CN104898266B - 一种线性电动物镜切换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线性电动物镜切换装置，包括固定板、线性磁轴电机、光栅尺、切换板、物镜安装板、非标物镜。本发明所述线性电动物镜切换装置通过线性磁轴电机带动压电式物镜沿直线方向进行切换，采用光栅尺进行定位，其优势在于切换时响应速度快，定位精度高，可用于非标结构、大体积物镜模块的快速切换，尤其适用于压电式物镜的切换。

Description

一种线性电动物镜切换装置

技术领域

本发明涉及显微镜技术领域，特别涉及一种线性电动物镜切换装置。

背景技术

物镜是生物显微镜的核心器件。为了观察不同尺度的生物组织信息，显微镜通常配置多种不同放大倍数、数值孔径的物镜。随着全自动扫描显微镜的发展，出现了各种电动物镜切换装置，大多数是转盘式物镜切换装置。目前，已经出现多种非标显微物镜，例如一种压电式显微物镜，用于Z轴方向的纳米级微位移，以满足全自动扫描显微镜对高精度、响应快及全自动对焦技术的要求。鉴于目前技术水平的限制，压电式物镜体积较大、存在电控连接线缆，这些问题限制了压电式物镜在转盘式物镜切换器上的应用，除此以外，转盘式物镜切换装置还存在结构复杂、切换速度慢等缺点。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种线性电动物镜切换装置，具有响应速度快，切换运动平稳，定位精确高，既可安装非标物镜也可安装标准物镜等特点。

发明内容

为了解决以上存在的问题，即现有转盘式物镜切换装置不宜对非标结构、大体积物镜模块进行快速切换的问题，本发明提供了一种能够沿直线方向运动的物镜切换装置，该装置可以根据压电式物镜或其他非标结构物镜的体积进行合理布局，电控线缆连接方便。该装置采用线性磁轴电机驱动，响应速度快，切换运动平稳，定位精确高，既可安装非标物镜也可安装标准物镜。

为实现上述目的，本发明提供了一种线性电动物镜切换装置，包括固定板、切换板、物镜安装板、非标物镜；所述装置采用层叠嵌入式结构，所述固定板水平安装在样品上方，所述切换板在所述固定板的下方，所述固定板和所述切换板之间通过精密直线导轨与滚珠滑块作为移动副来连接，所述物镜安装板安装在所述切换板下方，所述非标物镜安装在所述物镜安装板上；所述装置通过线性磁轴电机驱动所述物镜安装板沿直线方向进行切换，每个所述非标物镜在光栅尺上对应一个位置，上位机通过光栅尺读头判断所述切换板所在位置并控制所述线性磁轴电机对所述非标物镜进行切换。

进一步地，所述固定板中间有一个圆形成像通孔，所述固定板下方安装有所述线性磁轴电机的定子、两条所述精密直线导轨和所述光栅尺读头。

进一步地，两条所述精密直线导轨相互平行，平行度控制在3μm以内。

进一步地，所述定子和所述光栅尺读头位于所述精密直线导轨两侧，所述定子与光栅尺读头部分嵌入在所述固定板内。

进一步地，所述切换板上方安装有所述线性磁轴电机的磁轴、光栅尺及所述滚珠滑块，所述切换板中间配置有一个矩形通孔，所述矩形通孔长度大于所述切换板的行程，所述矩形通孔宽度大于所述非标物镜接口的直径。

进一步地，所述线性磁轴电机的磁轴与所述光栅尺相互平行，所述滚珠滑块的滚珠嵌入所述固定板下方的所述精密直线导轨的凹槽内，使得所述切换板与所述固定板在垂直方向相互约束，并且能沿所述精密直线导轨自由滑动。

进一步地，所述物镜安装板中间配置有一个矩形凸台，所述凸台的尺寸与所述切换板上的所述矩形通孔一致，所述凸台上配置有若干与所述凸台上表面垂直的物镜安装孔，所述物镜安装孔螺纹规格与显微物镜的接口螺纹一致。

进一步地，所述凸台的四周配置有四个通孔，所述通孔的位置与所述切换板下方螺纹孔的位置对应，所述物镜安装板通过四颗螺丝将固定在所述切换板的下方；所述物镜安装板上的所述凸台能够完全嵌入所述切换板上的所述矩形通孔中。

