CN111045203A - 物镜组合及全玻片数字采集系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种物镜组合及全玻片数字采集系统，该物镜组合包括：压电陶瓷安装板，物镜安装架，横竖位移转换机构，压电陶瓷组合，第一物镜以及第二物镜；该横竖位移转换机构形成在该压电陶瓷安装板上，该物镜安装架水平地安装在该横竖位移转换机构上，该压电陶瓷组合安装在横竖位移转换机构中，该第一物镜和该第二物镜并列地安装在该物镜安装架；其中，该压电陶瓷组合包括压电陶瓷器件，该横竖位移转换机构将该压电陶瓷器件的X轴方向的尺寸变化转换成该物镜安装架在Z轴方向的上下动作，从而带动该第一物镜以及该第二物镜上下位移，实现焦距的微调。采用本申请能够大大改善玻片扫描过程中的图像清晰度。

Description

物镜组合及全玻片数字采集系统

技术领域

本申请涉及玻片扫描技术领域，尤其涉及一种物镜组合及全玻片数字采集系统。

背景技术

过去，医生都是通过显微镜观察玻片上载有的细胞或者组织，以获取病人的相关信息，这往往是一个很复杂的过程，不仅玻片不易保存和携带，而且随着时间的流逝，玻片还会慢慢褪色。

目前，机电自动控制与图像分析技术的结合，使得玻片的高清数字化采集分析成为趋势，数字采集系统已问世。然而，申请人意识到，现有的数字采集系统，往往以较高的扫描速度为主要的追求目标，而导致玻片扫描过程中仍存在图像清晰度较低的问题。

发明内容

本申请要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提出一种物镜组合及全玻片数字采集系统，能够大大改善玻片扫描过程中的图像清晰度。

本申请解决其技术问题所采用的技术方案是：

根据本申请的一个方面，一种物镜组合，包括：压电陶瓷安装板，物镜安装架，横竖位移转换机构，压电陶瓷组合，第一物镜以及第二物镜；该横竖位移转换机构形成在该压电陶瓷安装板上，该物镜安装架水平地安装在该横竖位移转换机构上，该压电陶瓷组合安装在横竖位移转换机构中，该第一物镜和该第二物镜并列地安装在该物镜安装架；其中，该压电陶瓷组合包括压电陶瓷器件，该横竖位移转换机构将该压电陶瓷器件的X轴方向的尺寸变化转换成该物镜安装架在Z轴方向的上下动作，从而带动该第一物镜以及该第二物镜上下位移，实现焦距的微调。

在一些实施例中，该横竖位移转换机构包括：左上臂，右上臂，左下臂，右下臂和悬挂部；该横竖位移转换机构为对称结构；在该左上臂，该右上臂，该左下臂，该右下臂和该悬挂部外围设有两条对称的间隙；该左上臂，右上臂，左下臂和右下臂围合成一体，形成压电陶瓷收容腔，用于对应装设该压电陶瓷组合。

在一些实施例中，该左上臂，该右上臂，该左下臂和该右下臂共同构成了一个横竖位移转换桥，该横竖位移转换桥将该压电陶瓷器件的X轴方向的尺寸变化，转换为该左下臂和该右下臂的结合处在Z轴方向的上下动作。

在一些实施例中，该悬挂部的底部设置有缺口，该缺口的形状与前述的两条间隙的底部形状相配合，有利于该悬挂部上下位移。

在一些实施例中，还包括：安装调节螺栓，用于迫使该悬挂部向上位移，便于装设该压电陶瓷组合；该悬挂部的底部设置有调节螺栓收容腔，用于对应收容该安装调节螺栓。

在一些实施例中，该压电陶瓷组合还包括：第一绝缘件，第二绝缘件以及支撑件；其中，第一绝缘件和第二绝缘件分别装设在该压电陶瓷器件的左右两端；该支撑件装设在该第二绝缘件与该压电陶瓷安装板上的结构之间。

