НАСАДКА ДЛЯ ЦИФРОВОГО МИКРОСКОПА Российский патент 2023 года по МПК G02B21/36 G06K7/10 G06K7/01 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к дополнительному оборудованию для оптических приборов, предназначенных для визуального исследования объектов, а именно к насадкам для цифровых микроскопов, включая USB-микроскопы, которые могут быть использованы при сканировании и/или получения изображений исследуемых объектов, включая штриховые и микрокоды размером менее 1 мм, нанесенных на изделия. Изобретение может найти применение в машиностроении, а также в ювелирной, медицинской и других сферах деятельности при решении задач, связанных со сканированием или считыванием нанесенных на изделия изображений исследуемых объектов.

Уровень техники

На сегодняшний день известны различные системы и методы считывания изображений, например, используемые в оптических микроскопах и сканерах. С помощью оптического микроскопа могут быть визуализированы различные объекты, включая небольшие участки изделий, маркировочные обозначения, нанесенные на поверхность изделий.

Как правило, при считывании маркировочных обозначений малых размеров, особенно с полированных (отражающих) поверхностей изделий из металлов и их сплавов, расположенных в труднодоступных местах изделия, могут возникать технические проблемы, связанные со слабой контрастностью изображения в оптическом диапазоне, появлением бликов. Для преодоления данных проблем используют различные насадки на объектив микроскопа, позволяющие улучшить качество получаемого изображения.

Из уровня техники известно устройство для исследования маркировочных обозначений и идентификации транспортных средств (патент РФ №175096), содержащее видеокамеру с насадкой, к которой прикреплены наноприсоски, магнитная вставка, линзу. Высокое качество изображения исследуемой поверхности обеспечивается за счет видеокамеры, линзы с 60-кратным увеличением, а также диодов УФ освещения и видимого света. Однако данное устройство не обеспечивает равномерное диффузное освещение исследуемой области объекта.

Из патента EP4050412 известна антибликовая насадка для сканирования металлических бликующих поверхностей, включающая внутренний неподвижный и внешний подвижный рассеиватели, при этом световой поток от источника отражается первым рассеивателем на внутренние стенки второго рассеивателя, который передает рассеянный свет к образцу. Высота первого рассеивателя над плоскостью анализируемого образца варьируется пользователем для получения наилучших условий наблюдения и анализа поверхности этого образца. Второй рассеиватель ограничивает область наблюдения снаружи. Из патента US6334699 известно диффузное осветительное устройство для автоматизированных систем анализа изображений, включающее систему кольцевых зеркал или диффузных рассеивателей, на которые направляется коллимированный световой пучок. Устройство обеспечивает получение равномерного диффузного освещения наблюдаемых объектов сложной формы с различными оптическими характеристиками поверхностей. Однако известные решения характеризуются громоздкостью и сложностью конструкции системы диффузных рассеивателей.

Из патента US5628559 известен бестеневой осветитель для устройств визуального исследования объектов, включающий диффузор-сферу, на который падает световой пучок, расширенный линзой, и создающий равномерное освещение объекта в центре сферы без бликов и теней. Диффузор окружен зеркальным конусом (или цилиндром), блокирующим утечку рассеянного света из камеры наблюдения. Однако данное устройство является сложным, требует настройки фокуса при исследовании изделия сложной формы. Кроме того, получение более качественных изображений исследуемого объекта связано с необходимостью использования дополнительных устройств для фиксирования объекта в поле зрения, что исключает возможность быстрого считывания и анализа изображения объекта - объект перед исследованием необходимо закрепить внутри сферы.

Известна конструкция отоскопа (заявка US20210275007), содержащего оболочку в форме воронки, выполненной из полупрозрачного материала, обеспечивающей диффузное освещение объекта, создаваемое рассеянным светом, распространяющимся внутри материала оболочки. При этом цифровая камера расположена внутри воронкообразной оболочки на продольно перемещающемся стержне. Воронка на широком (дальнем от наблюдаемого объекта) конце снабжена фрагментом плоской поверхности, рядом с которым расположены светодиоды. Лучи от светодиодов через плоскую поверхность попадают внутрь полупрозрачного материала стенок воронки. Далее, свет, испытывая полное внутреннее отражение, распространяется вдоль стенок воронки по направлению к области наблюдения и выходит из торца узкой части воронки, освещая область наблюдения. Однако конструкция устройства характеризуется сложностью изготовления, связанной с обеспечением высокой прозрачности и оптической однородности материала воронки, недостаточным освещением зоны объекта, находящейся на оптической оси прибора вплотную к узкому концу воронки. Последний недостаток делает невозможным получение четкого изображения объекта, прижатого к узкому концу воронки, то есть, для получения сфокусированного изображения требуется дополнительный механизм фиксирования объекта на некотором расстоянии от конца воронки, что ограничивает область применения устройства.

