CN107346087A - 用于白光干涉成像的内置转盘式滤波片切换装置 - Google Patents

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王炜毅
吴宇婧
陶彦隐
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Abstract

本发明提供了一种用于白光干涉成像的内置转盘式滤波片切换装置，包括暗箱外壳、切换转盘、半反半透镜及镜座、转盘传动机构；暗箱外壳上端面设有CCD镜筒连接口，暗箱外壳下端面设置物镜连接口，暗箱外壳后端面设置光源入射孔；半反半透镜及镜座包括半反半透镜和镜座，半反半透镜通过镜座固定于暗箱外壳内且位于CCD镜筒连接口和物镜连接口之间；切换转盘设置若干安装不同参数滤波片或挡片的通光孔；转盘传动机构包括转盘齿轮、电机齿轮、转盘轴，转盘轴固定于暗箱外壳前端面内壁上，转盘轴与切换转盘下底面中心通过转盘轴承连接，转盘齿轮与切换转盘上底面中心固定连接，电机齿轮与转盘齿轮啮合，电机齿轮与外部电机的转轴固定连接。

Description

用于白光干涉成像的内置转盘式滤波片切换装置
技术领域
本发明涉及一种白光干涉显微成像技术，特别是用于白光干涉成像的内置转盘式滤波片切换装置。
背景技术
在现代测量技术中出现了许多基于光学的微观轮廓测量仪器，其中，白光扫描干涉显微镜法采用白光光源，结构类似于干涉显微镜，通过压电陶瓷驱动参考镜进行扫描干涉，使干涉条纹扫描过整个被测表面，根据干涉条纹的光强极值对应表面最佳干涉位置获得表面的高度信息，继而得到被测样品的三维形貌，具有较高的测量精度、纵向测量范围大、表面信息直观、测量精度高和全视场三维测量等优点。
在白光干涉显微成像测量过程中，时常需要将白光切换单色光，或者增加遮挡片，而现今大部分白光干涉显微成像系统均为显微镜改造而来，其结构简单，自动化程度低，采用的切换方式为手动插放滤波片或者挡片，这样反复插放滤波片，滤波片会有损伤，操作繁琐。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于白光干涉成像的内置转盘式滤波片切换装置，包括暗箱外壳、切换转盘、半反半透镜及镜座、转盘传动机构；暗箱外壳上端面设有CCD镜筒连接口，暗箱外壳下端面设置物镜连接口，暗箱外壳后端面设置光源入射孔；半反半透镜及镜座包括半反半透镜和镜座，半反半透镜通过镜座固定于暗箱外壳内且位于CCD镜筒连接口和物镜连接口之间；切换转盘设置若干安装不同参数滤波片或挡片的通光孔；转盘传动机构包括转盘齿轮、电机齿轮、转盘轴，转盘轴固定于暗箱外壳前端面内壁上，转盘轴与切换转盘下底面中心通过转盘轴承连接，转盘齿轮与切换转盘上底面中心固定连接，电机齿轮与转盘齿轮啮合，电机齿轮与外部电机的转轴固定连接。
作为本发明的一种改进，该装置还包括转盘自动定位器，所述转盘自动定位器包括微型步进电机、圆盘式挡片、光电开关、外围控制电路；微型步进电机通过电机支架固定在暗箱外壳上端面上，微型步进电机的电机转轴穿过暗箱外壳上端面与电机齿轮固定连接；光电开关包括设置于暗箱外壳上端面的光电发射端和光电接收端且二者之间设置挡片通道；圆盘式挡片包括圆盘基座和挡片，圆盘基座固定于电机转轴上，挡片沿圆盘机座的周向设置若干且圆盘基座在微型步进电机驱动下带动挡片通过挡片通道；外围控制电路与光电开关连接。
作为本发明的一种改进，该装置还包括转盘锁定器，所述转盘锁定器包括套筒、弹簧、推杆；套筒固定于暗箱外壳侧面上，且该暗箱外壳侧面设置推杆通孔；推杆穿过套筒和推杆通孔伸入暗箱外壳内；弹簧套于推杆上，一端固定于推杆上且另一端固定于暗箱外壳的侧壁上；所述切换转盘沿侧面的周向设置若干与推杆匹配的凹槽且每一凹槽对应一通光孔。
本发明与现有技术相比,，具有以下优点：(1)切换转盘上可同时安装多个滤波片或者挡片，采用齿轮啮合和步进电机驱动，结构紧凑、转动精确、易于控制，不需反复进行滤波片插换；(2)设有自动定位装置，采用光电开关作为位置传感器，当挡片遮挡光电开关产生信号时，对应的滤波片同步和轴线重合，外围电路控制步进电机停止，滤波片切换定位准确、快速；(3)设有手动锁定装置，当不需要切换滤波片或者关机状态下，可以锁定转盘，限制运动。
下面结合说明书附图对本发明做进一步描述。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图，其中图1(a)为立体图，图1(b)为主视图的剖视图。
图2为本发明转盘自动定位器结构示意图，其中图2(a)为立体图，图2(b)主视图的剖视图。