在一些实施例中，该第二绝缘件为陶瓷材质，呈碗状，该支撑件呈杯状。

在一些实施例中，该第一绝缘件为塑料材质。

在一些实施例中，还包括：底板；竖直的该压电陶瓷安装板安装在竖直的该底板上。

根据本申请的一个方面，一种全玻片数字采集系统，包括前述的物镜组合；其中，该第一物镜是具有相对较低放大倍数的物镜，该第二物镜是具有相对较高放大倍数的物镜，该第一物镜及该第二物镜在物镜组合位移机构的作用下被切换为扫描物镜，以对待检测对象所在扫描区域进行扫描。

本申请的有益效果在于，巧妙地通过用压电陶瓷安装板来达成压电陶瓷组合的安装和横竖位移转换机构的实现，既可以将两个物镜并列装设在一起，又可以通过控制压电陶瓷器件来实现高放大倍数的第二物镜的焦距微调，能够大大改善玻片扫描过程中的图像清晰度。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本申请作进一步说明，附图中：

图1为本申请全玻片数字采集系统的结构示意。

图2为本申请物镜组合的立体结构示意。

图3为本申请物镜组合的前视结构示意。

图4为本申请物镜组合的分解结构示意。

图5为本申请物镜组合中压电陶瓷安装板的前视结构示意。

图6为本申请玻片扫描过程的流程示意。

其中，附图标记说明如下：10全玻片数字采集系统 1基座 2载物台 3玻片 4载物台位移机构 5物镜组合位移机构 6物镜组合 7光学系统 8滴油系统 61底板 62压电陶瓷安装板 63物镜安装架 631、632安装孔 633、634豁口 64横竖位移转换机构 641左上臂642右上臂 643左下臂 644右下臂 645悬挂部 646压电陶瓷收容腔 647间隙 648缺口 649调节螺栓收容腔 65压电陶瓷组合 651压电陶瓷器件 652第一绝缘件 653第二绝缘件 654支撑件 66安装调节螺栓 67第一物镜 68第二物镜。

具体实施方式

现结合附图，对本申请的较佳实施例作详细说明。

参见图1，图1为本申请全玻片数字采集系统的结构示意。本申请提出一种全玻片数字采集系统10，其包括：基座1，载物台2，玻片3，载物台位移机构4，物镜组合位移机构5，物镜组合6，光学系统7，滴油系统8以及电路系统(图未示)。

基座1是全玻片数字采集系统10的物理承载机构。举例而言，基座1采取大理石基面，大理石基面拥有极低的运动profile和运动行程内纳米级别的平稳性。

载物台2用于承载玻片3，载物台位移机构4用于驱动载物台2在X轴-Y轴构成的水平平面上移位。举例而言，载物台位移机构4具有X轴控制电机，用于驱使载物台2在X轴上发生位移；该载物台位移机构4还包括Y轴控制电机，用于驱使载物台2在Y轴上发生位移。

物镜组合6用于扫描玻片3上载有的待检测对象。待检测对象可以是组织，也可以是指细胞。物镜组合6具有并列的两个物镜：第一物镜和第二物镜，该第一物镜和该第二物镜能够在物镜组合位移机构4的作用下进行切换，以作为扫描物镜对待检测对象所在扫描区域进行扫描。其中，该第一物镜是具有相对较低放大倍数的物镜，该第二物镜是具有相对较高放大倍数的物镜。例如，针对待检测对象为组织，可以适用较低放大倍数的物镜；对于待检测对象为细胞，则使用较高放大倍数的物镜。可选地，该第一物镜为20倍物镜，该第二物镜为40倍物镜；或者，该第一物镜为10倍物镜，该第二物镜为100倍物镜。后面会对它们进行详尽的描述。

物镜组合位移机构5用于驱动物镜组合6在Z轴-X轴构成的竖直平面上移位。举例而言，物镜组合位移机构5具有Z轴控制电机，用于物镜组合6在Z轴上发生位移，也即驱使前述的两个物镜向下靠近玻片3或者向上远离玻片3，如此一来，物镜焦距的粗调可以借助Z轴控制电机来实现，也可以认为，Z轴控制电机作为系统的粗对焦机构；此外，物镜组合位移机构还具有X轴控制电机，用于驱使物镜组合6在X轴上发生位移，也即驱使前述的两个物镜横向动作，以选择当前是两个物镜之中的哪一个物镜对准玻片3，换而言之，通过横向运动可以实现两个物镜相对于玻片3中待检测对象所在扫描区域的切换。在本实施例中，X轴控制电机选用步进电机，配合丝杆传动。

