CN100340891C

CN100340891C - 光学自动显微镜

Info

Publication number: CN100340891C
Application number: CNB031405975A
Authority: CN
Inventors: 陈生; 肖继昌; 李昕昱; 李运祥; 阚淑丽; 王磊; 李之友; 高水德
Original assignee: Beijing Precil Instrument Co Ltd
Current assignee: Chen Sheng
Priority date: 2003-06-05
Filing date: 2003-06-05
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2023-06-05
Also published as: CN1553241A

Abstract

本发明涉及一种光学自动显微镜，由目镜、物镜、载物台、聚光镜、照明光源构成主体显微镜，所述主体显微镜顶部装有一个图像扫描摄像机，所述物镜上设有电动转换器，所述载物台上设有水平横轴电机和水平纵轴电机，所述主体显微镜的立柱上设有竖直轴电机；所述水平横轴电机通过传动机构与一个样品夹定位架驱动连接，所述水平纵轴电机通过传动机构与所述载物台驱动连接，所述竖直轴电机通过传动机构与载物台驱动连接；有一个控制器，该控制器由嵌入式控制电路、液晶显示屏、电机驱动电路、控制指令编码器、操作手柄构成。本发明具有可实现图像的自动聚焦自动扫描及网络共享的优点。

Description

光学自动显微镜

技术领域

本发明涉及一种光学自动显微镜，该显微镜带有自动调焦自动扫描的控制器及电动执行机构。

背景技术

中国专利95242962.4公开了一种显微镜，由目镜、物镜、镜臂、平台、底盘、转换器、聚光镜、荧光灯构成。该显微镜手属于工操作的显微镜，通过手工操作，完成平台X、Y、Z轴移动和焦点调整；光源调整和物镜转换；此外，还有一种电控操作的显微镜，该显微镜由主体显微镜、电机控制可垂直移动的聚焦器，电机控制可水平移动的载物台、带有操作手柄的控制器组成，当进行图像自动聚焦自动扫描时，通过电控机械装置和半导体芯片控制载物台沿Z轴移动。该电控操作显微镜，虽然解决了载物台Z轴方向的电动控制，实现图像自动聚焦自动扫描。但是，由于无法实现对物镜转换器和光源明暗度的自动控制，尤其是在自动聚焦自动扫描过程中，使物镜转换和光源调整同步随动，从而大大限制了图像自动聚焦自动扫描速度和图像质量，更无法适应网络在线的图像实时传输过程中的对图像自动聚焦自动扫描的要求。因此，需要提出一种新型的光学自动显微镜。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学自动显微镜，该显微镜可实现图像自动聚焦自动扫描，样品的自动转换，光源照明度的调整与物镜转换同步进行。

本发明的目的是由下述技术方案实现的：一种光学自动显微镜，有一个由目镜、物镜、载物台、聚光镜、照明光源构成的主体显微镜，所述主体显微镜顶部装有一个图像扫描摄像机，所述物镜上设有电动转换器，所述载物台上设有水平横轴电机和水平纵轴电机，所述主体显微镜的立柱上设有竖直轴电机；所述水平横轴电机通过传动机构与一个样品夹定位架驱动连接，所述水平纵轴电机通过传动机构与所述载物台驱动连接，所述竖直轴电机通过传动机构与载物台驱动连接；有一个控制器，该控制器由嵌入式控制电路、液晶显示屏、水平横轴电机驱动电路、水平纵轴电机驱动电路、竖直轴电机驱动电路、水平移动控制指令编码器、竖直移动控制指令编码器、灯光亮度控制指令编码器、物镜转换控制指令编码器、操作手柄构成；所述控制器电路通过通讯接口电路与上位控制计算机连接；所述图像扫描摄像机与上位控制计算机连接。

本发明与已有技术相比，具有如下的优点：

1、由于本发明的载物台采用了沿X、Y、Z轴的电控移动方式，可实现图像的自动聚焦自动扫描。

2、由于本发明采用可拆卸式的加装式设计，可以在不破坏显微镜的原有结构的基础上，将摄像机、控制器及驱动电机加装到显微镜上，可大大提高显微镜的性能，大大降制造成本。

3、由于本发明的灯光亮度控制装置具有随动转换功能，光源亮度自动随转换高倍物镜而同步增强，随转换低倍物镜而同步减弱，因此，可以以满足实时图像自动聚焦自动扫描的需要。

4、本发明不仅能实现载物台的X、Y、Z轴的移动，还可以实现多个物镜自动转换，光源亮度的随动调整，因此，控制范围宽，并且各种控制指令和控制状态可以通过控制器表达。

5、本发明可以通过网络实现远程图像传送，并通过网络进行远程操控。

附图说明

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

图1、本发明的电气原理框图

图2、本发明的结构示意图

图3、本发明的载物台俯视图(图2的A-A剖视图未显示立柱)