图3为本发明转盘传动机构结构示意图，其中图3(a)为立体图，图3(b)主视图的剖视图。
图4为本发明的转盘锁定器示意图,其中图4(a)为剖视图，图4(b)为推杆零件示意图，图4(c)为套筒剖视图。
图5为本发明的光路示意图。
具体实施方式
结合图1，一种用于白光干涉成像的内置转盘式滤波片切换装置，包括暗箱外壳1、转盘锁定器2、转盘自动定位器3、切换转盘4、半反半透镜及镜座5、转盘传动机构6。
暗箱外壳1由上盖6-7、底板、后板、前板6-6以及两个侧板组成，上盖开有CCD镜筒连接口，用于与图像采集模块连接；底板设置物镜连接口，用于与干涉物镜连接；后板开有光源入射孔，用于与平行光源模块连接；
半反半透镜及镜座5包括半反半透镜和镜座，半反半透镜通过镜座固定于暗箱外壳1的底板上且位于CCD镜筒连接口和物镜连接口之间；半反半透镜中心位于入射光和中轴线的交点上，用于反射入射光源进入干涉物镜，同时透过经镜头反射回来的光线进入图像采集模块。
切换转盘4与暗箱外壳1的前板连接，其上设置若干的通光孔，通光孔上设置不同参数的滤波片或挡片，可以将白光过滤为不同的单色光或遮挡白光的透过。通光孔在转盘传动机构6的驱动下转动，使得不同的通光孔的中心位于CCD镜筒连接口的投影与CCD镜筒连接口的中心重合。
转盘自动定位器3通过外围电路控制，实现转盘自动旋转及定位；
转盘传动机构6连接切换转盘4和转盘自动定位器3，传递动力；
转盘锁定器2用于限制锁定转盘运动。
结合图2，所述转盘自动定位器3包括微型步进电机3-1、电机支架3-2、圆盘式挡片3-3、光电开关3-4、电机转轴3-5以及外围控制电路3-6。微型步进电机3-1通过电机支架3-2固定在暗箱外壳1的上盖上；电机转轴3-5穿过上盖的通孔，通过两个轴承配合固定，连接电机和电机齿轮6-2，传递动力；圆盘式挡片3-3安装在在电机转轴3-5上，随步进电机转动，挡片边缘沿径向均匀分布数个齿形薄片，位置与切换转盘4上的滤波片对应；光电开关3-4安装在上盖上，当圆盘式挡片3-3转动时，齿形薄片正好可以遮挡住光电开关的接收器；外围控制电路3-6接受光电开关3-4发出的信号，并且控制微型步进电机3-1转动和停止，实现滤波片转换和自动定位。
结合图3，所述转盘传动机构6包括转盘齿轮6-1、电机齿轮6-2、转盘轴承6-3、转盘轴6-4、螺钉6-5、前板6-6以及上盖6-7。切换转盘4中心圆孔上加工有圆柱凸台，转盘齿轮6-1和切换转盘4凸台过盈配合，二者轴线重合，同时转动；前板6-6上加工有长条通孔和凸台；切换转盘4中心孔通过转盘轴承6-3和转盘轴6-4配合，螺钉6-5贯通转盘轴6-4连接固定在前板6-6的凸台上，切换转盘4可沿着轴线转动；电机齿轮6-2通过键和电机转轴3-5连接；电机齿轮6-2和转盘齿轮6-1穿过前板6-6上的长条通孔，相互啮合，传递电机的动力给转盘。所述转盘传动机构6可传递微型步进电机3-1的动力提供给切换转盘4实现滤波片切换功能。
结合图4，所述转盘锁定器2包括套筒2-1、紧定螺钉2-2、弹簧2-3以及推杆2-4。套筒2-1通过紧定螺钉2-2固定于暗箱外壳1的侧板上，且套筒2-1靠近远离侧板的通孔处设置推杆挡块2-1-1。推杆2-4上加工有圆柱凸台和卡榫2-4-1，一端穿过套筒，另一端穿过侧板顶住切换转盘4侧面的凹槽，圆柱凸台上的卡隼2-4-1与推杆挡块2-1-1配合防止推杆2-4滑出套筒2-1。弹簧2-3穿过推杆2-4，一端顶住推杆的圆柱凸台，另一端顶住侧板。
结合图5，入射平行白光经入射孔进入暗箱，经半反半透镜反射向下进入干涉物镜，光线经物体表面反射进物镜发生干涉产生干涉条纹，进而干涉图样又透过半反半透镜垂直向上，经切换转盘上的滤波片滤波，最后进入图像采集模块获取图像。
本发明的工作原理在于：上位机向外围控制电路3-6发送选择滤波片指令，根据指令内容，驱动微型步进电机3-1，电机转动带动圆盘挡片3-3转动，同时通过转盘传动机构6带动切换转盘4转动。当滤波片中心线和轴线重合时，齿形薄片阻挡光电开关3-4接收器，向外围电路发送信号，电机自动停止转动，滤波片自动切换定位完成。
在关机状态下，微型步进电机没有自锁能力，切换转盘可能会受到外界干扰发生转动，因此通过转盘锁定器限制转动。具体操作如下：向内推动2-4，推杆压缩弹簧2-3，推杆卡榫和套筒的卡榫槽分离，然后旋转推杆，推杆上的凸台卡住套筒内壁，在弹簧的弹力作用下，推杆固定。同时另一端顶住切换转盘4侧面的凹槽，转盘锁定完成。在此状态下再旋转推杆，推杆卡榫和套筒的卡榫槽重合，在弹力作用下复位，推杆另一端和转盘凹槽分离，解除锁定完成。

