CN115355989A - 一种全自动调节波长的水下多光谱显微镜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水下光谱显微镜，是一种基于轮转式滤光轮的水下全自动波长调节多光谱显微镜，解决了多光谱显微镜成像问题。本发明通过一个短波光源激发目标荧光，远心镜头观测到目标后，再使用一个轮转式滤光轮留下指定波段的光谱图像，最后通过工业相机成像。所述前端盖与后端盖都通过螺钉与舱体固定连接，所述前端盖、后端盖各自与舱体之间均设有两道径向橡胶密封圈，所述前盖与前端盖之间还设有一个光学玻璃，所述把手与后端盖之间通过螺钉固定。实现了在远距离对微米级目标的荧光进行单一波长的光谱成像，且具备毫米级的自动调焦功能，可以在水下无侵入性的完成图像采集工作并实时传回数据，满足实际应用场景中的多种需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种水下显微镜，特别涉及一种全自动调节波长的水下多光谱显微镜。
背景技术
随着人们对海洋研究的深入，人们开始关注海藻、珊瑚等海洋生态中的微观物体。近年来，研究发现，海藻、珊瑚等水下生物会被短波光源激发出多种不同颜色的荧光，荧光光谱成像技术可以直接得到目标物的光谱信息，这对观测荧光生物具有重大意义。目前现有的水下多光谱成像技术主要是用多个不同波长的激光器去激发荧光后采集图像，该技术存在的问题主要是：由于目标发出的荧光与短波光源并非同一个波段，因此采集到的图像总会受到短波光源的影响，无法对荧光进行单一光谱成像。此外，现有的水下光谱成像技术都无法对微米级的物体进行观测。水下光谱显微成像技术是将水下成像技术、光谱成像技术与显微成像技术进行了有机结合，是一种新兴的光学成像技术。在针对水下微观生物的光谱图像采集方面，该发明可以很好的完成人们的需求，具有很大的市场可行性。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺点和不足，提供一种全自动调节波长的水下多光谱显微镜。本发明通过一个短波光源激发目标荧光，远心镜头观测到目标后，再使用一个轮转式滤光轮留下指定波段的光谱图像，最后通过工业相机成像。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种全自动调节波长的水下多光谱显微镜，包括密封舱体、照明装置、成像装置、电源控制装置、固定支架以及信号传输装置，所述密封舱体由前盖、前端盖、舱体、后端盖、把手组成，所述成像装置包括远心镜头、液态透镜、轮转式滤光轮、工业相机，所述成像装置、电源控制装置均安装在固定支架上，所述固定支架通过螺钉固定在密封舱体内，所述信号传输装置包括两个水密接插件和一个穿舱件。
所述前端盖与后端盖都通过螺钉与舱体固定连接，所述前端盖、后端盖各自与舱体之间均设有两道径向橡胶密封圈，所述前盖与前端盖之间通过螺钉连接，所述前盖与前端盖之间还设有一个光学玻璃，所述前盖、前端盖各自与光学玻璃之间设有一道轴向橡胶密封圈，所述把手与后端盖之间通过螺钉固定。
还包括步进电机，所述远心镜头、液态透镜、轮转式滤光轮、工业相机之间通过螺纹连接，所述轮转式滤光轮连接步进电机，步进电机工作带动轮转式滤光轮转动。
包括滤光轮前盖、滤光轮上、波长不同的六个滤光片、滤光轮下、滤光轮后盖、光电开关。
所述两个水密接插件通过电线连接电源控制装置，所述穿舱件通过线缆连接工业相机。
包括设于舱体内部的支架、三块电路板和电机驱动器，电路板分别连接电机驱动器、照明装置、液态透镜，所述电机驱动器连接步进电机，所述电机驱动器通过螺钉固定在支架上。
包括白光LED和短波光源，所述白光LED固定在前端盖上。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明采用了远心镜头与液态透镜结合的方式，实现了在远距离对目标物体的显微成像，放大倍数可以达到5倍以上，且光学分辨率达到了200lp/mm以上，且实现了毫米级的自动焦距调节，可以在水下无侵入性的完成图像采集工作；
