CN107589537A - 一种大视野层析成像的共聚焦显微镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大视野层析成像的共聚焦显微镜，包括轴向运动机构和横向运动机构，轴向运动机构的第一驱动机构驱动蜗轮蜗杆机构带动凸轮槽套筒转动，旋转限位销插入凸轮槽套筒的凸轮槽中后固定至轴向槽套筒，物镜固定至轴向槽套筒的端部，卡槽螺钉相对基板固定且插入轴向槽套筒的外筒壁的轴向槽中以将蜗轮的圆周转动转化为物镜的轴向运动以实现层析成像；横向运动机构设置于基板上，鼻管设置于横向运动机构上，物镜设置于鼻管内，横向运动机构用于沿垂直于物镜的轴向的第一方向和第二方向调整鼻管相对于基板的位置以实现大视野成像。

Description

一种大视野层析成像的共聚焦显微镜

技术领域

本发明涉及一种大视野层析成像的共聚焦显微镜。

背景技术

美国的Lucid公司的Vivascope系列皮肤CT产品，其在实现共焦技术大视野层析成像时的机构存在一定的缺陷：由马达带动小齿轮转动，同时与外围环齿轮配合传动，通过凸轮槽内的销实现物镜前后平移，但是这种平移由于自由度约束过少，会产生物镜跟转现象，影响运动精度，从而影响层析成像效果，同时，这种传动方式轴向空间占用过多，很难实现小型化、紧凑型机构。

鉴于此，本发明亟需解决上述技术问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种传动精度好、轴向空间占用较少的大视野层析成像的共聚焦显微镜。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种大视野层析成像的共聚焦显微镜，包括基板、轴向运动机构、横向运动机构、物镜和鼻管，轴向运动机构包括第一驱动机构、蜗轮蜗杆机构、凸轮槽套筒、旋转限位销、轴向槽套筒和卡槽螺钉，第一驱动机构驱动蜗轮蜗杆机构的蜗杆转动，蜗轮蜗杆机构的蜗轮连接并带动凸轮槽套筒转动，凸轮槽套筒转动支撑于基板上，旋转限位销插入凸轮槽套筒的沿圆周方向螺旋设置的凸轮槽中后固定至轴向槽套筒，物镜固定至轴向槽套筒的端部，卡槽螺钉相对基板固定且插入轴向槽套筒的外筒壁的沿轴向设置的轴向槽中，卡槽螺钉与旋转限位销配合以将蜗轮的圆周转动转化为物镜的轴向运动以实现层析成像；横向运动机构设置于基板上，鼻管设置于横向运动机构上，物镜设置于鼻管内，横向运动机构用于沿垂直于物镜的轴向的第一方向和第二方向调整鼻管相对于基板的位置以实现大视野成像。

其中，轴向运动机构进一步包括联轴器和凹形底座，第一驱动机构设置于凹形底座的外侧，联轴器和蜗杆相对固定后转动设置于凹形底座上，第一驱动机构通过联轴器驱动蜗杆转动。

其中，轴向运动机构进一步包括蜗杆固定轴承和压环，蜗杆固定轴承组装至凹形底座的侧壁上用于转动支撑蜗杆，压环将蜗杆固定轴承压紧至凹形底座。

其中，轴向运动机构进一步包括凸轮槽套筒固定轴承和轴承座，轴承座安装于基板的一侧面，凸轮槽套筒固定轴承用于将凸轮套套筒转动支撑于轴承座中。

其中，轴向运动机构进一步包括带法兰结构的薄壁筒，薄壁筒通过其法兰结构设置于基板的另一侧，薄壁筒上设置螺纹孔，卡槽螺钉拧入薄壁筒的螺纹孔后插入轴向槽套筒的轴向槽中。

