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北京市西城区广安门
内广义街5号广益大厦
大赛作品详情

作品名称:便捷式显微镜
学校名称:南昌交通学院
参赛队伍:创梦小队
参赛学生:雷文龙 张志昆  
指导老师:郭芙梅 傅芳芳  

详细说明

设计背景:便携式显微镜(Portable microscope)是对显微镜行业的一次革新,显微镜是人类伟大发明之一,是由一个或几个透镜的组合构成的光学仪器,是人类进入原子时代的标志。主要用于放大微小物体,成为肉眼所见图像。显微镜在各项科学领域以及教育领域有巨大的作用,但是显微镜作为精密仪器却很难走出实验室,往往在特定的环境下才能使用,这种特点限制了这一发明的作用。  
   便携式电子光学显微镜则解决了这一问题,通过机械结构的重新设计,将体积缩小至手机大小,达到便携的目的,同时加入电子镜头的设计,可实现自动对焦及对载玻片位置的自动调整。同时加入可变色LED光源,以适应复杂的使用环境。本显微镜由电子升降式载物台和电子镜头、镜身,LED光源,蓄电池组成。由电子镜头采集物距信息,传到电控系统进行处理,控制对焦马达的移动,进行对焦操作。同时调整载玻片的水平位置,使其处于取景器的中央位置。
   这是一项综合性较高的项目。组建产品的过程中,可增强同学对于专业知识应用能力、积累工程实践经验,提升对机械电子技术应用能力,本产品的研发具有以下意义:
1)增强大学生电路设计的能力,以及对solid worksAltium Designed, keil的灵活作用。2)增强大学生机械,电子设计创新能力,提高我校在各项比赛中的机械电子科研实力。
  设计说明

本次研究内容主要分为四个方面:

1)电子电路

    此电子显微镜采用电子镜头,使用自动对焦的方式,识别物体的物距,通过电控系统调整载玻片的平面位置及高度,保证取景器中出现最清晰的图像。为了能扩展便携式显微镜的使用场景,将传统光学式显微镜的聚光器改为可变色LED光源,由充电池供电,通过手动调节旋钮调节调节光强和颜色以适应不同的切片。即使不通过碘液染色也能够实现染色效果。取景器采用OLED屏幕,摒弃了传统的五棱镜光学取景器,避免了侧强光对物象观察的影响。

2)机械传动

因为本显微镜主要使用自动对焦的方式,在复杂的环境中可能出现对焦失败的情况,并且显微镜需要精确调焦,在考虑稳定性的同时,仍决定采用机械调焦的方式,可进行小幅度线性调整。于便携式显微镜的的体积大幅度缩小,因此不能使用传统的机械传动方案。所以要重新设计传动结构将镜身更改为一个圆柱体,所有的结构将完美融合于柱体内,调节旋钮将并排放置,这样在大幅度节省空间的同时也提升了结构强度。

3)机电结合

  当电子镜头采集物距数据后,返回到单片机进行处理,输出PWM波控制对焦马达工作,同时调整载玻片的水平位置,使其置于取景器的中央,获取最清晰的物象显示在取景器中。若在复杂环境中出现对焦失败的问题,则在取景器中提示使用机械对焦旋钮进行对焦。

4)光学成像

   镜身的改变便使得传统显微镜的目镜以及物镜镜头无法使用。所以采用体积更小,且倍数不变的激光镜头作为物镜镜头以及猫眼镜头作为目镜镜头。此镜头具有精度高、价格低廉、体积小、批发量大等多种优势。能够减少便携式显微镜的镜头研发制作资金投入。

 

创新点与特色
1.便携式显微镜具有小巧便携,操作简便的特点,弥补了传统显微镜携带不便,操作困难的不足。

2.采用电子对焦系统,简化显微镜的对焦操作,免去了多次调整方向和对焦错误的困扰。

3.电子取景器采用OLED屏幕,摒弃了传统的光学取景器,避免了侧强光对观察的影响

4.采用可调LED光源,即使在黑暗条件下仍可观察物象。

5.能在精准防控有害生物入侵、海关检查等方面做出巨大贡献。
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