Наиболее близкой к заявляемому устройству является насадка на сканер «Scandart-20R1» (https://www.scandart.ru), предназначенный для сканирования линейных и двухмерных штрих-кодов. Насадка сканера представляет собой конусообразный наконечник из черного пластика с круглым выходным отверстием. Для считывания кода наконечник насадки прижимают к поверхности изделия, предварительно осуществив настройку положения фокуса сканера. Внутри корпуса сканера расположен цифровой микроскоп со встроенной подсветкой, при помощи которого система получает изображение области объекта, прижатой к наконечнику. Однако в насадке предусмотрено прямое освещение объекта, приводящее к появлению бликов на металлических изделиях, что затрудняет распознавание штрих-кодов, а иногда делает такое распознавание невозможным.

Таким образом, известные технические решения не обеспечивают получение качественного изображения мелких объектов, нанесенных на труднодоступные места изделий с высокой отражательной способностью. Кроме того, известные насадки в своем большинстве имеют сложную конструкцию. Кроме того, в процессе эксплуатации насадок требуется дополнительная подстройка фокусного расстояния до исследуемого объекта.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание компактного, простого в изготовлении устройства, обеспечивающего получение качественного - резкого (четкого), без бликов и теней, изображения объекта исследования размером менее 1 мм, включая изображения точек размером 20-30 микрон, с помощью типового цифрового микроскопа, который может быть использован для оптического чтения и распознавания кода стандарта Data Matrix, нанесенного на изделие, например, ювелирное, с высокой отражательной способностью.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом является получение равномерного диффузного освещения считываемых или наблюдаемых объектов, включая объекты размером менее 1 мм, нанесенных на труднодоступные места металлических изделий с высокой отражательной способностью, и, как следствие, получение качественных изображений данных объектов при их более удобном позиционировании в поле зрения микроскопа.

Заявляемое устройство является компактным, простым в изготовлении, и может обеспечивать функцию оптического чтения и распознавания кода DataMatrix размером менее 1 мм, нанесенного на изделие (например, ювелирное), при непосредственном контакте насадки с изделием. При этом для получения качественного изображения исследуемого объекта не требуется дополнительная подсветка, достаточно использования штатной светодиодной подсветки микроскопа - световой поток от светодиодного источника отражается от внутренних стенок насадки, формируя на выходе из нее диффузный или рассеянный свет.

Технический результат достигается при использовании насадки цифрового микроскопа для формирования освещения исследуемой области изделия, представляющей собой объемную деталь с центральным осевым каналом для светового потока от световых излучателей цифрового микроскопа, и содержащей последовательно расположенные экранирующую часть, выполненную с возможностью сопряжения с ответной частью цифрового микроскопа, промежуточную рассеивающую часть, и концевую часть, выполненную с возможностью направления потока рассеянного света на исследуемую область изделия, при этом насадка содержит боковые каналы, сопряженные с экранирующей частью, выполненные с возможностью формирования дополнительного потока рассеянного света, направленного в концевую часть насадки; при этом экранирующая, промежуточная и концевая части имеют конфигурацию, обеспечивающую полное экранирование исследуемой области изделия от прямого светового потока от световых излучателей цифрового микроскопа, а их внутренняя поверхность выполнена из материала с коэффициентом рассеяния видимого света не менее 50%.

В одном из вариантов осуществления изобретения насадка содержит два боковых канала, расположенных с противоположных сторон промежуточной части насадки. Боковые каналы выполнены в форме сужающегося по направлению к концевой части насадки многогранного желоба. В конкретном варианте выполнения боковые каналы выполнены в форме сужающегося по направлению к концевой части насадки трехгранного желоба, образованного двумя боковыми и одной наклонной стенками. В примере конкретного выполнения наклонная стенка бокового канала расположена под углом 33°±2° по отношению к оптической оси микроскопа, боковые стенки канала расположены под углом 21°±2° друг к другу. В другом варианте осуществления изобретения боковые каналы выполнены округлой формы.

Концевая часть насадки может быть выполнена с эллиптическим выходным отверстием с ориентацией длинной оси отверстия по направлению боковых каналов.

Промежуточная часть насадки может быть образована сопряженными элементами конической и цилиндрической формы, при этом коническая промежуточная часть сопряжена с экранирующей частью насадки, а цилиндрическая - с концевой частью насадки.

Концевая часть насадки может быть выполнена в виде линейчатой поверхности, соединяющей входной ее конец круглой формы с выходным концом эллиптической формы.

Экранирующая часть насадки может быть образована конусообразным элементом, формирующим верхнюю поверхность экранирующей части, и сопряженным с ним цилиндрическим элементом, выполненным с возможностью крепления на корпусе цифрового микроскопа. Цилиндрический элемент экранирующей части может содержать прямоугольные пазы для фиксации насадки в корпусе микроскопа.

Насадка может быть выполнена с двумя углублениями на торце концевой части насадки, ориентированными по длинной оси эллиптического выходного отверстия, обеспечивающими позиционирование сканируемого изделия в поле зрения микроскопа.

Центральный осевой канал имеет длину, позволяющую фокусировать микроскоп на считываемой области изделия при его плотном прилегании к концевой части насадки.