其中，横向运动机构包括第一运动平台、第二运动平台、第二驱动机构和第三驱动机构，第一运动平台位于第二运动平台和基板之间，鼻管设置于第二运动平台上，第二驱动机构用于驱动第一运动平台带动第二运动平台和鼻管沿第一方向移动，第三驱动机构用于驱动第二运动平台带动鼻管沿第二方向移动。

其中，横向运动机构进一步包括第一转接件和第二转接件，第一转接件的一端固定至第一运动平台，第二驱动机构沿第一方向驱动第一转接件的另一端，第二转接件的一端固定至第二运动平台，第三驱动机构沿第二方向驱动第二转接件的另一端，第二驱动机构固定至基板，第三驱动机构固定至第一运动平台。

其中，横向运动机构进一步包括第一导轨滑块组件和第二导轨滑块组件，第一导轨滑块组件设置于基板和第一运动平台之间，第二导轨滑块组件设置于第一运动平台和第二运动平台之间。

其中，横向运动机构进一步包括第一弹簧组件和第二弹簧组件，第一弹簧组件包括两沿第一方向延伸的第一弹簧，第一弹簧的一端固定至基板另一端固定至第一运动平台，第二弹簧组件包括两沿第二方向延伸的第二弹簧，第二弹簧的一端固定至第一运动平台另一端固定至第二运动平台，第一弹簧组件用于在手动沿第一方向推动第一运动平台后使第一运动平台复位，第二弹簧组件用于在手动沿第二方向推动第二运动平台后使第二运动平台复位。

其中，共聚焦显微镜进一步包括光耦限位开关，光耦限位开关包括光耦检测件和被检金属薄片，光耦检测件固定至基板且具有U型槽，被检金属薄片的一端固定至蜗轮，蜗轮每转动一圈，被检金属薄片的另一端通过一次光耦检测件的U型槽。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明大视野层析成像的共聚焦显微镜包括轴向运动机构和横向运动机构，轴向运动机构用于实现物镜的轴向聚焦调整进而达到层析成像的目的，横向运动机构用于沿垂直于物镜的轴向的第一方向和第二方向调整鼻管相对于基板的位置以实现大视野成像的目的；在轴向运动机构中，采用蜗轮蜗杆的传动方式以带动凸轮槽套筒转动，能够减少传动占用的轴向空间，可以大大降低共聚焦显微镜的高度，进而减小共聚焦显微镜占用的摆放空间；进一步地，采用卡槽螺钉插入轴向槽套筒的沿轴向设置的轴向槽中，以确保凸轮槽套筒转动时，轴向槽套筒连通物镜仅能在物镜的轴向上发生平移而不会发生跟转现象，传动精度好，进而确保共焦显微镜能够取得优质的层析成像效果。

附图说明

图1是本发明大视野层析成像的共聚焦显微镜的一优选实施例的立体结构图；

图2是图1所示共聚焦显微镜的轴向运动机构的立体结构图；

图3是图1所示共聚焦显微镜的横向运动机构的立体结构图；

图4是图1所示共聚焦显微镜的光耦限位开关的俯视图。

具体实施方式

请参照图1，本发明大视野层析成像的共聚焦显微镜包括基板10、轴向运动机构20、横向运动机构30、物镜40、鼻管50和光耦限位开关60。

轴向运动机构20包括第一驱动机构21、蜗轮蜗杆机构22、凸轮槽套筒23、旋转限位销201、轴向槽套筒24、卡槽螺钉(未图示)、联轴器25、凹形底座26、蜗杆固定轴承27、压环28、凸轮槽套筒固定轴承29和薄壁筒(未图示)。

第一驱动机构21为直线电机，其用于驱动蜗轮蜗杆机构22的蜗杆222转动。凹形底座26包括底壁和一对侧壁，第一驱动机构21设置于凹形底座26的一侧壁的外侧，联轴器25和蜗轮蜗杆机构22的蜗杆222相对固定后转动支撑于凹形底座26的两侧壁上，第一驱动机构21通过联轴器25驱动蜗杆222转动。蜗杆固定轴承27设置于凹形底座26的另一侧壁的通孔中且用于转动支撑蜗杆222，压环28自侧壁的外侧将蜗杆固定轴承27压紧至凹形底座26。