进一步地，所述直线电动物镜切换装置的工作流程如下：

1)接通电源，所述光栅尺读头检测到所述切换板所在位置；

2)所述线性磁轴电机带动所述切换板向零点位置移动并停留在零点位置；

3)上位机向所述线性磁轴电机驱动器发送命令；

4)所述线性磁轴电机驱动器执行接收到的所述命令，所述线性磁轴电机带所述动切换板移动，实现所述非标物镜的切换。

进一步地，所述命令包含所述线性磁轴电机所要移动的方向和距离。

本发明提出一种线性电动物镜切换装置，它包括固定板、线性磁轴电机、光栅尺、切换板、物镜安装板、非标物镜。固定板、切换板、物镜安装板的安装顺序是：固定板在上方，切换板在中间，物镜安装板在下方。固定板水平安装在所要观察的样品上方，使整个线性电动物镜切换装置安装好后物镜与所要观察的样品垂直。该装置采用层叠嵌入式结构，切换板通过滚珠滑块吊装在固定板下方，物镜安装板嵌入安装在切换板下方，非标物镜可通过物镜安装孔安装在物镜安装板上。

所述固定板的中间有一圆形成像通孔，其下方安装有所述线性磁轴电机的定子、两条精密直线导轨、光栅尺读头，其中，所述两条精密直线导轨相互平行。

所述定子与光栅尺读头位于精密直线导轨两侧，为了使整个装置结构紧凑，所述定子与光栅尺读头部分嵌入在固定板内。

所述切换板的上方安装有所述线性磁轴电机的磁轴、滚珠滑块、光栅尺。所述线性磁轴电机的磁轴与所述光栅尺相互平行。所述线性磁轴电机的磁轴插入所述线性磁轴电机的定子中间的通孔，所述切换板与所述固定板之间通过精密直线导轨与滚珠滑块作为移动副。所述切换板的中间有一矩形通孔，其长度大于所述切换板的行程，其宽度大于物镜接口的直径。在所述切换板的下方，所述通孔的外围设有四个螺纹孔。

所述物镜安装板的上表面有一矩形凸台，凸台尺寸与所述的切换板上的通孔一致。所述凸台的上表面设有若干与凸台上表面垂直的物镜安装孔，所述物镜安装孔的螺纹规格与显微物镜的接口螺纹一致，所物镜安装孔的间距可根据所要安装的非标物镜的尺寸来确定，所述物镜安装孔的数量与所要安装的非标物镜数量相等。

所述物镜安装板凸台的四周设有四个通孔，通孔的位置与所述切换板下方螺纹孔的位置对应，以便通过四颗螺丝将所述物镜安装板固定在所述切换板的下方。物镜安装板上的所述凸台能够完全嵌入所述切换板上的矩形通孔中。

整个直线电动物镜切换装置的工作流程如下：

1)接通电源，光栅尺读头检测到切换板所在位置；

2)线性磁轴电机带动切换板向零点位置移动并停留在零点位置；

3)上位机向线性磁轴电机驱动器发送命令，命令包含线性磁轴电机所要移动的方向和距离；

4)线性磁轴电机驱动器执行接收到的命令，线性磁轴电机带动切换板移动，完成物镜的切换。

本发明所述线性电动物镜切换装置的传动及定位装置采用嵌入式设计，线性磁轴电机与光栅尺等传动与定位装置全部嵌入固定板与切换板中，这种设计使得整个装置的结构紧凑，特别适合空间较小的场合。切换板和物镜安装板的长度可以根据物镜的数量与尺寸进行定制，这样就可以同时安装多个非标物镜或物镜模块。并且对于带线缆的压电式物镜模块，这种直线切换模式有效的避免了线缆缠绕问题。另外，物镜安装板上的物镜安装孔的数量和大小可以定制，本发明所述的物镜切换装置可以配备多种不同的物镜安装板，既可用于安装标准接口物镜，也可用于安装非标接口物镜，使用起来灵活方便。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明完整直线运动物镜切换装置示意图；

图2是固定板的示意图；

图3是切换板的示意图；

图4是物镜安装板的示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如图1至图4，在一种线性电动物镜切换装置的实施方法中，固定板1的正中间设有圆形成像通孔13，成像通孔13的两侧安装有两根精密直线导轨12，为保证切换板能够正常滑动，并且每个镜头都能正常成像，两根精密直线导轨之间要保证有一定的平行度，本实施例中的平行度控制在3μm以内。

切换板2的上方安装有四个滚珠滑块，切换板2通过滚珠滑块悬挂在固定板1的下方，所述切换板与所述固定板之间通过静脉直线导轨与滚珠滑块作为移动副。切换板2的一侧安装有线性磁轴电机的磁轴23，磁轴23从定子14中间的孔穿过，定子14安装在固定板1的下方，切换板2的中间有一矩形通孔21，在切换板2的下方，矩形通孔21的外围设有四个螺纹孔。