光学系统7对物镜组合6捕获的光信号进行进一步处理，并转换成电信号。举例而言，光学系统7包括数码相机。

滴油系统8用于对载物台2上的玻片3进行滴油处理，以获取较好的检测效果。举例而言，滴油系统8包括储油容器，与该储油容器相连的油管以及设置在油管的通路中的电控泵，该电控泵受控可以打开或者关闭，进而控制是否向玻片3的上表面滴油。

电路系统用于控制载物台位移机构4、物镜组合位移机构5、物镜组合6、以及滴油系统8的工作，并接收光学系统7提供的电信号，得到待检测对象的扫描图像。举例而言，电路系统包括：压电电机驱动器、压电电机控制器、通讯接口、定位控制系统以及外围电路，外围电路进一步包括电源电路、光栅编码器与DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理技术)芯片的接口电路、压电电机启停、直线运动及调频调速电路等。

本申请的全玻片数字采集系统10采用压电纳米柔性铰链机构(即后面会予以介绍的压电陶瓷安装板62与压电陶瓷组合65的结合)搭配高分辨率位移传感器(例如：SGS或者电容)作为系统的细对焦机构，细对焦机构会有ms(毫秒)级别的小信号响应时间和完全无摩擦的运动特性，保证单点采集时快速的Z轴切换；不同放大倍数(即后面会予以介绍的第一物镜67和第二物镜68)的扫描全部由线性光栅尺控制器进行控制，精确控制全自动动态扫描时的位置并且保证扫描时细对焦机构的动态跟随聚焦。

参见图2、图3和图4，图2为本申请物镜组合的立体结构示意。图3为本申请物镜组合的前视结构示意。图4为本申请物镜组合的分解结构示意。本申请提供一种物镜组合6，其包括：底板61，压电陶瓷安装板62，物镜安装架63，横竖位移转换机构64，压电陶瓷组合65，安装调节螺栓66，第一物镜67以及第二物镜68。在本实施例中，第一物镜67选用20倍物镜；第二物镜68选用40倍物镜。

竖直的压电陶瓷安装板62安装在竖直的底板61上。横竖位移转换机构64形成在压电陶瓷安装板62上。物镜安装架63水平地安装在横竖位移转换机构64上。压电陶瓷组合65安装在横竖位移转换机构64中。第一物镜67和第二物镜68并列地安装在物镜安装架63，第一物镜67和第二物镜68沿着Z轴方向，朝向玻片3(结合参见图1)。

物镜安装架63上设有两个安装孔631、632，分别对应装设第一物镜67和第二物镜68。安装孔631、632的外侧形成有豁口633、634，通过穿设于豁口633、634的紧固件，可以将第一物镜67和第二物镜68对应装设固定在两个安装孔631、632中。

压电陶瓷组合65包括：压电陶瓷器件651，第一绝缘件652，第二绝缘件653以及支撑件654。其中，第一绝缘件652和第二绝缘件653分别装设在压电陶瓷器件651的左右两端，起到支撑和绝缘隔离的作用。第一绝缘件652装设在电陶瓷器件651的左端与压电陶瓷安装板62上的结构之间。第二绝缘件653装设在电陶瓷器件651的右端与支撑件654之间，支撑件654装设在第二绝缘件653与压电陶瓷安装板62上的结构之间，起到必要的支撑作用。

举例而言，第一绝缘件652为塑料材质。第二绝缘件653为陶瓷材质，呈碗状。支撑件654呈杯状。支撑件654的底部粘接在压电陶瓷安装板62上，第二绝缘件653的底部收容在支撑件654的收容腔中。第一绝缘件652的左右两端分别粘接在压电陶瓷安装板62和电陶瓷器件651上。