Claims (4)

1.一种用于白光干涉成像的内置转盘式滤波片切换装置，其特征在于，包括暗箱外壳[1]、切换转盘[4]、半反半透镜及镜座[5]、转盘传动机构[6]；
暗箱外壳[1]上端面设有CCD镜筒连接口，
暗箱外壳[1]下端面设置物镜连接口，
暗箱外壳[1]后端面设置光源入射孔；
半反半透镜及镜座[5]包括半反半透镜和镜座，
半反半透镜通过镜座固定于暗箱外壳[1]内且位于CCD镜筒连接口和物镜连接口之间；
切换转盘[4]设置若干安装不同参数滤波片或挡片的通光孔；
转盘传动机构[6]包括转盘齿轮[6-1]、电机齿轮[6-2]、转盘轴[6-4]，
转盘轴[6-4]固定于暗箱外壳[1]前端面内壁上，
转盘轴[6-4]与切换转盘[4]下底面中心通过转盘轴承[6-3]连接，
转盘齿轮[6-1]与切换转盘[4]上底面中心固定连接，
电机齿轮[6-2]与转盘齿轮[6-1]啮合，
电机齿轮[6-2]与外部电机的转轴固定连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括转盘自动定位器[3]，所述转盘自动定位器[3]包括微型步进电机[3-1]、圆盘式挡片[3-3]、光电开关[3-4]、外围控制电路[3-6]；
微型步进电机[3-1]通过电机支架[3-2]固定在暗箱外壳[1]上端面上，
微型步进电机[3-1]的电机转轴[3-5]穿过暗箱外壳[1]上端面与电机齿轮[6-2]固定连接；
光电开关[3-4]包括设置于暗箱外壳[1]上端面的光电发射端和光电接收端且二者之间设置挡片通道；
圆盘式挡片[3-3]包括圆盘基座和挡片[3-3-1]，
圆盘基座固定于电机转轴[3-5]上，
挡片[3-3-1]沿圆盘机座的周向设置若干且圆盘基座在微型步进电机[3-1]驱动下带动挡片[3-3-1]通过挡片通道；
外围控制电路[3-6]与光电开关[3-4]连接。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括转盘锁定器[2]，所述转盘锁定器[2]包括套筒[2-1]、弹簧[2-3]、推杆[2-4]；
套筒[2-1]固定于暗箱外壳[1]侧面上，且该暗箱外壳[1]侧面设置推杆通孔；
推杆[2-4]穿过套筒[2-1]和推杆通孔伸入暗箱外壳[1]内；
弹簧[2-3]套于推杆[2-4]上，一端固定于推杆[2-4]上且另一端固定于暗箱外壳[1]的侧壁上；
所述切换转盘[4]沿侧面的周向设置若干与推杆[2-4]匹配的凹槽且每一凹槽对应一通光孔。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，半反半透镜与水平方向间的夹角为45°。
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