CN111158134A - 基于任意型号便携式智能手机显微镜装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于任意型号便携式智能手机显微镜装置及使用方法，采用智能手机实现光学显微镜功能，根据智能手机摄像头以及闪光灯的位置，分别移动两个滑动板，将自动变焦微透镜对准到智能手机摄像头的正下方，将未连接自动变焦微透镜的滑动板的入射孔对准到闪光灯正下方；闪光灯的光路向下照射，经入射孔和两个反射镜模块后改变光路，使光路垂直向上透过载玻片，直射在自动变焦微透镜上，光路向上进入手机摄像头，在智能手机上便看到显微图像；本发明适用于任意型号的智能手机，适用于任何使用对象，针对不同智能手机摄像头和闪光灯孔位置的不同，可以对孔的位置进行任意调节，提高了微颗粒识别效率。

Description

基于任意型号便携式智能手机显微镜装置及使用方法

技术领域

本发明涉及显微镜技术和智能手机应用领域，具体是采用智能手机实现光学显微镜功能的装置。

背景技术

目前显微镜已广泛应用于生物、医疗、教育等领域，它可以帮助人们识别肉眼无法看见的微颗粒。但目前大部分的显微镜操作使用繁琐、体积大且不便于随身携带，难以实现实时检测微颗粒。中国专利公开号为207557572U的文献中公开了一种便携式显微镜，包括底座，载物台和镜筒，底座的上部固定连接有固定块，固定块上滑动套接有滑套，滑套的一侧固定连接有齿条，底座上安装有齿轮，齿轮与齿条啮合连接，载物台的一侧固定连接有限位杆，底座的上部中心嵌装有光源灯，外壳的上表面固定连接有卡接槽，镜筒的下部固定连接有与卡接槽卡接的卡接条，镜筒的内部活动插接有套管，套管的内部螺纹安装有内筒。通过镜筒与外壳的插接方式，便于组装拆卸，同时设置了套管，可以灵活调节内筒上下活动，避免安装时物镜碰撞外壳，通过齿轮和旋钮的设计，可以十分灵活准确地调节载物台，使用灵活方便。但是该装置的缺陷是：需要提供光源灯和镜筒，大大增加了体积，同时只能通过肉眼观察到微颗粒，难以实现微颗粒显微图像的在线拍摄。

发明内容

本发明的目的是解决现有便携式显微镜存在的问题，提供一种基于任意型号便携式智能手机显微镜装置及其使用方法，基于任意型号便携式智能手机实现光学显微镜识别微颗粒功能，使用任意智能手机提供光源，利用反射镜改变光路，通过可变焦的微透镜实现微颗粒显微图像的在线拍摄与识别。

本发明所述的基于任意型号便携式智能手机显微镜装置的技术方案是：包括一个外壳，外壳的上表面固定连接一个水平布置的智能手机夹具，智能手机夹具的下方设有位于外壳内部水面布置的滑台，滑台上开有前后左右纵横交错的滑槽，两个竖直布置的相同的滑动板下端与滑槽相配合；滑动板最外面一层是一个方块体，方块体底面设有纵横交错的滑轨，该滑轨与滑台上纵横交错的滑槽相配合，滑轨能沿滑槽前后左右滑动，方块体顶面上设有第一通孔，第一圆盘滑动连接在第一通孔内，第一圆盘上偏心开设有第二通孔，第二圆盘滑动连接在第二通孔内，第二圆盘上表面偏心开设上下贯通的入射孔，其中一个入射孔上刚性连接有一个自动变焦微透镜，自动变焦微透镜堵住该入射孔；滑台的下方设有水面布置的玻片板，玻片板上开有玻片槽，玻片槽中插入载玻片，载玻片位于连接有自动变焦微透镜的滑动板的正下方；玻片板的下方设有两个相同的反射镜模块、两个相同的反射装置底座和一个CMOS模块，每个反射装置底座的上端都固定连接一个反射镜模块，一个反射镜模块与上方的一个滑动板正对，CMOS模块位于两个反射镜模块之间的中间。