В одном из вариантов осуществления изобретения насадка содержит вставку для ее фиксации на корпусе микроскопа, выполненную с возможностью размещения внутри корпуса объектива микроскопа и фиксации объектива на требуемом расстоянии. Вставка со стороны внутренней поверхности может быть снабжена упорной площадкой, форма которой повторяет форму носовой части объектива цифрового микроскопа с обеспечением возможности экранирования внешней поверхности его корпуса, при этом упорная площадка снабжена оптическим окном для объектива микроскопа. Внутренняя поверхность вставки, по меньшей мере, на участке между упорной площадкой и выходным концом выполнена из материала с коэффициентом рассеяния видимого света не менее 50%.

Выполнение насадки заявленной конфигурации с боковыми каналами позволяет полностью экранировать прямой свет от стандартного устройства подсветки цифрового, в частности, светодиодов USB-микроскопа, и создавать равномерное диффузное освещение считываемой области изделия, что позволяет получать отчетливое изображение исследуемых объектов даже в условиях недостаточного внешнего освещения, в т.ч. на производстве. С помощью боковых каналов формируется дополнительный рассеянный световой поток, направляемый на исследуемый объект, увеличивая тем самым яркость освещения объекта, что снижает влияние темновых шумов на качество изображения. Использование материала внутренней поверхности насадки с коэффициентом рассеяния видимого света не менее 50% в комплексе с боковыми каналами направлено на увеличение яркости освещения объекта.

Таким образом, по сравнению с известными решениями, заявляемое устройство характеризуется:

- возможностью создания равномерного диффузного освещения считываемой области изделия за счет оригинальной конфигурации (формы) насадки, которая позволяет отсекать внешнее освещение, при этом в результате многократного отражения светового потока от внутренних стенок частей насадки, выполняющих функцию рассеивателей, формирует результирующий поток диффузного света, направляемый на исследуемую область изделия;

- универсальностью конструкции, которая позволяет использовать насадку совместно с серийно производимыми цифровыми микроскопами, включая USB-микроскоп, имеющими стандартные размеры со стандартным устройством подсветки;

- простотой изготовления - насадка может быть легко изготовлена с использованием известных технологий: прессования, горячего прессования в металлических формах, пневматического и вакуумного формования, литья под давлением, 3D печати;

- простотой применения - код DataMatrix считывается при контакте насадки микроскопа с изделием, на который нанесен код, с получением контрастного изображения, обеспечиваемого фокусировкой микроскопа без дополнительной подстройки;

- возможностью считывания кода в труднодоступных местах изделия, например, на внутренней поверхности ювелирных колец.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется иллюстративными материалами, где на фиг. 1 представлена заявляемая насадка, общий вид; на фиг. 2 - насадка, вид сбоку со стороны бокового канала; на фиг. 3 - вид насадки снизу в изометрии; на фиг. 4 - вариант выполнения вставки, фиксирующей увеличение USB-микроскопа (для фиксации объектива); на фиг. 5 - вставка, вид сверху; на фиг. 6 - вставка, продольный разрез; на фиг. 7, 8 - схематичное изображение рассеяния светового потока от светодиода на компонентах (частях) насадки, стрелками обозначено направление распространения и рассеяния света; на фиг. 9, 10 - схематичное изображение формирования рассеянного света внутри боковых каналов и вне их, соответственно, дающего вклад в освещение объекта; на фиг. 11 - продольное сечение насадки, проходящее через меньшую полуось эллипса выходного отверстия, с обозначенными характерными размерами; на фиг. 12 - сечение насадки, проходящее через большую полуось эллипса выходного отверстия; на фиг. 13 - вид насадки снизу со стороны камеры микроскопа; на фиг. 14, 15 - расположение компонентов USB-микроскопа, вставки и насадки при не сфокусированном и сфокусированном объективе (упирается в насадку), соответственно, продольный разрез, проходящий через меньшую полуось эллипса выходного отверстия; на фиг. 16 - схематичное изображение USB-микроскопа с установленными вставкой и насадкой (при не сфокусированном объективе), продольный разрез, проходящий через большую полуось эллипса выходного отверстия; на Фиг. 17-20 представлены исследуемые изображения микрокодов на ювелирных изделиях, полученные с помощью стандартного USB-микроскопа разными способами.

Позициями на чертежах обозначены:

1 - насадка; 2 - экранирующая часть насадки; 3 - промежуточная часть насадки; 4 - боковой канал; 5 - концевая (выходная) часть насадки; 6 - конусообразный (конический) элемент экранирующей части 2 насадки; 7 - цилиндрический элемент экранирующей части 2 насадки; 8 - конусообразный (конический) элемент промежуточной части 3 насадки; 9 - цилиндрический элемент промежуточной части 3 насадки; 10 - эллиптическое выходное отверстие насадки; 11 - центральный осевой канал; 12 - вырез (углубление) на торце концевой части 5 насадки; 13 - наклонная стенка канала 4; 14 - боковая стенка канала 4; 15 - П-образный паз (вырез) в цилиндрическом элементе 7 экранирующей части 2 насадки для фиксации насадки на объективе микроскопа; 16 - углубление на цилиндрическом элементе 7 экранирующей части 2 насадки для фиксирования насадки в корпусе микроскопа ; 17 - скос на наружной поверхности конического элемента 8 промежуточной части 3 насадки; 18 - вставка; 19 - корпус цифрового микроскопа; 20 - продольный паз вставки; 21 - направляющие для перемещения корпуса объектива цифрового микроскопа при фокусировке; 22 - выступ на наружной поверхности вставки для фиксации в корпусе микроскопа; 23 - внутренняя поверхность вставки; 24 -корпус объектива цифрового микроскопа; 25 - оптическое окно вставки; 26 - упорная площадка для носовой части объектива микроскопа, 27 - подсветка цифрового микроскопа - осветительный светодиод, расположенный в корпусе микроскопа; 28 - задняя часть корпуса цифрового микроскопа, в которой расположены камера и электронные компоненты USB-интерфейса.