2、本发明采用的照明装置为一个白光LED和一个短波光源，白光LED提供了在水下拍摄所需的照明条件，短波光源则可以激发目标发出荧光，且光源的强弱均可调节，满足水下荧光成像的需求；
3、本发明采用了轮转式滤光轮与光电开关结合的方式，实现了对荧光进行单一波长的光谱成像，通过步进电机控制轮转式滤光轮转动，再通过光电开关控制电机停止，确保滤光片与通光孔位于同一轴线上，结构简单，控制便利，通过更换不同波长的滤光片实现了水下的多光谱图像采集；
4、本发明结构简单，安装方便，满足了深海环境中对于设备耐压、防漏的要求，且能够对微米级目标进行单一光谱成像，并实时传回数据，可以在水面上通过上位机进行调光、调焦、更换滤光片、图像采集等控制，满足实际应用场景中的多种需要。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为内部成像装置结构示意图；
图3为轮转式滤光轮的结构爆炸图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述。
如图1-图3所示，本发明提供一种全自动调节波长的水下多光谱显微镜，包括密封舱体3、照明装置、成像装置、电源控制装置、固定支架以及信号传输装置。所述前盖1、前端盖2、舱体3和后端盖6组成密封舱体3，所述密封舱体3整体呈圆柱体结构，所述光学玻璃设置在前端盖2一侧，且前盖1在光学玻璃的另一侧通过螺钉固定光学玻璃，所述光学玻璃与前盖1、光学玻璃与前端盖2的接触面上各设有一道轴向橡胶密封圈，所述白光LED固定在前端盖2上，所述白光LED连接一块调光控制板，所述调光控制板提供LED发光所需的电源以及传递调光控制指令，所述成像装置包括远心镜头15、液态透镜14、轮转式滤光轮12、工业相机11，所述远心镜头15与液态透镜14之间通过螺纹连接，所述液态透镜14与轮转式滤光轮12之间通过一个螺纹转接环连接，所述轮转式滤光轮12与工业相机11之间通过一个螺纹转接环连接，所述轮转式滤光轮12和步进电机5之间通过螺钉固定连接，所述液态透镜14连接一块电源控制板，电源控制板通过控制电压来控制调节液态透镜14焦距变化，通过上位机程序实现对远距目标的自动调焦，所述步进电机5连接一个电机驱动器4，上位机控制软件通过所述电机驱动器4实现对步进电机5的控制，所述电机驱动器4通过螺钉固定在支架上，所述远心镜头15、液态透镜14、轮转式滤光轮12以及相机的通光孔均处在一条轴线上，所述远心镜头15安装在远心镜头15固定件上，所述轮转式滤光轮12安装在轮转式滤光轮12固定件上，所述远心镜头15固定件、轮转式滤光轮12固定件和电机驱动器4通过螺钉固定在支架上，所述支架通过螺钉固定在后端盖6上，所述前端盖2与舱体3之间、后端盖6与舱体3之间用螺钉固定装配，所述水密接插件7与后端盖6之间螺纹连接固定，所述穿舱件8与后端盖6之间螺纹连接固定，所述两个把手9与后端盖6之间螺纹连接固定，
所述轮转式滤光轮12由滤光轮前盖17、滤光轮后盖21、滤光轮上18、滤光轮下20、光电开关22和复数个滤波片组成，所述滤波片夹在滤光轮上18与滤光轮下20之间，且滤光轮上18和滤光轮下20通过螺栓螺母固定连接，所述滤光轮上18和滤光轮下20轴心与步进电机5联接，所述滤光轮前盖17与滤光轮后盖21通过螺钉连接，所述滤光轮上18和滤光轮下20安装在滤光轮前盖17以及滤光轮后盖21内部，所述光电开关22夹在滤光轮前盖17以及滤光轮后盖21之间。
所述密封整体呈圆柱型；所述成像装置、电源控制装置均固定在支架上；所述成像装置可以对目标进行微米级单一光谱成像，其中零部件光路均在同一轴线上；所述照明装置包括一个白光LED和一个短波光源，满足水下照明以及激发目标荧光的要求；所述电源控制装置用以提供设备所需的电源以及控制命令的传输；所述信号传输装置实现了本设备在水下与水上控制端的通讯以及电力的供应。
所述远心镜头15的光学分辨率可以达到200lp/mm以上，放大倍数在5倍以上，工作距离在96mm左右，实现了在较远距离对目标进行显微成像。