所述的基于任意型号便携式智能手机显微镜装置的使用方法是：先将待检测的样本放在载玻片上，打开智能手机闪光灯、摄像头和手电筒，将智能手机水平放置且用智能手机夹具夹紧；然后，根据智能手机摄像头以及闪光灯的位置，分别移动两个滑动板，将自动变焦微透镜对准到智能手机摄像头的正下方，将未连接自动变焦微透镜的滑动板的入射孔对准到闪光灯正下方；闪光灯的光路向下照射，经入射孔和两个反射镜模块后改变光路，使光路垂直向上透过载玻片，直射在自动变焦微透镜上；最后光路向上进入手机摄像头，在智能手机上便看到显微图像。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.本发明适用于任意型号的智能手机，增加了便捷性，适用于任何使用对象，降低了成本。

2.本发明针对不同智能手机摄像头和闪光灯孔位置的不同，可以对孔的位置进行任意调节，不需要重新设计装置，提高了微颗粒识别效率。

3.本发明中的滑动板、第一圆盘、第二圆盘均连接牢固，使装置更具有稳定性。

4. 本发明中反射镜的使用可以利用智能手机自带的手电筒提供光源，减小了装置的体积，降低了成本。

5.本发明中的可自动变焦微透镜能够应对不同智能手机摄像头像素不一致，提高了识别准确率。

6. 本发明中的CMOS模块的使用确保了智能手机手电筒发出的光能够完全被反射镜反射给微透镜，增加了光源的利用率，增强了整个装置光源的亮度，降低功耗。

7. 本发明装置降低了微颗粒识别装置的体积与成本，增加了自动化程度。

8. 本发明装置采用步进电机控制反射镜转动角度以及高度，充分提高了光源的利用率。

附图说明

图1是本发明所述的基于任意型号便携式智能手机显微镜装置的主视图；

图2 是图1中智能手机夹具1的俯视图；

图3是图1中滑台2的立体图；

图4是图1中滑动板3放大的三维分解图；

图5是图1中滑动板3与滑台2的装配结构俯视图；

图6是图1中自动变焦微透镜4的俯视放大图；

图7是图1中其中一个反射镜模块7放大的结构示意图；

图8是图1所示装置的使用状态图；

图9是图8的俯视图。

附图中各部件的序号和名称：

图中: 1.智能手机夹具；2.滑台；3.滑动板；4.自动变焦微透镜；5.玻片板；6.外壳；7.反射镜模块；8.反射装置底座；9.CMOS模块；

101.L型夹头；102.U型头；103.螺栓；104.螺钉；105.伸缩式弹簧；106.螺纹柱；107.紧固螺母；108.紧固螺丝；109.海绵；

201.第一滑槽；202.第二滑槽；203.第一滑槽与第二滑槽的交错处；

301.入射孔；302.第二通孔；303.方块体；304.第一把手；305.第一通孔；306.第二把手；307.第一圆盘；308.第二圆盘；309.滑轨；

401.微电极；402.微透镜头；403.焊点；

701.支架；702.悬臂；703.步进电机；704.紧固螺母；705.输出轴；706.反射镜；

901.闪光灯；902.摄像头；903.USB传输线；904.智能手机。

具体实施方式

参见图1，本发明所述的基于任意型号便携式智能手机显微镜装置包括一个外壳6，为保证整个装置的避光性，外壳6采用黑色材质制成。外壳6的上表面固定连接一个水平布置的智能手机夹具1，智能手机夹具1是U型形状，U型的开口朝向正前方。智能手机夹具1用于夹紧智能手机，能根据智能手机的大小夹持，夹紧时智能手机水平置放在U型开口处。

智能手机夹具1的下方设有位于外壳6内部的滑台2，滑台2水面布置，固定连接在外壳6内壁上。滑台2上开有前后左右纵横交错的滑槽，滑台2连接了两个相同的滑动板3，滑动板3竖直布置，两个滑动板3的下端与滑槽相配合，滑动连接滑台2上的滑槽，两个滑动板3能沿滑台2上的滑槽前后左右移动。其中一个滑动板3的上端刚性粘接有自动变焦微透镜4，自动变焦微透镜4与智能手机夹具1的下底面平齐或者略低于智能手机夹具1的下底面。

滑台2的下方设有水面布置的玻片板5，玻片板5固定连接外壳6内壁。玻片板5上开有玻片槽，玻片槽中插入载玻片。载玻片位于粘接有自动变焦微透镜4的那个滑动板3的正下方。