压电陶瓷器件651沿X轴水平延伸，其上控制电压发生变化时，会沿X轴方向发生伸张-缩回的变形，此X轴方向的尺寸变化，经由横竖位移转换机构64的传递，可以转换成物镜安装架63在Z轴方向的上下动作，从而带动第一物镜67以及第二物镜68上下位移，实现物镜焦距的微调。接下来会对横竖位移转换机构64进行详尽的描述。

参见图5，图5为本申请物镜组合中压电陶瓷安装板的前视结构示意。本申请提出一种形成在压电陶瓷安装板62上的横竖位移转换机构64，其包括：左上臂641，右上臂642，左下臂643，右下臂644和悬挂部645。横竖位移转换机构64为对称结构。

在左上臂641，右上臂642，左下臂643，右下臂644和悬挂部645外围设有两条对称的间隙647。其中，一条间隙647设置在左上臂641，左下臂643以及悬挂部645的左半部的外围；另一条间隙647设置在右上臂642，右下臂644以及悬挂部645的右半部的外围形成有一条间隙647。

左上臂641，右上臂642，左下臂643和右下臂644围合成一体，形成压电陶瓷收容腔646，用于对应装设前述的压电陶瓷组合65。可以理解的是，左上臂641，右上臂642，左下臂643和右下臂644共同构成了一个横竖位移转换桥，该横竖位移转换桥能够将压电陶瓷器件651的X轴方向的尺寸变化，转换为左下臂643和右下臂644的结合处(及与该结合处相连的悬挂部645)在Z轴方向的上下动作(举例而言，上下动作的尺寸为：125000纳米到140000纳米，偏差来源于各块压电陶瓷安装板62的加工过程)。悬挂部645设置在该横竖位移转换桥的下方，前述的物镜安装架63固定在该悬挂部645上。

悬挂部645的底部设置有缺口648。缺口648的形状与前述的两条间隙647的底部形状相配合，使得悬挂部645几乎是完全脱离了压电陶瓷安装板62上其他部分的限制(压电陶瓷安装板62上其他部分借助于缺口648与间隙647之间的结构保留有一定的限制作用)，有利于悬挂部645的上下位移。

悬挂部645的底部设置有调节螺栓收容腔649，用于对应收容前述的安装调节螺栓66。

值得一提的是，通过调节安装调节螺栓66(向里旋动)，可以迫使悬挂部645向上位移，进而迫使压电陶瓷收容腔646的横向尺寸变大，达到张开压电陶瓷收容腔646，便于装设压电陶瓷组合65的目的。一旦压电陶瓷组合65已经装设到位，即可调节安装调节螺栓66(向外旋动)，去除其对悬挂部645所施加的向上位移的作用力。

结合图1和图6，本申请的全玻片数字采集系统10的玻片扫描工作原理大致包括：

1)，全玻片数字采集系统10启动后初始化，控制载物台位移机构4、物镜组合位移机构5恢复至初始位置；

2)，载物台2在载物台位移机构4的驱使下处于第一位置，以接纳载有待检测对象的玻片3放入；

3)，利用光学系统7中的数码相机对玻片3上载有的待检测对象进行扫描区域定位；也就是说，通过数码相机，可以获知玻片上大致什么位置载有待检测对象，此时，载有待检测对象的那个位置所在区域即视为需要进行扫描的待检测对象所在扫描区域。其中，玻片扫描过程中，扫描区域可以进一步细化为若干个子扫描区域，在此并未加以限定。

4)，滴油系统8受控向玻片3滴油；

5)，针对待检测对象，通过物镜组合位移机构5进行物镜组合6中第一物镜67和第二物镜68的切换，选择其中一个物镜作为扫描物镜准备扫描；也就是说，针对不同的待检测对象，可以选择不同放大倍数的物镜作为扫描物镜，从而保证玻片扫描过程中的图像清晰度；