所述液态透镜14的通光孔径达到了16mm，并且能够实现毫米级的自动对焦，确保能传回清晰的图像。
所述白光LED为环形光源，可以提供均匀的照明光，并且通过调光控制板实现了对光源强弱的控制。
所述短波光源为波长460nm-490nm之间的激光光源，可以用来激发目标的荧光。
所述光电开关22实现了对电机的精准控制，确保了滤光片19与通光孔始终处在同一轴线上。
所述水密接插件7与后端盖6通过螺纹连接固定，且水密接插件7与后端盖6的接触面设有一道轴向橡胶密封圈。
所述穿舱件8与后端盖6通过螺纹连接固定，且穿舱件8与后端盖6的接触面设有一道轴向橡胶密封圈。
所述前端盖2、后端盖6与舱体3接触面上均设有两道径向橡胶密封圈。
所述前盖1、前端盖2、舱体3、后端盖6均由铝合金材料制成，所述光学玻璃由亚克力材料制成。
所述的光学玻璃承受水压强度大于1兆帕。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制，同时以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解。
Claims (7)
1.一种全自动调节波长的水下多光谱显微镜，包括密封舱体、照明装置、成像装置、电源控制装置、固定支架以及信号传输装置，其特征在于：所述密封舱体由前盖（1）、前端盖（2）、舱体（3）、后端盖（6）、把手（9）组成，所述成像装置包括远心镜头（15）、液态透镜（14）、轮转式滤光轮（12）、工业相机（11），所述成像装置、电源控制装置均安装在固定支架上，所述固定支架通过螺钉固定在密封舱体内，所述信号传输装置包括两个水密接插件（7）和一个穿舱件（8）。
2.根据权利要求1所述的一种全自动调节波长的水下多光谱显微镜，其特征在于，所述前端盖（2）与后端盖（6）都通过螺钉与舱体（3）固定连接，所述前端盖（2）、后端盖（6）各自与舱体（3）之间均设有两道径向橡胶密封圈，所述前盖（1）与前端盖（2）之间通过螺钉连接，所述前盖（1）与前端盖（2）之间还设有一个光学玻璃，所述前盖（1）、前端盖（2）各自与光学玻璃之间设有一道轴向橡胶密封圈，所述把手（9）与后端盖（6）之间通过螺钉固定。
3.根据权利要求1所述的一种全自动调节波长的水下多光谱显微镜，其特征在于，还包括步进电机（5），所述远心镜头（15）、液态透镜（14）、轮转式滤光轮（12）、工业相机（11）之间通过螺纹连接，所述轮转式滤光轮（12）连接步进电机（5），步进电机（5）工作带动轮转式滤光轮（12）转动。
4.根据权利要求3所述的一种全自动调节波长的水下多光谱显微镜，其特征在于，包括滤光轮前盖（17）、滤光轮上（18）、波长不同的六个滤光片（19）、滤光轮下（20）、滤光轮后盖（21）、光电开关（22）。
5.根据权利要求1所述的一种全自动调节波长的水下多光谱显微镜，其特征在于，所述两个水密接插件（7）通过电线连接电源控制装置，所述穿舱件（8）通过线缆连接工业相机（11）。
6.根据权利要求3所述的一种全自动调节波长的水下多光谱显微镜，其特征在于，包括设于舱体内部的支架（10）、三块电路板和电机驱动器（4），电路板分别连接电机驱动器（4）、照明装置、液态透镜（14），所述电机驱动器（4）连接步进电机（5），所述电机驱动器（4）通过螺钉固定在支架上。
7.根据权利要求1所述的一种全自动调节波长的水下多光谱显微镜，其特征在于，包括白光LED和短波光源，所述白光LED固定在前端盖（2）上。
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Cited By (1)
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2022
- 2022-08-25 CN CN202211023923.XA patent/CN115355989A/zh not_active Withdrawn
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