玻片板5的下方设有两个相同的反射镜模块7、两个相同的反射装置底座8和一个CMOS模块9，两个反射装置底座8和一个CMOS模块9的下端能移动式地连接于外壳6的内底面上。每个反射装置底座8的上端都刚性固定连接一个反射镜模块7，一个反射镜模块7与上方的一个滑动板3正对，位于一个滑动板3的正下方。CMOS模块9位于两个反射镜模块7之间的中间。使用时，分别移动反射装置底座8和CMOS模块9，使反射镜模块7分别一一对应地位于滑动板3的正下方，然后固定好移动反射装置底座8和CMOS模块9。

参见图1和图2，所述的智能手机夹具1具有一个水平布置的U型头102，U型头102的U形开口朝向正前方。U型头102的内侧壁后段通过螺栓103连接两个左右对称的L型夹头101，L型夹头101紧贴在U型头102的内壁上，两个L型夹头101对合在一起形成U型。在两个L型夹头101对合处连接一根左右水平的伸缩式弹簧105，伸缩式弹簧105的左右两端由螺钉104固定连接在两个L型夹头101上。每个L型夹头101内侧壁都通过强力胶粘接海绵109，海绵109呈锯齿状，能加大摩擦力，便于夹紧智能手机。每个L型夹头101的前端都通过螺纹柱106连接U型头102，左右水平布置的螺纹柱106的内端向内穿过U型头102的前端侧壁后压紧L型夹头101。螺栓103和螺纹柱106固定了L型夹头101的前后位置，并使两个L型夹头101能够左右调节。螺纹柱106的外端配合连接紧固螺丝108，并且通过紧固螺母107旋紧在U型头102上。旋转紧固螺丝108可以带动螺纹柱106左右移动。

使用时，挑选任意一款智能手机，拧松紧固螺母107和螺栓103，伸缩式弹簧105由松弛状态变为拉伸状态，同时螺栓103抵消掉伸缩式弹簧105所拉伸后的反作用力，两个L型夹头101同时向两边扩张，直到L型夹头101可以适应智能手机的宽度，将智能手机水平放置于两个L型夹头101之间，然后拧紧螺栓103，伸缩式弹簧105拉紧，同时将两端的紧固螺丝108拧紧，保证智能手机夹持的水平性，最后将两端的紧固螺母107拧紧，在两个L型夹头101上的海绵109可以避免智能手机被L型夹头101划痕。

参见图1和图3，所述的滑台2上设有若干个的第一滑槽201和第二滑槽202，第一滑槽201和第二滑槽202相互垂直，纵横交错，第一滑槽201左右水平布置，第二滑槽202前后水平布置，第一滑槽201和第二滑槽202都是长方体形状的，且第一滑槽201和第二滑槽202的宽度和高度相同。滑动板3位于第一滑槽201与第二滑槽202的交错处203的正上方。相邻两个第一滑槽201之间的距离与相邻两个第二滑槽202之间的距离都相等。

参见图1和图4，滑动板3是个内外三层嵌套结构，最外面一层是一个方块体303，另外两层是第一圆盘307和第二圆盘308。方块体303底面设有纵横交错的滑轨309，该滑轨309与图3中的滑台2上的第一滑槽201和第二滑槽202相配合，滑轨309能沿第一滑槽201和第二滑槽202前后左右滑动，从而使滑动板3能在滑台2上前后左右移动。方块体303顶面上开设有第一通孔305，第一圆盘307嵌套在第一通孔305内，第一通孔305内滑动连接第一圆盘307，第一圆盘307上偏心开设有第二通孔302，第二圆盘30嵌套在第二通孔302内，第二通孔302内滑动连接第二圆盘308，第一圆盘307可以紧密放置于第一通孔305内，第二圆盘308紧密放置于第二通孔302内，第二圆盘308上表面偏心开设入射孔301，入射孔301是上下贯通的通孔，直径为10mm。其中一个滑动板3的入射孔301上刚性粘接自动变焦微透镜4，自动变焦微透镜4正好将入射孔301堵住。第一圆盘307上表面的边缘处刚性连接一个垂直的第一把手304，第二圆盘308上表面的边缘处刚性连接一个垂直的第二把手306，手动转动第一把手304时，可以使第一圆盘307在第一通孔305内自由转动，手动转动第二把手306时，可以使第二圆盘308在第二通孔302内自由转动，使用方便。