蜗轮221与蜗杆222啮合，蜗杆222转动时带动蜗轮221转动。蜗轮221的轴向设置凸出的台阶，通过侧向螺钉(未图示)与凸轮槽套筒23连接起来，因此，蜗轮221转动时，与其连接的凸轮槽套筒23随之一起转动。凸轮槽套筒23具有沿其圆周方向螺旋设置的凸轮槽231。旋转限位销201插入凸轮槽套筒23的凸轮槽231后固定至轴向槽套筒24使得轴向槽套筒24能够相对凸轮槽套筒绕凸轮槽231移动。

凸轮槽套筒23转动支撑于基板10上，具体地，凸轮槽套筒固定轴承29卡于凸轮槽套筒23的外壁上，轴承座(未图示)安装于基板10的一侧面(该侧面背离物镜40，亦称后侧面，朝向物镜40的侧面则为前侧面)，凸轮槽套筒23通过凸轮槽套筒固定轴承29转动支撑于轴承座上，亦即转动支撑于基板10上。

轴向槽套筒24的一端筒壁上开设定位孔以设置旋转限位销201，另一端内壁设置内螺纹以拧紧物镜40，物镜40拧紧至轴向套筒24上。轴向套筒24的外筒壁上沿轴向凹设轴向槽241。

卡槽螺钉(未图示)相对基板10固定且插入轴向槽套筒24的轴向槽241中。具体地，薄壁筒自带法兰结构，薄壁筒设置于轴向槽套筒24外且通过其法兰结构设置于基板10的另一侧面上，即设置于基板10的前侧面上。薄壁筒上设置螺纹孔，卡槽螺钉拧入薄壁筒的螺纹孔后插入轴向槽套筒24的轴向槽241中。卡槽螺钉与轴向槽241配合后限制轴向槽套筒24不得在其圆周方向上转动；卡槽螺钉与旋转限位销201配合，凸轮槽套筒转动时，旋转限位销201在凸轮槽231中移动，进而将蜗轮221的圆周转动转化为物镜40的轴向运动以实现层析成像。

横向运动机构30设置于基板10上，鼻管50设置于横向运动机构30上，物镜40设置于鼻管50内，横向运动机构30用于沿垂直于物镜40的轴向的第一方向X和第二方向Y调整鼻管50相对于基板10的位置以实现大视野成像。第一方向X和第二方向Y相互垂直。

具体地，横向运动机构30包括第一运动平台31、第二运动平台32、第二驱动机构33、第三驱动机构34、第一转接件35、第二转接件36、第一导轨滑块组件37、第二导轨滑块组件38、第一弹簧组件和第二弹簧组件。优选地，第二驱动机构33和第三驱动机构34为直线电机。

第一运动平台31设置于基板10的前侧且位于基板10和第二运动平台32之间，鼻管50设置于第二运动平台上，第二驱动机构33用于驱动第一运动平台31带动第二运动平台32和鼻管50沿第一方向X移动，第三驱动机构34用于驱动第二运动平台32带动鼻管50相对第一运动平台31沿第二方向Y移动。

优选地，第二驱动机构33固定至基板，第一转接件35的一端固定至第一运动平台31，第二驱动机33构沿第一方向X驱动第一转接件35的另一端；第三驱动机构34固定至第一运动平台31，第二转接件36的一端固定至第二运动平台32，第三驱动机构34沿第二方向Y驱动第二转接件36。

第一导轨滑块组件37和第二导轨滑块组件38的设置是为了提高第一运动平台31和第二运动平台32的运动精度，其中，第一导轨滑块组件37的相互配合的导轨和滑块之一设置于基板10上，之另一设置于第一运动平台31上；第二导轨滑块组件38的相互配合的导轨和滑块之一设置于第一运动平台31上，之另一设置于第二运动平台32上。优选地，第一导轨滑块组件37的数目为两个，第二导轨滑块组件38的数目亦为两个。

