光灯驱动装置及第一摄影机，或同时驱动第二闪光灯驱动装置及第二摄影机，以在不同时段检索瞬间的流场影像，继而将所检索的流场影像送至电脑装置进行分析处理。
文档编号G01C11/00GK1627081SQ20031012017
公开日2005年6月15日 申请日期2003年12月9日 优先权日2003年12月9日
发明者吴孟齐, 庄汉声, 杨正财 申请人:财团法人工业技术研究院