Осуществление изобретения

Ниже представлено более детальное описание реализации заявляемого изобретения, которое не ограничивает объем притязаний, а демонстрирует возможность осуществления изобретения с достижением заявляемого технического результата.

Заявляемое устройство представляет собой насадку 1 (фиг.1) в виде объемной детали, устанавливаемой на стандартный цифровой микроскоп, которая в совокупности с реализованными в микроскопе алгоритмами обработки изображений обеспечивает получение изображения сканируемой зоны изделия (объекта наблюдения) с хорошим качеством без бликов и теней, а также позволяет считывать и распознавать DataMatrix код. Внутренняя поверхность насадки выполнена из материала с коэффициентом рассеяния видимого света не менее 50%. При этом в частных вариантах реализации насадка может быть выполнена из белого пластика со степенью прозрачности не более 50% или любого другого материала, снабженного покрытием с внутренней стороны светорассеивающим материалом, например, белого цвета, которое может быть сформировано известными из уровня техники способами.

В типовом варианте реализации изобретения насадка 1 включает экранирующую часть 2, выполненную с возможностью сопряжения с ответной частью цифрового микроскопа, промежуточную рассеивающую часть 3 и концевую часть 5, выполненную с возможностью направления потока рассеянного света на сканируемую область изделия, при этом насадка содержит боковые каналы 4 (фиг. 1 и 2).

Экранирующая часть 2 насадки, прилегающая к микроскопу, в одном из вариантов реализации изобретения образована конусообразным элементом 6, формирующим верхнюю поверхность экранирующей части насадки. Экранирующая часть соединена с цилиндрическим элементом 7, который сконфигурирован для обеспечения соединения с ответной частью цифрового микроскопа. Цилиндрическая часть 7 выполнена с элементами для фиксации насадки в корпусе микроскопа. Элементы фиксации могут иметь различное конструктивное выполнение: выступы, защелки, площадки для клеевого соединения.

Промежуточная часть 3 насадки в предпочтительном варианте реализации изобретения образована двумя сопряженными элементами 8 и 9 - конической и цилиндрической формы, соответственно, формирующими поток рассеянного света.

Концевая (выходная) часть 5 насадки может быть выполнена в виде линейчатой поверхности, соединяющей конец цилиндрического элемента 9 промежуточной части 3 насадки 1 и эллиптического выходного отверстия 10, прилегающего к объекту наблюдения и ориентированного длинной осью (величиной b2) по направлению боковых каналов (фиг. 13). При этом конический элемент 8 промежуточной части 3 насадки сопряжен с конусообразной экранирующей частью 6 насадки, а цилиндрический элемент 9 промежуточной части 3 насадки - с концевой частью 5 насадки (фиг. 1, фиг.11). Таким образом, промежуточная 3 и концевая 5 части насадки формируют центральный осевой канал 11, длина которого обеспечивает фокусировку микроскопа на поверхности изделия при его плотном прилегании к торцу концевой части 5 насадки (чтобы поверхность изделия, плотно приложенного к насадке, оказалась в фокусе микроскопа) (фиг. 13). Концевая часть 5 насадки также может иметь коническую или цилиндрическую форму. Такая насадка может быть использована в условиях достаточного освещения изделия от подсветки цифрового микроскопа. При этом как экранирующая часть 2 насадки, так и ее промежуточная часть 3 могут быть образованы любыми искривленными поверхностями, позволяющими полностью экранировать исследуемый объект от прямого света светодиодной подсветки цифрового микроскопа, что минимизирует образование бликов и теней с реализацией достаточной освещенности исследуемого объекта рассеянным светом.

Торец концевой части 5 насадки может быть снабжен противоположно расположенными вырезами (углублениями) 12 (фиг. 1), ориентированными, предпочтительно, по длинной оси эллиптического выходного отверстия, позволяющими фиксировать сканируемое изделие в поле зрения микроскопа и облегчающими ручную фиксацию и удержание мелких изделий в поле зрения микроскопа. Количество углублений, их расположение и форма могут быть изменены в зависимости от необходимости оперативной ручной фиксации мелких объектов в поле зрения микроскопа при поточной обработке изделий, а также в зависимости от формы данных изделий.