图4、本发明的载物台正视图(图3的E向视图)

图5、本发明的载物台仰视图(图2的B-B剖视图未显示立柱)

图6、本发明的电机与载物台齿轮传动关系图(图2的C-C剖视图)

图7、本发明的电机与载物台皮带传动关系图

图8、本发明的电机与载物台齿形带传动关系图

图9、本发明的电机与载物台齿轮传动关系图(图2的D-D剖视图)

图10、本发明的控制器外形图

图11、本发明的另外一个实施例结构示意图

具体实施方式

参见图1及图2，本发明的光学自动显微镜，有一个主体显微镜1，该主体显微镜由一个立柱3、两个目镜、二至四个物镜4、一个载物台5、一个聚光镜9、一个照明光源10构成，所述立柱底部固定在一个底盘8上。所述物镜放大倍数可以是100倍、40倍、20倍、10倍和4倍，所述物镜上设有电动转换器，启动该转换器可以实现不同放大倍数的物镜的位置转换。所述主体显微镜顶部装有一个图像扫描摄像机2，该摄像机可以直接将图像送到一个微型计算机内并在其屏幕上显示。所述载物台上设有水平横轴电机6和水平纵轴电机12，所述主体显微镜的立柱3下部设有竖直轴电机11，该电机对侧设有微调焦旋钮7。该电机与微调焦旋钮可以采用柔性连接，即可以手动调焦又可以自动调焦。为了描述上的便利，水平横轴电机可以定义为X轴电机，水平纵轴电机可以定义为Y轴电机，竖直轴电机可以定义为Z轴电机。在本实施例中，所述水平横轴电机通过齿条传动机构与一个样品夹定位架驱动连接，所述水平纵轴电机通过齿条传动机构与所述载物台驱动连接，所述竖直轴电机通过摩擦轮传动机构与载物台驱动连接。参见图3及图4，样品夹定位架501设置在载物台上，可沿载物台表面进行左右移动。该样品夹定位架固定被检测的样品。参见图5，本实施例中的驱动电机采用高速细分步进电机(简称电机细分)，并采用光电开关15检测样品夹定位架和载物台的行程、位置。

参见图2、图3及图6，在本发明的一个实施例中，所述齿条602与样品夹定位架501固定连接，所述齿轮601与水平横轴电机的输出轴固定，齿轮齿条啮合传动，通过X轴电机与光电开关配合控制样品夹定位架沿X轴线方向左右移动。参见图2、图3及图9，所述齿条602与载物台5固定，所述齿轮601与水平纵轴电机的输出轴固定，通过Y轴电机与光电开关配合控制载物台Y轴线方向前后移动，将被检测的样品与物镜对正。

参见图7，在本发明的另一个实施例中，所述水平横轴电机通过皮带传动机构603与一个样品夹定位架驱动连接，即一个皮带轮固定在载物台上，另一个皮带轮装在电机上，样品夹定位架与皮带刚性连接。所述水平纵轴电机通过皮带传动机构与所述载物台驱动连接(由于该结构与图7的基本相同，因此该图没有给出)。

参见图8，在本发明的另一个实施例中，所述水平横轴电机通过同步齿形带传动机构604与一个样品夹定位架驱动连接，即一个齿轮固定在载物台上，另一个齿轮装在电机上，样品夹定位架与齿形带刚性连接。所述水平纵轴电机通过同步齿形带传动机构与所述载物台驱动连接(由于该结构与图8基本相同，因此在图中没有给出)。

参见图1及图10，本实施例中有一个控制器16，该控制器由嵌入式控制电路、液晶显示屏、水平横轴电机驱动电路、水平纵轴电机驱动电路、竖直轴电机驱动电路、水平移动控制指令编码器、竖直移动控制指令编码器、灯光亮度控制指令编码器、物镜转换控制指令编码器、操作手柄构成；所述控制器电路通过通讯接口电路与上位控制计算机连接；所述图像扫描摄像机与上位控制计算机连接。所述上位控制计算机可采用普通的微型计算机。图10显示出该控制器的俯视形态，在控制器中部设有一个条状液晶显示屏，该显示屏右下端设有灯光亮度控制旋钮161，该旋钮与灯光亮度控制指令编码器电连接，该控制器的下部是一个键盘，该键盘的右部设有物镜转换控制器162，该控制器的中部是一个X-Y轴电机控制键盘165，该键盘的左侧是X-Y轴电机操作手柄163，该键盘和操作手柄与水平移动控制指令编码器、竖直移动控制指令编码器电连接。该控制器的左下端是一个Z轴电机控制旋钮164，该旋钮与竖直移动控制指令编码器电连接。