参见图1、3、4和图5，两个滑动板3与滑台2滑动连接，连接时，先确定滑动板3需要固定的位置，前后左右移动两个滑动板3到固定位置，再用手握住第一把手304，旋转第一通孔305内滑动连接的第一圆盘307，再用手握住第二把手306，旋转滑动连接在第二通孔308内的第二圆盘308，直到将入射孔301旋转到固定位置停止。

参见图1、5和图6，自动变焦微透镜4呈长方体状，是10mm*10mm*2mm的长方体，其水平刚性连接在其中一个入射孔301上，可将入射孔301给堵住。自动变焦微透镜4中心是垂直放置的可变焦微透镜头402，微透镜头402外围一圈夹持了四个微电极401，相邻两个微电极401之间呈90°。每两个微电极401中间具有焊点403，一共有四个焊点403，四个焊点403呈90°分布。使用时，当不同智能手机像素点不同的时候，可以通过加热微电极401使微透镜头402发生形变，微电极401供电由智能手机提供，通过USB传输线传输，进而改变微透镜焦距，让微透镜捕获到更清晰的显微图像。

参见图1和图7，反射镜模块7其下段是支架701，支架701的下端固定在图1所示的反射装置底座8上，支架701的上端连接步进电机703，步进电机703的输出轴705经紧固螺母704固定连接L型的悬臂702的下端，悬臂702的上端可旋转地连接反射镜706。从滑动板3的入射孔301中进入的光路可以照射到反射镜706上。使用时，智能手机闪光灯发出的光源通过入射孔301向下直射到其中一个反射镜模块7上，由其上的反射镜706反射到另一个反射镜模块7的反射镜706上，最后向上透过玻片，经过自动变焦微透镜4反射到智能手机相机保存上传。

参见图1、图8和图9，使用时，首先将待检测的样本放在玻片板5上的载玻片上，打开智能手机闪光灯901并进入相机模式，同时打开智能手机904的摄像头902工作模式并同时打开手电筒。将智能手机904水平放置在智能手机夹具1的两个L型夹头101之间，调整两个L型夹头101并夹紧智能手机904。将智能手机904连接有USB传输线903，USB传输线903连接到整个装置，给整个装置供电。

根据智能手机摄像头902以及闪光灯901的位置，选取合适位置的两个入射孔301。由于不同的手机摄像头902以及闪光灯901在手机背部的位置不同，分别移动两个滑动板3，将自动变焦微透镜4对准到智能手机摄像头902的正下方，同时将未接有自动变焦微透镜4的滑动板3的入射孔301对准到闪光灯901正下方。智能手机的闪光灯901的光路向下照射，通过滑动板3的入射孔301照射到其正下方的反射镜模块7上，调整反射镜模块7中的反射镜706，使之与悬臂702呈45度方向。光路通过该反射镜706后，经CMOS模块9，反射到另一个反射镜模块7上，调整另一块反射镜模块7上的反光镜706，使之与所连接的悬臂702呈135度方向。这样，通过两个反射镜模块7改变光路，使光路垂直向上，透过玻片板5上的玻片，直射在自动变焦微透镜4上，加热自动变焦微透镜4上的微电极401，自动改变其焦距适应光路，达到最佳分辨率。最后光路向上进入手机摄像头902，在智能手机904上便能看到清晰的显微图像。

CMOS模块9通过智能手机尾部连接的USB传输线903供电，CMOS模块9根据固定好的两个反射装置底座8的位置安装在它们正中间，用于检测光路是否落射在反光镜706的正中央以及检测光源的强度是否最佳，如果检测为否，则CMOS模块9发出调整信号，通过USB传输线903反馈给智能手机904，继而调节L型夹头101位置以保证光路路径，反射镜模块7中的步进电机703工作，转动反光镜706，使反光镜706达到最佳反射位置，调整智能手机904的光源强度以保证最佳光源亮度。在智能手机相机模式出现显微图像，拍摄保存并上传显微图像。

Claims (7)

