专利名称：一种用于摄影显微镜三维微结构成像的三向光纤照明系统的制作方法
技术领域：
一种用于摄影显微镜三维微结构成像的光强精确可调的三向光纤照明系统属于微检测和控制技术领域。主要应用于在显微摄影中对透明材料或不透明材料的三维微结构进行成像，并适用于多种光学显微镜的照明成像，以及各种对照明光强度精度要求较高的场合。
背景技术：
CCD显微测量技术离不开显微摄影。在拍摄时由于采用的光线的不同，所产生的图象效果更有很大差异。光学显微镜是显微摄影的重要组成部分，它把被观察对象按照一定倍数放大并通过CCD摄象机成像在显示器上。一般的光学显微镜均采用底部照明的方法对被观察对象进行成像，原理如图1所示，其中1是光源，2是透镜组，3是载物平台，4是被观察对象，5是物镜。所以拍摄的图象只能观察到对象的表面轮廓。在某些观察过程中观察的对象是基于有机聚合物材料加工的三维微机械器件或三维微结构。其尺寸范围在几微米到几毫米之间。有时需要观察对象的局部三维形貌以满足定域观测的需要，但是单纯采用底部透射光照明远远达不到要求。另外，一般的显微镜的照明光源通过手动调节可变电阻来改变光源光强。光强的稳定性、变化的连续性和范围都比较差，尤其在显微摄影中，其不足尤为明显。
发明内容
本实用新型的目的在于提供了一种用于摄影显微镜三维微结构成像的三向光纤照明系统，对摄影显微镜的照明系统进行合理的设计，包括照明系统整体结构的设计和照明光强控制系统的软件设计和硬件设计。
本实用新型所要解决的技术问题a、照明光的均匀性。
b、现三维立体效果必须要从不同方向和不同角度对被观察对象进行照明，因此需要详细设计能从任意入射方向和入射角度对被观察对象进行照明的机械结构，并且能和显微镜较好的组装在一起构成一整体以达到美观实用的效果。
c、为实现最佳的三维立体效果，照明光的光强需要稳定，变化连续和较宽的调节范围，并且可以任意调节一向、两向或三向光源以便于实时调节，因此既需要设计功能齐全的软件还需要D/A卡、电流放大电路等硬件的支持。
本实用新型中所采用的三向光纤照明系统的照明原理如图2所示；即根据光照度定义E=Icosir2,]]>当入射角i和入射距离r保持确定值时，精确调节光源光强I可以得到显微摄影需要的理想光照度。首先为了使被观察对象的某一局部的或整体的三维结构形貌清晰成像，或使不同区域的形貌具有较强的灰度对比效果，就要先调节三个光纤束的入射角度、入射方向和入射距离。固定位置后再分别调节每一束入射光的光强可以使不同区域具有不同的光照度，从而获得较理想的具有一定灰度对比度的清晰的三维图象。
为了实现以上目的，本实用新型采用了如图3所示的技术方案。该技术方案包括有置于载物平台3上的被观察对象4，对被观察对象4进行照明的光源，放大被观察对象4的光学显微镜5，通过光学显微镜对被观察对象进行成像并显示在显示器上的CCD摄象机，本实用新型特征在于，照明光源采用了直接对被观察对象4进行照明的光纤束装置；该装置是将两个以上的光纤束发光器、采用通用的机械连接方法集成在一起的光纤束连接座8；其中光纤束发光装置包括有发光光源11，及与光纤束连接座8连接、连接发光光源11、并将光线通过包有光纤束的金属软管15耦合进光纤束6的光纤耦合头10；本系统设置一支架连接座7，光纤束连接座8和光学显微镜5按通常的显微镜观测及照明光源可达位置、采用通用的机械连接方法、固定连接在装置连接座7上；本系统还设有将显示器上显示的被观察对象4的成像信号接入到装有通用的发光光源件的计算机，计算机发出的控制指令通过D/A卡、并对D/A卡输出的电压信号进行处理、并转换成发光光源11需要的电压和电流的、通用的电流放大电路。
本实用新型光纤束系统的光纤束连接座8内设置了3个光纤束发光装置。
本实用新型是一种将计算机控制技术、机械设计和光纤照明结合起来的照明系统。由于采用三个光纤束并配以可固定形状的金属软管既可以解决照明光的均匀性问题也可以实现照明光入射角度和入射方向的任意调节。再通过合理的设计连接座的机械机构便很好的解决了第二个问题。通过编程可以实现对任一照明光光强进行单独控制，也可对任意两个或三个照明光光强在原来调节的基础上进行同时控制的功能。再配以计算机、D/A卡和电流放大电路即可很好地实现最佳的三维立体效果。
采用本实用新型对采用透明的聚合物材料加工的微齿轮和铅粉沫进行成像获得了较好的三维立体效果。局部形状清晰可见。而用一般的显微镜照明光成的像只能观察到其表面轮廓，没有明显的三维效果。