Боковые каналы 4 промежуточной части насадки предпочтительно выполнены сопряженными с конической экранирующей частью 6 и промежуточной частью 3 насадки, и обеспечивают формирование дополнительного потока рассеянного света, направленного в концевую часть 5 насадки (фиг. 1). Таким образом, световой поток от световых излучателей микроскопа направляется на сканируемую область изделия, при этом сформированный поток света на изделии представляет собой рассеянный свет, являющийся результирующим от многократного отражения от внутренних поверхностей насадки различной формы, включая центральный 11 и боковые 4 каналы (фиг. 7-10). В предпочтительном варианте реализации изобретения насадка содержит два противоположно расположенных боковых канала 4 (фиг. 1), каждый из которых образован: 1) вырезанным фрагментом поверхности в конусообразном элементе 6 экранирующей части 2 насадки (фиг. 13); 2) вырезанным фрагментом в промежуточной части 3 насадки (фиг. 2), и 3) тремя плоскими стенками - наклонной 13, и боковыми 14, параллельными оптической оси микроскопа (фиг. 1). Указанная конфигурация канала представляет собой трехгранный желоб. При этом длина l9 вырезанного фрагмента в конусообразном элементе 6 при формировании канала может составлять от 1/2 до 3/4 радиуса экранирующей части насадки 2 (диаметр экранирующей части насадки 2 - d1 на фиг.11), высота вырезанного фрагмента в промежуточной части насадки 3 может составлять от 1/2 до 3/4 длины промежуточной части насадки (сумма длин l2 и l3 на фиг.11) с обеспечением полной блокировки прямого светового потока от световых излучателей цифрового микроскопа.

Наклонная стенка 13 бокового канала 4 расположена под углом α (фиг. 12) по отношению к оптической оси микроскопа (совпадающей с продольной осью центрального канала), с возможностью экранирования попадания прямого света от светодиодов микроскопа в центральный канал 11, при этом - с формированием рассеянного светового потока по направлению к концевой части насадки. Угол α в предпочтительных вариантах реализации изобретения может составлять от 25° до 40°, в наиболее предпочтительных вариантах - от 31° до 35°. При этом угол β (фиг. 13) между боковыми стенками 14 канала может составлять от 20° до 24°. Помимо вышеописанной формы, боковые каналы могут быть выполнены любой другой формы, в частности, в форме многогранного желоба или округлой формы, уплощенными или уширенными. При этом для исследования изделий сложной формы предпочтительно выполнять два боковых канала уплощенной формы, что уменьшает поперечные размеры насадки (делает ее максимально плоской) и обеспечивает улучшенный доступ к поверхностям изделий сложной формы (дает возможность размещения «носика» насадки на исследуемых объектах, расположенных в изделиях сложной формы, например, расположенных на внутренней поверхности ювелирных колец). При этом в отдельных случаях, например для исследования изделий простой формы, поверхность которых не дает сильных бликов, количество боковых каналов может быть увеличено, например, до трех или четырех. Вариант реализации изобретения с использованием трех боковых каналов может быть получен при расположении плоскостей симметрии каналов под углом 120 градусов друг к другу, четырех боковых каналов - при расположении плоскостей симметрии под углом 90 градусов (т.е. вариант крестообразного расположения каналов). Кроме того, форма, размер, количество боковых каналов, а также степень прозрачности материала насадки (внутреннего покрытия), могут быть подобраны в зависимости от точности регулировки экспозиции, яркости и контраста изображения средствами камеры используемого микроскопа. Если в цифровой камере регулировка экспозиции, яркости и контраста не предусмотрена, то получение качественного изображения при автоматической самонастройке камеры может быть реализовано посредством выполнения необходимого количества каналов. Выполнение насадки с двумя каналами является достаточным при использовании цифровой камеры, позволяющей подстраивать экспозицию, яркость и контраст, так чтобы изображение было отчетливым и незашумленным.

В частных вариантах реализации изобретения элементы для фиксации насадки на корпусе цифрового микроскопа могут представлять собой противоположно расположенные П-образные пазы 15 (фиг. 1, фиг. 3), выполненные со стороны торцевой части цилиндрического элемента 7 насадки. Для фиксирования насадки в ответной части корпуса микроскопа, наружная поверхность цилиндрического элемента 7 также может быть снабжена углублениями 16 для нанесения клеевого состава. Наружная поверхность конической промежуточной части 8 насадки может содержать скосы 17, расположенные между боковыми каналами 4, для уменьшения поперечного размера конической промежуточной части в области сопряжения с экранирующей частью насадки, что дает возможность производить осмотр и сканировать объекты сложной формы (например, ювелирные изделия в виде колец с оправами) (фиг. 1).

В предпочтительном варианте реализации изобретения длина насадки, образованная конической экранирующей, промежуточной и концевой частями, обеспечивает получение сфокусированного изображения приложенного к торцу насадки объекта, и не требует подстройки микроскопа. Увеличение микроскопа при сканировании объекта на расстоянии, равном длине насадки, является достаточным для решения заданных прикладных задач (распознавания изображения, проверки качества поверхности, отыскание артефактов и т.д.).