物镜安装板3的下方安装了三个压电式物镜4。物镜安装板3安装在切换板2上，切换板2上有一矩形通孔21，物镜安装板3上的凸台32嵌入物镜嵌入通孔21中。物镜安装板的上方设有四个通孔33，其位置与所述矩形通孔21外围的四个螺丝孔对应，物镜安装板3与切换板2通过标准螺丝固定。

光栅尺27安装在切换板2上表面的凹槽28内，光栅尺27的一端装有参考零位励磁体29，另一端装有限位开关25。

以图1为例，左边的镜头为第一个物镜，当第一个物镜与所述固定板1上的成像通孔13同轴时，切换板2所处的位置为零点位置。

三个镜头在光栅尺27上分别对应一个位置，当电源接通后，光栅尺读头15检测到切换板离零点位置的距离从而判断所在的位置，如果切换板没有停留在零点位置，则由上位机控制线性磁轴电机带动切换板回归零点位置。当需要切换镜头时，由上位机给出切换指令，指令中包含线性磁轴电机所要行走的方向和距离，线性磁轴电机的磁轴23带动切换板沿精密直线导轨12运动，到达指定位置后，切换板停止运动，所要切换的镜头正好与固定板的上的成像通孔同轴，完成镜头切换。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种线性电动物镜切换装置，其特征在于，包括固定板、切换板、物镜安装板、非标物镜；所述线性电动物镜切换装置采用层叠嵌入式结构，所述固定板水平安装在样品上方，所述切换板在所述固定板的下方，所述固定板和所述切换板之间通过精密直线导轨与滚珠滑块作为移动副来连接，所述物镜安装板安装在所述切换板下方，所述非标物镜安装在所述物镜安装板上；所述线性电动物镜切换装置通过线性磁轴电机驱动所述物镜安装板沿直线方向进行切换，每个所述非标物镜在光栅尺上对应一个位置，上位机通过光栅尺读头判断所述切换板所在位置并控制所述线性磁轴电机对所述非标物镜进行切换；所述固定板下方安装有所述线性磁轴电机的定子、两条所述精密直线导轨和所述光栅尺读头，所述定子和所述光栅尺读头位于所述精密直线导轨两侧，所述定子与所述光栅尺读头部分嵌入在所述固定板内；所述切换板上方安装有所述线性磁轴电机的磁轴、所述光栅尺及所述滚珠滑块，所述滚珠滑块的滚珠嵌入所述固定板下方的所述精密直线导轨的凹槽内，使得所述切换板与所述固定板在垂直方向相互约束，并且能沿所述精密直线导轨自由滑动。

2.如权利要求1所述的线性电动物镜切换装置，其特征在于，所述固定板中间有一个圆形成像通孔。

3.如权利要求1所述的线性电动物镜切换装置，其特征在于，两条所述精密直线导轨相互平行，平行度控制在3μm以内。

4.如权利要求1所述的线性电动物镜切换装置，其特征在于，所述切换板中间配置有一个矩形通孔，所述矩形通孔长度大于所述切换板的行程，所述矩形通孔宽度大于所述非标物镜接口的直径。

5.如权利要求4所述的线性电动物镜切换装置，其特征在于，所述线性磁轴电机的磁轴与所述光栅尺相互平行。

6.如权利要求4所述的线性电动物镜切换装置，其特征在于，所述物镜安装板中间配置有一个矩形凸台，所述凸台的尺寸与所述切换板上的所述矩形通孔一致，所述凸台上配置有若干与所述凸台上表面垂直的物镜安装孔，所述物镜安装孔螺纹规格与显微物镜的接口螺纹一致。

7.如权利要求6所述的线性电动物镜切换装置，其特征在于，所述凸台的四周配置有四个通孔，所述通孔的位置与所述切换板下方螺纹孔的位置对应，所述物镜安装板通过四颗螺丝将固定在所述切换板的下方；所述物镜安装板上的所述凸台能够完全嵌入所述切换板上的所述矩形通孔中。

8.如权利要求1-7任一一种所述的线性电动物镜切换装置，其特征在于，所述线性电动物镜切换装置的工作流程如下：

1)接通电源，所述光栅尺读头检测到所述切换板所在位置；

2)所述线性磁轴电机带动所述切换板向零点位置移动并停留在零点位置；

3)上位机向线性磁轴电机驱动器发送命令；

4)所述线性磁轴电机驱动器执行接收到的所述命令，所述线性磁轴电机带动所述切换板移动，实现所述非标物镜的切换。

9.如权利要求8所述的线性电动物镜切换装置，其特征在于，所述命令包含所述线性磁轴电机所要移动的方向和距离。