图1现有技术光学显微镜照明原理图1是光源，2是透镜组，3是载物平台，4是被观察对象，5是物镜；图2本实用新型的照明原理图6是光纤束；图3本实用新型的系统结构原理图图4本实用新型的整体结构图(a)整体结构的主视图7支架连接座，8是光纤束连接座，9是将一个光纤束的耦合头固定在连接座上的盖冒；(b)整体结构的俯视图10光纤耦合头，11是发光光源，12是固定光纤束耦合头的压圈，13是封盖，同时起引出导线的作用，14是电导线，15是可固定形状的金属软管；(c)主视图的剖视图16是支架和连接座的连接孔，17是固定支架的穿孔；(d)整体结构的连接图18CCD摄象机与显微镜连接的连接座，19是CCD摄象机。
图5本实用新型的结构外型图；图6分别采用现有技术和本实用新型对微齿轮进行照明成像的效果对比图(a)采用现有技术对微齿轮进行照明成像的效果图，(b)采用本实用新型对微齿轮进行照明成像的效果图；图7分别采用现有技术和本实用新型对铅粉沫进行照明成像的效果对比图(a)采用现有技术对铅粉沫进行照明成像的效果图，(b)采用本实用新型对铅粉沫进行照明成像的效果图。
具体实施方式
采用如图4所示结构的实用新型选用的照明光源为额定电压为2.2V，额定电流为0.3A的聚光灯泡；光纤束为直径3mm，长30cm的玻璃光纤束；金属软管为直径10mm，长30cm的可固定形状的金属软管；显微镜选用重庆光电仪器有限公司的XSZ-7G摄影生物显微镜；D/A卡选用北京中泰研创科技有限公司的PCI-8322型四通道12位D/A卡；照明光强控制软件采用VisualC++编制，基于Windows操作系统；电流放大电路采用接入缓冲晶体管的闭环负反馈运算放大器的稳压电路。
采用以上配置的使用新型根据被观察对象4的空间位置调节三个金属软管15内置的光纤束6给以合适的入射角度和入射方向，对被观察对象4进行照明并在光学显微镜中放大后，通过CCD摄象机19成像在显示器上；再对成像后的三维效果图进行判断，根据成像的效果采用通用的控制软件调节发光光源的电压，通过计算机控制D/A卡的输出电压信号，该信号通过电流放大电路转换成发光光源需要的电压和电流。发光光线通过耦合头10耦合进光纤束6并通过光纤束6传输到被观察对象4结构的表面，并反射进显微镜的物镜5，从而实现被观察对象4的三维微结构成像。通过对微齿轮和铅粉沫进行照明成像，获得局部形状清晰可见，三维立体效果较强的三维图象。
权利要求1.一种用于摄影显微镜三维微结构成像的三向光纤照明系统，包括有置于载物平台(3)上的被观测对象(4)，对被观测对象(4)进行照明的光源，放大被观测对象(4)的光学显微镜，通过光学显微镜对被观察对象进行成像并显示在显示器上的CCD摄象机，本实用新型特征在于，照明光源采用了直接对被观察对象(4)进行照明的光纤束装置；该装置是将两个以上的光纤束发光器、采用通用的机械连接方法集成在一起的光纤束连接座(8)；其中光纤束发光装置包括有发光光源(11)，及与光纤束连接座(8)连接、连接发光光源(11)、并将光线通过包有光纤束的金属软管(15)耦合进光纤束(6)的光纤耦合头(10)；本系统设置一支架连接座(7)，光纤束连接座(8)和光学显微镜按通常的显微镜观测及照明光源可达位置、采用通用的机械连接方法、固定连接在装置连接座(7)上；本系统还设有将显示器上显示的被观测对象(4)的成像信号接入到装有通用的发光光源调节控制软件的计算机，计算机发出的控制指令通过D/A卡、并对D/A卡输出的电压信号进行处理、并转换成发光光源(11)需要的电压和电流的、通用的电流放大电路。
2.根据权利要求1所述的一种用于摄影显微镜三维微结构成像的三向光纤照明系统，其特征在于，光纤束系统的光纤束连接座(8)内设置了3个光纤束发光装置。
专利摘要一种用于摄影显微镜三维微结构成像的三向光纤照明系统属于微检测和控制技术领域。本实用新型是根据被观察对象的空间位置调节三个金属软管内置的光纤束给以合适的入射角度和入射方向，对被观察对象进行照明并在光学显微镜中放大后，通过CCD摄象机成像在显示器上；再对成像后的三维效果图进行判断，根据成像的效果采用通用的控制软件调节发光光源的电压，通过计算机控制D/A卡的输出电压信号，该信号通过电流放大电路转换成发光光源需要的电压和电流。发光光线通过耦合头耦合进光纤束并通过光纤束传输到被观测对象结构的表面，并反射进显微镜的物镜，从而实现被观测对象的三维微结构成像，以获得局部形状清晰可见的、良好的三维立体效果。
文档编号G03B35/08GK2685907SQ0320927
公开日2005年3月16日 申请日期2003年9月10日 优先权日2003年9月10日
发明者左铁钏, 张麟, 陈涛, 刘世炳 申请人:北京工业大学