本发明的嵌入式控制电路，是控制器的核心部分。以通用的单片机(如80C196或8051等)为基础设计而成，为支持多轴联动的控制要求，控制器所配置的软件具有实时多任务的调度能力；其最小时间片的设定小于50μs，以满足多个步进电机并发的高速细分运动需要。

本发明的指令编码器，包括水平移动(X-Y轴方向)指令编码器、垂直移动指令(Z轴方向)编码器和灯光控制指令编码器，用于提供载物台移动的控制指令；由于上述控制指令连续地表达操作者的控制意图，因此这些输入单元均具备连续物理量的表达能力；另外，操作手柄杆或脉冲编码器被作为实施的首选方案。

参见图1，本发明采用两级分层控制，使大量的步进电机控制信号直接由底层的嵌入式控制电路形成，只有相当少的控制指令流需要与上位控制计算机进行交换。控制器通过通讯接口与上位控制计算机交换信息。接口标准可以采用从RS-232，USB到各种并口协议。

参见图11，在本发明的另一个实施例中，所述聚光镜下方串联设置一个高倍聚光镜13，所述控制器中设有聚光镜位置控制转换器，可以实现高倍聚光镜的适时的自动投入与退出。该高倍聚光镜主要用于放大倍数为10倍以上的物镜的情况。

本发明使用时，将被测样品放入显微镜载物台，启动控制器，输出指令，可以令显微镜载物台进行X、Y、Z轴的电控移动；可以令显微镜物镜进行电控转换，同时显微镜光源亮度随之同步变化；所有操作的状态均可显示在控制器的液晶显示屏上。与上位控制计算机连接，使用自动聚焦自动扫描软件，即可完成实时图像的自动聚焦自动扫描操作。

参见图11，为了实现网络共享，在本实施例中，所述主体显微镜一侧设有全景摄像机14，该摄像机与上位控制计算机连接。所述上位控制计算机可采用普通的微型计算机。所述图像扫描摄像机获取的图像可利用上位控制计算机进行图像储存、重放、分析并利用网络远程传送。所述全景摄像机可以将现场的主体显微镜的工作景像实时记录，并利用网络远程传送。本发明还可以通过网络进行操作通过。即将本发明通过上位控制计算机接入互联网，或者局域网，适用者就可以通过网络操作本发明。

Claims

1、一种光学自动显微镜，有一个由目镜、物镜(4)、载物台(5)、聚光镜(9)、照明光源(10)构成的主体显微镜(1)，其特征在于：所述主体显微镜顶部装有一个图像扫描摄像机(2)，所述物镜上设有电动转换器，所述载物台上设有水平横轴电机(6)和水平纵轴电机(12)，所述主体显微镜的立柱(3)上设有竖直轴电机(11)；所述水平横轴电机通过齿条传动机构与一个样品夹定位架驱动连接，所述水平纵轴电机通过齿条传动机构与所述载物台驱动连接，所述竖直轴电机通过摩擦轮传动机构与载物台驱动连接；有一个控制器(16)，该控制器由嵌入式控制电路、液晶显示屏、水平横轴电机驱动电路、水平纵轴电机驱动电路、竖直轴电机驱动电路、水平移动控制指令编码器、竖直移动控制指令编码器、灯光亮度控制指令编码器、物镜转换控制指令编码器、操作手柄构成；所述控制器电路通过通讯接口电路与上位控制计算机连接；所述图像扫描摄像机与上位控制计算机连接；所述竖直轴电机对侧设有微调焦旋钮(7)，该电机与微调焦旋钮柔性连接。

2、根据权利要求1所述的光学自动显微镜，其特征在于：所述聚光镜下方串联设置一个高倍聚光镜，所述控制器中设有聚光镜位置控制转换器。

3、根据权利要求1所述的光学自动显微镜，其特征在于：所述控制器通过接口驱动电路与微型计算机数据连接。

4、根据权利要求1所述的光学自动显微镜，其特征在于：所述齿条传动机构替换为皮带传动机构，所述水平横轴电机通过皮带传动机构与一个样品夹定位架驱动连接，所述水平纵轴电机通过皮带传动机构与所述载物台驱动连接。

5、根据权利要求1所述的光学自动显微镜，其特征在于：所述齿条传动机构替换为同步齿形带传动机构，所述水平横轴电机通过同步齿形带传动机构与一个样品夹定位架驱动连接，所述水平纵轴电机通过同步齿形带传动机构与所述载物台驱动连接。

6、根据权利要求1所述的光学自动显微镜，其特征在于：所述主体显微镜一侧设有全景摄像机，该全景摄像机与上位控制计算机连接。