1.一种基于任意型号便携式智能手机显微镜装置，包括一个外壳（6），其特征是：外壳（6）的上表面固定连接一个水平布置的智能手机夹具（1），智能手机夹具（1）的下方设有位于外壳（6）内部水面布置的滑台（2），滑台（2）上开有前后左右纵横交错的滑槽，两个竖直布置的相同的滑动板（3）下端与滑槽相配合；滑动板（3）最外面一层是一个方块体（303），方块体（303）底面设有纵横交错的滑轨（309），该滑轨（309）与滑台（2）上纵横交错的滑槽相配合，滑轨（309）能沿滑槽前后左右滑动，方块体（303）顶面上设有第一通孔（305），第一圆盘（307）滑动连接在第一通孔（305）内，第一圆盘（307）上偏心开设有第二通孔（302），第二圆盘（308）滑动连接在第二通孔（302）内，第二圆盘（308）上表面偏心开设上下贯通的入射孔（301），其中一个入射孔（301）上刚性连接有一个自动变焦微透镜（4），自动变焦微透镜（4）堵住该入射孔（301）；滑台（2）的下方设有水面布置的玻片板（5），玻片板（5）上开有玻片槽，玻片槽中插入载玻片，载玻片位于连接有自动变焦微透镜（4）的滑动板（3）的正下方；玻片板（5）的下方设有两个相同的反射镜模块（7）、两个相同的反射装置底座（8）和一个CMOS模块（9），每个反射装置底座（8）的上端都固定连接一个反射镜模块（7），一个反射镜模块（7）与上方的一个滑动板（3）正对，CMOS模块（9）位于两个反射镜模块（7）之间的中间。

2.根据权利要求1所述的基于任意型号便携式智能手机显微镜装置，其特征是：所述的智能手机夹具（1）具有一个水平布置且U型开口朝向正前方的U型头（102）， U型头（102）的内侧壁后段通过螺栓（103）连接两个左右对称的L型夹头（101），L型夹头（101）紧贴在U型头（102）的内壁上，两个L型夹头（101）对合在一起形成U型，在两个L型夹头（101）对合处连接一根左右水平的伸缩式弹簧（105），每个L型夹头（101）内侧壁都通过强力胶粘接海绵（109），左右水平布置的螺纹柱106的内端穿过U型头（102）的前端侧壁后压紧L型夹头（101），螺纹柱（106）的外端连接紧固螺丝（108）。

3.根据权利要求1所述的基于任意型号便携式智能手机显微镜装置，其特征是：所述的第一圆盘（307）上表面的边缘处刚性连接一个垂直的第一把手（304），第二圆盘（308）上表面的边缘处刚性连接一个垂直的第二把手（306）。

4.根据权利要求1所述的基于任意型号便携式智能手机显微镜装置，其特征是：自动变焦微透镜（4）的中心是垂直放置的可变焦微透镜头（402），微透镜头（402）外围一圈夹持有四个微电极（401），每两个微电极（401）中间具有焊点（403），加热微电极（401）能使微透镜头（402）发生形变以改变微透镜焦距。

5.根据权利要求1所述的基于任意型号便携式智能手机显微镜装置，其特征是：反射镜模块（7）的下段是支架（701），支架（701）的下端固定连接反射装置底座（8），支架（701）的上端连接步进电机（703），步进电机（703）的输出轴（705）经紧固螺母（704）固定连接L型的悬臂（702）的下端，悬臂（702）的上端可旋转地连接反射镜（706）。

6.一种如权利要求1所述的基于任意型号便携式智能手机显微镜装置的使用方法，其特征是：先将待检测的样本放在载玻片上，打开智能手机闪光灯、摄像头和手电筒，将智能手机水平放置且用智能手机夹具（1）夹紧；然后，根据智能手机摄像头以及闪光灯的位置，分别移动两个滑动板（3），将自动变焦微透镜（4）对准到智能手机摄像头的正下方，将未连接自动变焦微透镜（4）的滑动板（3）的入射孔（301）对准到闪光灯正下方；闪光灯的光路向下照射，经入射孔（301）和两个反射镜模块（7）后改变光路，使光路垂直向上透过载玻片，直射在自动变焦微透镜（4）上；最后光路向上进入手机摄像头，在智能手机上便看到显微图像。

7.根据权利要求6所述的基于任意型号便携式智能手机显微镜装置的使用方法，其特征是：CMOS模块（9）检测光路是否落射在反射镜模块（7）的正中央以及检测光源的强度是否最佳，如果检测为否，则CMOS模块（9）发出调整信号，通过USB传输线反馈给智能手机。

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