CN204065545U - 基于显微镜的数字切片扫描激光聚焦装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的基于显微镜的数字切片扫描激光聚焦装置，包括显微镜，显微镜上安装有调焦旋钮和目镜；自动载物平台，可拆卸地安装于显微镜上，用于沿X轴、Y轴和Z轴方向移动，自动载物平台上安装有X轴电机和Y轴电机；自动聚焦装置，包括Z轴电机，Z轴电机与调焦旋钮相连；三轴运动控制器，与X轴电机、Y轴电机和Z轴电机均相连；激光测距仪，安装于目镜的一侧，与自动聚焦装置相连；计算机，与三轴运动控制器相连。本实用新型采用高精度自动载物平台，由计算机发出指令，控制自动载物平台进行X轴、Y轴和Z轴方向上的移动；具有激光测距仪，可测得目镜与切片玻片之间的距离，控制自动载物平台调整焦距，在最短聚焦时间内达到最佳聚焦效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及数字切片聚焦装置，尤其涉及一种基于显微镜的数字切片扫描激光聚焦装置。
背景技术
数字切片成像过程中，聚焦是一个非常关键的步骤，聚焦效果直接影响图像成像的清晰度，直接影响数字切片的扫描质量。
传统的显微镜自动聚焦方法主要采用爬坡函数搜索当前视场的最佳聚焦，通常基于一个视场不同Z轴位置抓取若干幅图像，再计算这些若干幅不同Z层面图像的图像清晰度，最大的图像清晰度对应的那幅图像的平面就是最佳聚焦面。这种方法简单有效，能得到每个视场的最佳聚焦图像。但缺点是速度慢，一般要抓取至少3幅图像，有时甚至需抓取6到10幅图像或更多。
为了提高扫描速度，基于图像处理技术与智能分析技术的聚焦方法得到应用，比如根据切片表面的组织凸凹建立切片表面聚焦数学模型从而直接预测聚焦平面，但如果切片表面复杂，或扫描中机械振动等各种因素导致硬件环境的稍许变化，都会影响该数学模型与实际情况的匹配误差，导致估计的聚焦面出现误差。
这些非主动式的测距聚焦方式在许多需要快速扫描得到数字切片并且保证数字切片质量的的场合不被接受。
实用新型内容
为解决以上问题，本实用新型提供了一种高效精确的基于显微镜的数字切片扫描激光聚焦装置。
本实用新型提供的基于显微镜的数字切片扫描激光聚焦装置，包括：
显微镜，该显微镜上安装有调焦旋钮和目镜；
自动载物平台，可拆卸地安装于显微镜上，用于沿X轴、Y轴和Z轴方向移动，该自动载物平台上安装有X轴电机和Y轴电机；
自动聚焦装置，包括Z轴电机，该Z轴电机与调焦旋钮相连；
三轴运动控制器，与X轴电机、Y轴电机和Z轴电机均相连，用于控制X轴电机、Y轴电机和Z轴电机的运行；
激光测距仪，安装于目镜的一侧，发出激光，用于测量目镜与自动载物平台的距离；
计算机，与三轴运动控制器相连。
本技术方案中自动载物平台的控制元件——三轴运动控制器与计算机相连，可由计算机上设计的程序控制自动载物平台运作，自动载物平台在X轴电机、Y轴电机和Z轴电机的控制下，进行X轴、Y轴和Z轴方向的移动，对样品玻片进行自动扫描。
本技术方案中激光测距仪安装于目镜的一侧，用于测量目镜与自动载物平台之间的距离S1，自动载物平台上放置有切片玻片后，由于玻片上表面与自动载物平台之间的距离固定，为S2，故可得到目镜与玻片上表面之间的距离S，公式为S＝S1-S2；由于激光测距仪可测得目镜与玻片上表面之间的距离S，故可将数据S传输至自动聚焦装置，进而通过自动聚焦装置的Z轴电机控制调焦旋钮的转动，进而控制自动载物平台在Z轴方向的移动，对玻片进行对焦，实现显微镜的自动聚焦。