6)，载物台2在载物台位移机构4的驱使下处于第二位置等候扫描物镜进行关于扫描区域的扫描；

7)，扫描物镜在物镜组合位移机构5(Z轴控制电机、X轴控制电机配合压电陶瓷组合65)的驱使下，对待检测对象所在扫描区域进行逐点的粗对焦和细对焦，以拟合形成曲面；

8)，全玻片数字采集系统10按照拟合形成的曲面对待检测对象所在扫描区域进行扫描，并采集扫描图像；其中，扫描方式可以呈S形，即逐行扫描，在此不构成具体限定；

9)，载物台2在载物台位移机构4的驱使下处于第一位置，以供扫描完毕的玻片3被取走。

至此，全玻片数字采集系统10完成一次玻片扫描过程。

本申请的有益效果在于，巧妙地通过用压电陶瓷安装板62来达成压电陶瓷组合65的安装和横竖位移转换机构64的实现，既可以将两个不同放大倍数的物镜67、68并列装设在一起，又可以通过控制压电陶瓷器件651来实现物镜焦距的微调，从而有效地提高玻片扫描过程中的图像清晰度。

换而言之，本申请的全玻片数字采集系统10采用物镜组合6(即真实双物镜)搭配压电陶瓷，对待检测对象进行粗对焦和细对焦，具有：分辨率高、精度高、抗电磁干扰能力强、响应速度快和控制简单可靠等优点。

应当理解的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，都应属于本申请所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种物镜组合，其特征在于，包括：压电陶瓷安装板，物镜安装架，横竖位移转换机构，压电陶瓷组合，第一物镜以及第二物镜；该横竖位移转换机构形成在该压电陶瓷安装板上，该物镜安装架水平地安装在该横竖位移转换机构上，该压电陶瓷组合安装在横竖位移转换机构中，该第一物镜和该第二物镜并列地安装在该物镜安装架；其中，该压电陶瓷组合包括压电陶瓷器件，该横竖位移转换机构将该压电陶瓷器件的X轴方向的尺寸变化转换成该物镜安装架在Z轴方向的上下动作，从而带动该第一物镜以及该第二物镜上下位移，实现焦距的微调。

2.根据权利要求1所述的物镜组合，其特征在于，该横竖位移转换机构包括：左上臂，右上臂，左下臂，右下臂和悬挂部；该横竖位移转换机构为对称结构；在该左上臂，该右上臂，该左下臂，该右下臂和该悬挂部外围设有两条对称的间隙；该左上臂，右上臂，左下臂和右下臂围合成一体，形成压电陶瓷收容腔，用于对应装设该压电陶瓷组合。

3.根据权利要求2所述的物镜组合，其特征在于，该左上臂，该右上臂，该左下臂和该右下臂共同构成了一个横竖位移转换桥，该横竖位移转换桥将该压电陶瓷器件的X轴方向的尺寸变化，转换为该左下臂和该右下臂的结合处在Z轴方向的上下动作。

4.根据权利要求2所述的物镜组合，其特征在于，该悬挂部的底部设置有缺口，该缺口的形状与前述的两条间隙的底部形状相配合，有利于该悬挂部上下位移。

5.根据权利要求1所述的物镜组合，其特征在于，还包括：安装调节螺栓，用于迫使该悬挂部向上位移，便于装设该压电陶瓷组合；该悬挂部的底部设置有调节螺栓收容腔，用于对应收容该安装调节螺栓。

6.根据权利要求1所述的物镜组合，其特征在于，该压电陶瓷组合还包括：第一绝缘件，第二绝缘件以及支撑件；其中，第一绝缘件和第二绝缘件分别装设在该压电陶瓷器件的左右两端；该支撑件装设在该第二绝缘件与该压电陶瓷安装板上的结构之间。

7.根据权利要求6所述的物镜组合，其特征在于，该第二绝缘件为陶瓷材质，呈碗状，该支撑件呈杯状。

8.根据权利要求6所述的物镜组合，其特征在于，该第一绝缘件为塑料材质。

9.根据权利要求1至8任一项所述的物镜组合，其特征在于，还包括：底板；竖直的该压电陶瓷安装板安装在竖直的该底板上。

10.一种全玻片数字采集系统，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的物镜组合；其中，该第一物镜是具有相对较低放大倍数的物镜，该第二物镜是具有相对较高放大倍数的物镜，该第一物镜及该第二物镜在物镜组合位移机构的作用下被切换为扫描物镜，以对待检测对象所在扫描区域进行扫描。

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