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为给芯片拍照，IBM小哥用乐高拼了个电动显微镜，360度无死角拍摄( 二 )


然而 ， 这种尝试的结果是 ， 除了对显微镜中使用的线性模组的高价位更加望而却步之外 ， 没有任何结果 。 光盘驱动器的行程距离太短 ， 仍然无法达到较宽的放大范围 。
随后 ， Yuksel改用了3D打印机中使用的导螺杆机构 。 他没有使用常用的8毫米直径的螺纹、轴和轴承 ， 而是使用了3毫米直径的部件来保证装置的小巧 。 另外 ， 移动物镜会造成消除杂散光的问题 ， 所以他决定用移动相机传感器来代替 。
他搭建了一个平台 ， 让被摄物体沿x轴和y轴移动并旋转 。 最终 ， 用了六个带变速箱的微型步进电机实现了平台移动 ， 倾斜显微镜 ， 调整它与物体的距离 ， 并对焦图像 。

为给芯片拍照，IBM小哥用乐高拼了个电动显微镜，360度无死角拍摄
本文插图

插图：James Provost
角度十分完美！
因为芯片通常由高反射率或透明材料制成 ， 给芯片均匀的打光也很关键 。
乐高显微镜可以将样品置于LED背光模组提供的均匀照明下 。 样品可以前后左右移动 ， 还可以旋转以找到所需的角度 。 显微镜主体可上下倾斜 ， 并可调整其与样品的距离和焦距 ， 以提供不同程度的放大倍数[底部] 。 通过移动乐高外壳内的无透镜相机模块 ， 改变其与外壳底部的物镜距离来调整焦距 。
Yuksel表示他经常设计自己的Arduino控制板用于实现小巧的装置 。 这一次 ， 他设计了一块尺寸为18×18毫米的控制板 ， 采用了ATtiny84微控制器和DRV8834步进电机驱动器 。 这一配置下的图像质量出奇的好 ， 不仅可以拍出芯片的美图 ， 还可以检查微米级别的特征 ， 甚至可以作为数字测角仪来测量接触角 。
一开始这个项目是为了一个特定的需求 ， 但Yuksel很清楚地意识到 ， 这可能是一个多功能的拍照系统 ， 任何人都可以在家里或学校组装和使用 。
开源装配说明 ， 希望热爱DIY的人都能享受到制作的乐趣
Yuksel在IBM的领导都支持他将该装配说明公开 ， 这简直是在做慈善啊 。 仅用乐高、3D打印机、树莓派就可以制作一个用于科研的显微镜 ， 能够节省多少科研经费啊 。
然而当他开始准备说明书的时候 ， 被几个问题困扰住了 。
他使用了一台最先进的3D打印机和一个设备齐全的机械车间建造了该装置 。 并且 ， 使用的小型步进电机价格昂贵 ， 而且在一般的业余电子商店里也买不到 。 通过专用的ISP编程器对ATtiny84进行编程 ， 肯定比不上带USB接口的商用Arduino控制板编程容易 。
因此 ， Yuksel回归画板 ， 使用容易获得的元件重新设计了一切 ， 例如使用Adafruit工业公司的Arduino控制板和步进电机驱动器 ， 以及28BYJ-48步进电机 ， 这些元件在任何地方用几美元就能找到 。 他还把LED矩阵光源换成了更易自制、成本更低的版本 。
之后他又从Adafruit公司花3美元买了一个LED背光源模块 ， 并附上一个大功率LED 。 强度比原来的LED矩阵略低 ， 但对于反射光和透射光显微镜来说 ， 均匀度还是相当不错的 。 对于新的线性执行器 ， Yuksel将乐高的“滑动”件与他使用FreeCAD的齿轮工具箱设计的齿条和齿轮联动组合进行结合 ， 并使用他个人的Creality Ender 3打印机打印 。 新设计的装置效果和之前的一样好 ， 甚至更好 。
小哥将说明书写在了Github上 ， 感兴趣的同学可以前去围观~

为给芯片拍照，IBM小哥用乐高拼了个电动显微镜，360度无死角拍摄
本文插图

Github链接：
https://github.com/IBM/MicroscoPy
这个装置实际上可能还有很多地方可以完善 ， Yuksel希望这个原型能够抛砖引玉 ， 帮助其它的制造者尝试新的更好的想法 。
那么 ， 它可以替代实验室的显微镜吗？也许不能 ， 但是这一显微镜给那些经费有限的学校提供了很好的解决方案 ， 这也是为什么装配说明是开源的 ， 因为希望让每个人都能够容易获取并乐在其中 。


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