进一步的，所述自动载物平台通过卡槽连接可拆卸地安装于显微镜上。
本技术方案中具体描述了自动载物平台与三目显微镜的连接方式。
进一步的，所述自动载物平台沿X轴、Y轴方向重复定位精度均小于1μm，沿Z轴方向重复定位精度小于0.1μm。
本技术方案中具体描述了自动载物平台可在电机的带动下实现X轴、Y轴和Z轴方向的自由移动，且X轴和Y轴移动精度小于1μm，Z轴移动精度小于0.1μm，使显微镜的聚焦更为精确，更利于全面、精确地观测视野内的图像。
进一步的，所述三轴运动控制器与X轴电机、Y轴电机和Z轴电机均通过RS232连接线相连。
本技术方案中具体描述了三轴运动控制器与X轴电机、Y轴电机和Z轴电机之间的连接方式。
进一步的，所述自动载物平台上固连有聚焦套筒，所述调焦旋钮与Z轴电机通过聚焦套筒连接。
本技术方案中具体描述了调焦旋钮与Z轴电机的连接方式，Z轴电机通过聚焦套筒控制调焦旋钮的转动，实现目镜对载物台上玻片样本区域的自动聚焦，保证目镜采集的画面清晰。
进一步的，所述X轴电机用于控制自动载物平台沿X轴方向移动，所述Y轴电机用于控制自动载物平台沿Y轴方向移动，所述Z轴电机用于控制自动载物平台沿Z轴方向移动。
本技术方案中具体描述了自动载物平台沿X轴、Y轴和Z轴方向的移动分别是由X轴电机、Y轴电机和Z轴电机控制。
进一步的，所述自动载物平台沿X轴方向移动范围在114mm以内，所述自动载物平台沿Y轴方向移动范围在76mm以内。
本技术方案中具体描述了自动载物平台的沿X轴和Y轴方向的移动范围。
本实用新型的工作原理是：三轴运动控制器通过串口与计算机连接，获取并接收计算机的运动指令；该三轴运动控制器连接有三个电机，通过接收到的运动指令分别传递给三个电机，以分别控制每个电机的运动状态；该三个电机的状态也可以通过数据线返回给三轴运动控制器并通知计算机作出相应的处理。
本实用新型的进行激光聚焦扫描的方法步骤为：
1)在自动载物平台上放置待测切片玻片，并固定；
2)采用自动聚焦算法或手动聚焦的方法，使切片玻片上的切片处于最优清晰状态；
3)用激光测距仪记录当前切片上表面与目镜之间的焦距，定为标准焦距；
4)通过计算机程序启动自动扫描程序，发出指令至三轴运动控制器，由三轴运动控制器控制X轴电机、Y轴电机和Z轴电机，进而控制自动载物平台沿X轴、Y轴和Z轴方向的移动；
5)通过激光测距仪对移动的自动载物平台进行实时测焦距，将得到的焦距与步骤2)中的标准焦距进行比较后，将两者的区别反馈至自动聚焦装置；
6)自动聚焦装置收到激光测距仪的信号，通过Z轴电机调节自动载物平台沿Z轴移动，使切片位于物镜的焦平面内，得到最优清晰的图像。
本实用新型提供的基于显微镜的数字切片扫描激光聚焦装置采用高精度的自动载物平台，可由计算机发出指令，控制该自动载物平台进行X轴、Y轴和Z轴方向上进行移动；由于具有激光测距仪，可测得目镜与切片玻片之间的距离，进而控制自动载物平台调整焦距，使扫描过程在达到最佳聚焦结果的同时使用最短聚焦时间。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为激光测距仪的测距原理示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
实施例1