第一弹簧组件包括两个互相平行且均沿第一方向X延伸的第一弹簧301，第一弹簧301的一端固定至基板10另一端固定至第一运动平台31；第一弹簧组件用于在第二驱动机构33未工作时手动沿第一方向X推动第一运动平台31，松手后第一运动平台31在第一弹簧301回弹力的作用下自动复位。第二弹簧组件包括两个互相平行且均沿第二方向Y延伸的第二弹簧302，第二弹簧302的一端固定至第一运动平台31另一端固定至第二运动平台32；第二弹簧组件用于在第三驱动机构未工作时手动沿第二方向Y推动第二运动平台32，松手后第二运动平台32在第二弹簧302回弹力的作用下自动复位。第一弹簧组件301和第二弹簧组件302的设置用于预调共聚焦显微镜的大视野范围。

光耦限位开关60包括光耦检测件61和被检金属薄片62。光耦检测件61固定至基板10上且其具有U形槽611，被检金属薄片62的一端固定至蜗轮221，初始位置时，被检金属薄片62的另一端位于U形槽611中；蜗轮221每转动一圈，被检金属薄片62的另一端通过一次光耦检测件61的U形槽611被光耦检测件61检测到；当被检金属薄片62被光耦检测件61检测到时，轴向运动机构20停止运动，从而精确控制蜗轮蜗杆机构的运动量，进而调整物镜40的变焦运动量。

区别于现有技术，本发明大视野层析成像的共聚焦显微镜包括轴向运动机构20和横向运动机构30，轴向运动机构20用于实现物镜40的轴向聚焦调整进而达到层析成像的目的，横向运动机构30用于沿垂直于物镜40的轴向的第一方向X和第二方向Y调整鼻管50相对于基板10的位置以实现大视野成像的目的；在轴向运动机构20中，采用蜗轮蜗杆的传动方式以带动凸轮槽套筒23转动，能够减少传动占用的轴向空间，可以大大降低共聚焦显微镜的高度，进而减小共聚焦显微镜占用的摆放空间；进一步地，采用卡槽螺钉插入轴向槽套筒24的沿轴向设置的轴向槽241中，以确保凸轮槽套筒23转动时，轴向槽套筒24连通物镜40仅能在物镜40的轴向上发生平移而不会发生跟转现象，传动精度好，进而确保共焦显微镜能够取得优质的层析成像效果。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种大视野层析成像的共聚焦显微镜，其特征在于，所述共聚焦显微镜包括基板、轴向运动机构、横向运动机构、物镜和鼻管，

所述轴向运动机构包括第一驱动机构、蜗轮蜗杆机构、凸轮槽套筒、旋转限位销、轴向槽套筒和卡槽螺钉，所述第一驱动机构驱动所述蜗轮蜗杆机构的蜗杆转动，所述蜗轮蜗杆机构的蜗轮连接并带动所述凸轮槽套筒转动，所述凸轮槽套筒转动支撑于所述基板上，所述旋转限位销插入所述凸轮槽套筒的沿圆周方向螺旋设置的凸轮槽中后固定至所述轴向槽套筒，所述物镜固定至所述轴向槽套筒的端部，所述卡槽螺钉相对所述基板固定且插入所述轴向槽套筒的外筒壁的沿轴向设置的轴向槽中，所述卡槽螺钉与所述旋转限位销配合以将蜗轮的圆周转动转化为物镜的轴向运动以实现层析成像；

所述横向运动机构设置于所述基板上，所述鼻管设置于所述横向运动机构上，所述物镜设置于所述鼻管内，所述横向运动机构用于沿垂直于所述物镜的轴向的第一方向和第二方向调整所述鼻管相对于所述基板的位置以实现大视野成像。