Для сопряжения насадки с микроскопом может использоваться вставка 18, размещаемая внутри корпуса 19 микроскопа и обеспечивающая фиксацию объектива на необходимом расстоянии (фиг. 4-6, фиг. 16). Внешняя (наружная) поверхность вставки выполнена цилиндрической, повторяющей внутреннюю поверхность корпуса микроскопа (область микроскопа, где движется объектив при фокусировке). При этом вставка может быть снабжена двумя диаметрально расположенными продольными пазами 20 для размещения в них боковых направляющих 21 объектива при установке в него вставки, а также выступами 22 («ушками») в верхней части, расположенными по обеим сторонам от пазов 20, обеспечивающими фиксацию вставки в корпусе объектива, а также фиксацию насадки на микроскопе (фиг. 4-6). При этом форма внутренней поверхности 23 вставки 18 со стороны цифрового микроскопа повторяет форму носовой части («носика») 24 корпуса объектива цифрового микроскопа (фиг. 14-16), что обеспечивает возможность введения в нижний просвет вставки «носика» объектива и его упора во внутреннюю поверхность вставки при фокусировке объектива (внутренняя поверхность вставки имеет форму, выполненную с возможностью приема ответной части корпуса объектива микроскопа). Таким образом, в продольном осевом сечении (фиг. 6) вставка 18 имеет первый участок в виде усеченного конуса, по форме повторяющего форму «носика» корпуса объектива микроскопа с расширением в сторону объектива, в меньшем основании которого сформировано оптическое окно 25, и второй участок конусообразной формы с расширением в сторону насадки микроскопа. Внутренняя поверхность вставки 18, аналогично насадке, выполнена из материала с коэффициентом рассеяния видимого света не менее 50%, что, с одной стороны, блокирует отражение темных частей корпуса объектива в зеркальных участках полированной поверхности сканируемого объекта, и, с другой стороны, обеспечивает рассеивание света от подсветки цифрового микроскопа. Высота (длина) вставки 18 может быть подобрана в зависимости от конкретного типа микроскопа. Длину насадки выбирают такой, чтобы приложенные к насадке объекты обеспечивали получение сфокусированного изображения, не требующего подстройки микроскопа, при этом увеличение микроскопа при визуализации объекта на данном расстоянии (длины насадки) должно быть достаточным для решения заданных прикладных задач (распознавания изображения, проверки качества поверхности, выявления артефактов и т.д.). Длину вставки выбирают исходя из выбранного увеличения микроскопа при расположении объектива на упорной площадке 26.

Предлагаемая насадка может быть применена на готовом серийном цифровом микроскопе стандартных размеров (с USB или Wi-Fi интерфейсом) со стандартным устройством подсветки, что существенно облегчает производство готового изделия. Как правило, конструктивное выполнение портативного или «ручного» цифрового микроскопа включает встроенные в компактный корпус CMOS камеру с объективом, по бокам которого расположены светодиоды подсветки (от 4 до 8). С одной стороны корпуса «выходит» USB-кабель для подключения к компьютеру, с другой стороны располагается носовая часть объектива, которую прижимают к рассматриваемому участку объекта при его сканировании. На корпусе может быть расположен регулятор увеличения/приближения (настройки резкости).

Предлагаемая конструкция насадки может быть адаптирована для широкого класса цифровых микроскопов, включая USB-микроскопы, в зависимости от внутреннего диаметра корпуса, увеличения, яркости светодиодной подсветки и точности ее регулировки, внутреннего диаметра канала, по которому перемещается корпус объектива при наводке на резкость. Соответственно, для конкретной модели микроскопа может быть изменен диаметр и высота вставки, фиксирующей объектив, а также диаметр цилиндрической части насадки, вставляющейся в корпус микроскопа. При достаточно яркой и стабильной подсветке микроскопа, ширина боковых каналов может быть уменьшена.

Примеры конкретного выполнения устройства.