如图1和2所示，本实施例提供的是基于显微镜的数字切片扫描激光聚焦装置，包括显微镜1、目镜7和自动聚焦装置，该显微镜1上安装有自动载物平台2和调焦旋钮3，其中自动载物平台2通过卡槽连接可拆卸地安装于显微镜1上，用于沿X轴、Y轴和Z轴方向移动，且固连有聚焦套筒11，该自动载物平台2沿X轴、Y轴方向重复定位精度均为0.7μm，沿Z轴方向重复定位精度为0.07μm；该自动载物平台2上安装有X轴电机4和Y轴电机5；该自动聚焦装置包括Z轴电机6，Z轴电机6通过聚焦套筒11与调焦旋钮3相连；该目镜7一侧安装有激光测距仪8，激光测距仪8与自动聚焦装置相连，用于向自动载物平台2方向发出激光，测量目镜7与自动载物平台2的距离，并将测得的结果反馈到自动聚焦装置上；该X轴电机4用于控制自动载物平台2沿X轴方向移动，移动范围为110mm，Y轴电机5用于控制自动载物平台2沿Y轴方向移动，移动范围为75mm，Z轴电机6用于控制自动载物平台2沿Z轴方向移动；该X轴电机4、Y轴电机5和Z轴电机6均通过RS232连接线与三轴运动控制器9相连，用于控制X轴电机4、Y轴电机5和Z轴电机6的运行；该三轴运动控制器9与计算机10相连。
激光测距仪8用于测量目镜7与自动载物平台之间的距离S1，自动载物平台2上放置有切片的玻片12后，由于玻片12上表面与自动载物平台2之间的距离固定，为S2，故可得到目镜7与玻片12上表面之间的距离S，公式为S＝S1-S2；
本实施例提供的基于显微镜的数字切片扫描激光聚焦装置采用高精度的自动载物平台，可由计算机发出指令，控制该自动载物平台进行X轴、Y轴和Z轴方向上进行移动；由于具有激光测距仪，可测得目镜与切片玻片之间的距离，进而控制自动载物平台调整焦距，使扫描过程在达到最佳聚焦结果的同时使用最短聚焦时间。
Claims (7)
1.基于显微镜的数字切片扫描激光聚焦装置，其特征在于，包括：
显微镜，该显微镜上安装有调焦旋钮和目镜；
自动载物平台，可拆卸地安装于显微镜上，用于沿X轴、Y轴和Z轴方向移动，该自动载物平台上安装有X轴电机和Y轴电机；
自动聚焦装置，包括Z轴电机，该Z轴电机与调焦旋钮相连；
三轴运动控制器，与X轴电机、Y轴电机和Z轴电机均相连，用于控制X轴电机、Y轴电机和Z轴电机的运行；
激光测距仪，安装于目镜的一侧，与自动聚焦装置相连，用于向自动载物平台方向发出激光，测量目镜与自动载物平台的距离；
计算机，与三轴运动控制器相连。
2.根据权利要求1所述的基于显微镜的数字切片扫描激光聚焦装置，其特征在于：所述自动载物平台通过卡槽连接可拆卸地安装于显微镜上。
3.根据权利要求1所述的基于显微镜的数字切片扫描激光聚焦装置，其特征在于：所述自动载物平台沿X轴、Y轴方向重复定位精度均小于1μm，沿Z轴方向重复定位精度小于0.1μm。
4.根据权利要求1所述的基于显微镜的数字切片扫描激光聚焦装置，其特征在于：所述三轴运动控制器与X轴电机、Y轴电机和Z轴电机均通过RS232连接线相连。
5.根据权利要求1所述的基于显微镜的数字切片扫描激光聚焦装置，其特征在于：所述自动载物平台上固连有聚焦套筒，所述调焦旋钮与Z轴电机通过聚焦套筒连接。
6.根据权利要求1所述的基于显微镜的数字切片扫描激光聚焦装置，其特征在于：所述X轴电机用于控制自动载物平台沿X轴方向移动，所述Y轴电机用于控制自动载物平台沿Y轴方向移动，所述Z轴电机用于控制自动载物平台沿Z轴方向移动。
7.根据权利要求1所述的基于显微镜的数字切片扫描激光聚焦装置，其特征在于：所述自动载物平台沿X轴方向移动范围在114mm以内，所述自动载物平台沿Y轴方向移动范围在76mm以内。
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