2.根据权利要求1所述的共聚焦显微镜，其特征在于，所述轴向运动机构进一步包括联轴器和凹形底座，所述第一驱动机构设置于所述凹形底座的外侧，所述联轴器和所述蜗杆相对固定后转动设置于所述凹形底座上，所述第一驱动机构通过所述联轴器驱动所述蜗杆转动。

3.根据权利要求2所述的共聚焦显微镜，其特征在于，所述轴向运动机构进一步包括蜗杆固定轴承和压环，所述蜗杆固定轴承组装至所述凹形底座的侧壁上用于转动支撑所述蜗杆，所述压环将所述蜗杆固定轴承压紧至所述凹形底座。

4.根据权利要求1所述的共聚焦显微镜，其特征在于，所述轴向运动机构进一步包括凸轮槽套筒固定轴承和轴承座，所述轴承座安装于所述基板的一侧面，所述凸轮槽套筒固定轴承用于将所述凸轮套套筒转动支撑于所述轴承座中。

5.根据权利要求1所述的共聚焦显微镜，其特征在于，所述轴向运动机构进一步包括带法兰结构的薄壁筒，所述薄壁筒通过其法兰结构设置于所述基板的另一侧，所述薄壁筒上设置螺纹孔，所述卡槽螺钉拧入所述薄壁筒的螺纹孔后插入所述轴向槽套筒的轴向槽中。

6.根据权利要求1所述的共聚焦显微镜，其特征在于，所述横向运动机构包括第一运动平台、第二运动平台、第二驱动机构和第三驱动机构，所述第一运动平台位于所述第二运动平台和所述基板之间，所述鼻管设置于所述第二运动平台上，所述第二驱动机构用于驱动所述第一运动平台带动所述第二运动平台和所述鼻管沿第一方向移动，所述第三驱动机构用于驱动所述第二运动平台带动所述鼻管沿第二方向移动。

7.根据权利要求6所述的共聚焦显微镜，其特征在于，所述横向运动机构进一步包括第一转接件和第二转接件，所述第一转接件的一端固定至所述第一运动平台，所述第二驱动机构沿所述第一方向驱动所述第一转接件的另一端，所述第二转接件的一端固定至所述第二运动平台，所述第三驱动机构沿所述第二方向驱动所述第二转接件的另一端，所述第二驱动机构固定至所述基板，所述第三驱动机构固定至所述第一运动平台。

8.根据权利要求7所述的共聚焦显微镜，其特征在于，所述横向运动机构进一步包括第一导轨滑块组件和第二导轨滑块组件，所述第一导轨滑块组件设置于所述基板和所述第一运动平台之间，所述第二导轨滑块组件设置于所述第一运动平台和所述第二运动平台之间。

9.根据权利要求7所述的共聚焦显微镜，其特征在于，所述横向运动机构进一步包括第一弹簧组件和第二弹簧组件，所述第一弹簧组件包括两沿所述第一方向延伸的第一弹簧，所述第一弹簧的一端固定至所述基板另一端固定至所述第一运动平台，所述第二弹簧组件包括两沿所述第二方向延伸的第二弹簧，所述第二弹簧的一端固定至所述第一运动平台另一端固定至所述第二运动平台，所述第一弹簧组件用于在手动沿第一方向推动所述第一运动平台后使所述第一运动平台复位，所述第二弹簧组件用于在手动沿第二方向推动所述第二运动平台后使所述第二运动平台复位。

10.根据权利要求1所述的共聚焦显微镜，其特征在于，所述共聚焦显微镜进一步包括光耦限位开关，所述光耦限位开关包括光耦检测件和被检金属薄片，所述光耦检测件固定至所述基板且具有U型槽，所述被检金属薄片的一端固定至所述蜗轮，所述蜗轮每转动一圈，所述被检金属薄片的另一端通过一次光耦检测件的U型槽。