Пример 1. Была изготовлена насадка для цифрового микроскопа МИКМЕД USB 1000Х 2.0 (https://micromed-spb.ru/products/tsifrovye-mikroskopy-usb/_usb_1000_2_0), имеющего габаритные размеры 113х33х33 мм и содержащего 8 белых светодиодов с плавной регулировкой яркости. Насадка была выполнена из белого пластика с коэффициентом рассеяния видимого света 50% с двумя каналами в виде трехгранного желоба, с габаритными размерами 150х30х30 мм. Промежуточная часть насадок была образована сопряженными поверхностями конической и цилиндрической формы, экранирующая часть выполнена конусообразной с цилиндрической частью для фиксации в корпусе микроскопа. Характерные размеры конструктивных элементов насадки (фиг.11-13): длина концевой части 5 насадки l1=9 мм; длина цилиндрического элемента 9 промежуточной части 3 насадки l2=7 мм; длина конического 8 элемента промежуточной части 3 насадки l3=4,8 мм; длина конического элемента 6 экранирующей части 2 насадки l4=3,5 мм; длина цилиндрической части 7 насадки, устанавливаемой в корпус микроскопа, l5=7 мм; наружный диаметр цилиндрической части 7, устанавливаемой в корпус микроскопа d=26мм; внутренний диаметр цилиндрической части 7, устанавливаемой в корпус микроскопа d1=23,6 мм; диаметр центрального канала 11 в области сопряжения с экранирующей частью 2 насадки d2=8,8 мм; диаметр центрального канала 11 цилиндрического элемента 9 промежуточной части 3 насадки d3=5 мм; длина короткой оси выходного эллиптического отверстия 10 насадки b1=3,2мм; длина длинной оси выходного эллиптического отверстия 10 насадки b2=5,1мм (фиг.13); угол между наклонной стенкой бокового канала и оптической осью микроскопа α= 33,4° (фиг.12), угол между боковыми стенками канала β=21,2° (фиг.13); ширина наклонной стенки 13 бокового канала 4 в области сопряжения с экранирующей частью 2 насадки l6=4,85 мм (фиг.13); ширина наклонной стенки 13 бокового канала 4 в области сопряжения с промежуточной частью 3 насадки l7=2,16 мм (фиг.13); высота бокового канала 4 в области сопряжения с промежуточной частью 3 насадки l8=10,7 мм; ширина боковой стенки 14 канала 4 в области сопряжения с экранирующей частью 2 насадки l9=5,2 мм (фиг.13); угол γ, образованный при сопряжении экранирующей и промежуточной частями насадки γ=123,8° (фиг.11); угол ϕ, образованный при сопряжении конического и цилиндрического элементов промежуточной части насадки ϕ=163° (фиг. 11); угол φ, образованный с внутренней стороны при сопряжении экранирующей конического и цилиндрического элементов экранирующей части насадки φ=107° (фиг. 11). Перечисленные параметры характеризуют пример конкретного выполнения насадки для использования с USB-микроскопом, при этом не ограничивают возможность реализации настоящего изобретения. Кроме того, при изготовлении насадки были предусмотрены технологические допуски до 5% по отношении к указанным параметрам.

С помощью изготовленной насадки исследовались ювелирные изделия с нанесенными на них кодами DataMatrix с минимальным размером 0,5 мм, производилось считывание и распознавание кодов. Исследовались ювелирные изделия в форме колец, в форме цилиндров диаметром 1-2 мм, а также изделия, имеющие сложную форму, копирующую реальные объекты быта и живой природы: подковы, шайбы, насекомые, цветы, изготовленные из драгоценных металлов (золото, серебро, платина) и сплавов. На фиг. 17 показано изображение микрокода DataMatrix на ювелирном изделии, полученное программой распознавания с использованием микроскопа с включенным встроенным осветителем с заявленной насадкой. На фиг. 18 показано изображение микрокода DataMatrix на том же ювелирном изделии, полученное с использованием микроскопа с включенным встроенным осветителем, но без насадки. На фиг.19 показано изображение микрокода DataMatrix на том же ювелирном изделии, полученное с использованием микроскопа с включенным встроенным осветителем, с конической насадкой без боковых каналов (освещение оказывается недостаточным, изображение сильно зашумлено). На фиг.20 показано изображение микрокода DataMatrix на том же ювелирном изделии, полученное с использованием микроскопа с включенным встроенным осветителем, с насадкой с длинными боковыми каналами, которые не полностью блокируют прямой свет осветителя (освещение оказывается неравномерным, часть изображения дает блики, часть - слишком темное). Таким образом, использование заявляемой насадки позволило получить более качественное (без бликов и теней), четкое изображение объекта размером менее 1 мм, расположенного на кривых отражающих поверхностях ювелирных изделий.

Пример 2. Для указанного выше микроскопа также была изготовлена насадка вместе со вставкой из пластика с коэффициентом рассеяния 80%, которая была использована для исследования объектов, нанесенных на плоские металлически поверхности. При этом насадка содержала четыре канала округлой формы. Все остальные параметры насадки были аналогичны параметрам, представленным в Примере 1. С помощью данной насадки были получены изображения еще более высокого качества (четкие, без бликов и теней) по сравнению с изображениями, полученными по Примеру 1.

Таким образом, выполнение частей насадки разной конфигурации, образованной соединением конической, цилиндрической и линейчатой поверхностей из материала с коэффициентом рассеяния видимого света 50% и более, предпочтительно 80% и более, позволило блокировать внешний свет и прямые лучи от устройства подсветки микроскопа, а наличие боковых каналов позволило сформировать дополнительные потоки рассеянного света, направленные на сканируемую область изделия, что обеспечило получение качественного изображения исследуемых объектов.

Изобретение относится к дополнительному оборудованию для оптических приборов, предназначенных для визуального исследования объектов, а именно к насадкам для цифровых микроскопов. Насадка цифрового микроскопа для формирования освещения исследуемой области изделия представляет собой объемную деталь с центральным осевым каналом для светового потока от световых излучателей цифрового микроскопа, и содержащую последовательно расположенные экранирующую часть, выполненную с возможностью сопряжения с ответной частью цифрового микроскопа, промежуточную рассеивающую часть, и концевую часть, выполненную с возможностью направления потока рассеянного света на исследуемую область изделия, при этом насадка содержит боковые каналы, сопряженные с экранирующей частью, выполненные с возможностью формирования дополнительного потока рассеянного света, направленного в концевую часть насадки; при этом экранирующая, промежуточная и концевая части имеют конфигурацию, обеспечивающую полное экранирование исследуемой области изделия от прямого светового потока от световых излучателей цифрового микроскопа, а их внутренняя поверхность выполнена из материала с коэффициентом рассеяния видимого света 50% и более. Изобретение направлено на получение равномерного диффузного освещения считываемых или наблюдаемых объектов, включая объекты размером менее 1 мм, нанесенных на труднодоступные места металлических изделий с высокой отражательной способностью, и, как следствие, получение качественных изображений данных объектов при их более удобном позиционировании в поле зрения микроскопа. 16 з.п. ф-лы, 20 ил., 2 пр.

1. Насадка цифрового микроскопа для формирования освещения исследуемой области изделия, представляющая собой объемную деталь с центральным осевым каналом для светового потока от световых излучателей цифрового микроскопа, и содержащую последовательно расположенные экранирующую часть, выполненную с возможностью сопряжения с ответной частью цифрового микроскопа, промежуточную рассеивающую часть, и концевую часть, выполненную с возможностью направления потока рассеянного света на исследуемую область изделия, при этом насадка содержит боковые каналы, сопряженные с экранирующей частью, выполненные с возможностью формирования дополнительного потока рассеянного света, направленного в концевую часть насадки; при этом экранирующая, промежуточная и концевая части имеют конфигурацию, обеспечивающую полное экранирование исследуемой области изделия от прямого светового потока от световых излучателей цифрового микроскопа, а их внутренняя поверхность выполнена из материала с коэффициентом рассеяния видимого света 50% и более.

2. Насадка цифрового микроскопа по п. 1, характеризующаяся тем, что содержит два боковых канала, расположенных с противоположных сторон промежуточной части насадки.

3. Насадка цифрового микроскопа по п. 1, характеризующаяся тем, что боковые каналы выполнены в форме сужающегося по направлению к концевой части насадки многогранного желоба.

4. Насадка цифрового микроскопа по п. 1, характеризующаяся тем, что боковые каналы выполнены в форме сужающегося по направлению к концевой части насадки трехгранного желоба, образованного двумя боковыми и одной наклонной стенками.

5. Насадка цифрового микроскопа по п. 4, характеризующаяся тем, что наклонная стенка бокового канала расположена под углом 33°±2° по отношению к оптической оси микроскопа.

6. Насадка цифрового микроскопа по п. 4, характеризующаяся тем, что боковые стенки расположены под углом 21°±2° друг к другу.

7. Насадка цифрового микроскопа по п. 1, характеризующаяся тем, что боковые каналы выполнены округлой формы.

8. Насадка цифрового микроскопа по п. 1, характеризующаяся тем, что её концевая часть выполнена с эллиптическим выходным отверстием с ориентацией длинной оси отверстия по направлению боковых каналов.

9. Насадка цифрового микроскопа по п. 1, характеризующаяся тем, что её промежуточная часть образована сопряженными элементами конической и цилиндрической формы, при этом коническая промежуточная часть сопряжена с экранирующей частью насадки, а цилиндрическая – с концевой частью насадки.

10. Насадка цифрового микроскопа по п. 8, характеризующаяся тем, что её концевая часть выполнена в виде линейчатой поверхности, соединяющей входной ее конец круглой формы с выходным концом эллиптической формы.

11. Насадка цифрового микроскопа по п. 1, характеризующаяся тем, что её экранирующая часть образована конусообразным элементом, формирующим верхнюю поверхность экранирующей части, и сопряженным с ним цилиндрическим элементом, выполненным с возможностью крепления на корпусе цифрового микроскопа.

12. Насадка цифрового микроскопа по п. 11, характеризующаяся тем, что цилиндрический элемент экранирующей части содержит прямоугольные пазы для фиксации насадки в корпусе микроскопа.

13. Насадка цифрового микроскопа по п. 1, характеризующаяся тем, что содержит два углубления на торце концевой части насадки, ориентированные по длинной оси эллиптического выходного отверстия, обеспечивающими фиксацию сканируемого изделия в поле зрения микроскопа.

14. Насадка цифрового микроскопа по п. 1, характеризующаяся тем, что центральный осевой канал выполнен длиной, обеспечивающей фокусировку микроскопа на считываемой области изделия при его плотном прилегании к концевой части насадки.

15. Насадка цифрового микроскопа по п. 1, характеризующаяся тем, что содержит вставку для фиксации насадки на корпусе микроскопа, выполненную с возможностью размещения внутри корпуса объектива микроскопа и фиксации объектива на требуемом расстоянии.

16. Насадка цифрового микроскопа по п. 15, характеризующаяся тем, что вставка со стороны внутренней поверхности снабжена упорной площадкой, форма которой повторяет форму носовой части объектива цифрового микроскопа с обеспечением возможности экранирования внешней поверхности его корпуса, при этом упорная площадка снабжена оптическим окном для объектива микроскопа.

17. Насадка цифрового микроскопа по п. 16, характеризующаяся тем, что внутренняя поверхность вставки, по меньшей мере, на участке между упорной площадкой и выходным концом выполнена из материала с коэффициентом рассеяния видимого света 50% и более.