CN113884493B - 一种固体表面显微成像装置及成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固体表面显微成像装置及成像方法，主要包括：成像芯片的感光区域用于采集待检测物的图像信息，感光区域凸出成像芯片的上表面；承载台设置于成像芯片上方，且用于固定承载待检测物，承载台上设有贯穿与承载台的定位孔；移动装置带动承载台做靠近或远离成像芯片的运动；照明装置用于对所述待检测物进行检测时，提供照明。本发明将感光区域凸出成像芯片上表面，可以对透光或不透光固体表面进行检测，同时可有效的防止检测物污染成像芯片，同时也可以实现使其检测物与成像芯片接触更紧密，成像效果更佳清晰，提高检测准确度，以及省去制膜步骤，提高检测效率。

Description

一种固体表面显微成像装置及成像方法

技术领域

本发明涉及显微观测技术领域，特别涉及一种固体表面显微成像装置及成像方法。

背景技术

显微成像装置是一种用于对微生物、组织以及无机物进行光学放大，通过图像采集芯片的感光区域观测和记录，进行形态及颜色分析，传统的光学显微镜受制于视野和分辨率之间的矛盾，即将微生物组织的放大倍数越大，能够看到更细微的微生物组织图像，但是同时所能观测到视野范围也会缩小。

现有的，将含待检测物的过滤膜或其他待检测固体表面的样品放置在成像芯片上，通过成像芯片的感光区域进行显微观测，由于过滤膜很薄，无法单独取下放到成像芯片；或是将待检测物先制膜到载玻片上，在通过成像芯片对待检测物进行显微观测，其增加了芯片与检测物之间的距离，使其成像效果不佳，同时，制膜的过程较为繁琐，使其检测效率低。

发明内容

（一）发明目的

鉴于上述问题，本发明的目的是提出一种固体表面显微成像装置及成像方法，可有效的防止检测物污染成像芯片，同时也可以实现使其检测物与成像芯片接触更紧密，成像效果更加清晰，提高检测准确度，以及省去制膜步骤，提高检测效率，本发明公开了以下技术方案。

（二）技术方案

作为本发明的第一方面，本发明公开了一种固体表面显微成像装置，包括：

成像芯片，所述成像芯片的感光区域用于采集待检测物的图像信息，所述感光区域凸出所述成像芯片的上表面；

承载台，所述承载台设置于所述成像芯片上方，且用于固定承载待检测物，所述承载台上设有贯穿于所述承载台的定位孔；

移动装置，所述移动装置带动所述承载台做靠近或远离所述成像芯片的运动；

照明装置，所述照明装置用于对所述待检测物进行检测时，提供照明。

在一种可能的实施方式中，所述待检测物通过滤过杯放置在所述承载台上，所述滤过杯包括具有中空结构的杯体和过滤膜，所述过滤膜固定连接于杯体的一端。

在一种可能的实施方式中，所述感光区域凸出所述成像芯片的高度不小于所述杯体的长度。

在一种可能的实施方式中，所述滤过杯还包括凸沿，所述凸沿固定连接于远离所述过滤膜的一端，用于与所述承载台抵接。

在一种可能的实施方式中，所述定位孔包括安装孔和固定孔，所述固定孔的直径大于所述安装孔的直径，所述滤过杯的杯体穿过所述安装孔，其所述凸沿与所述固定孔的底面抵接。

在一种可能的实施方式中，所述移动装置还包括转动机构，所述转动机构包括驱动件和转轴，所述转动的一端与所述驱动件的输出轴固接，另一端与所述承载台固定连接，所述驱动件通过所述转轴带动所述承载台作回转运动。

在一种可能的实施方式中，所述照明装置设置与所述承载台内，且所述照明装置的光可穿过所述定位孔。

作为本发明的第二方面，本发明还公开了上述任意技术方案所述的一种固体表面显微成像装置的成像方法，包括以下步骤：

将待检测物放置于承载台上；

使所述待检测物与感光区域贴合；

启动所述照明装置；

通过感光区域采集所述待检测物的图像信息。

在一种可能的实施方式中，所述将待检测物放置于承载台上，具体包括：

通过滤过杯将所述待检测物放置于承载台上。

在一种可能的实施方式中，所述将待检测物放置于承载台上，之后，还包括：

利用转动机构带动所述承载台转动180度，使其所述滤过杯的开口向下。

（三）有益效果

本发明公开的一种固体表面显微成像装置及成像方法，具有如下有益效果：

利用成像芯片中的感光区域凸出于成像芯片上表面，将含待检测物的过滤膜放置于感光区域，且待检测物与感光区域紧密贴合，可使其成像效果更佳，同时可有效的防止检测物污染成像芯片，提高检测准确度，以及省去制膜步骤，提高检测效率；开启承载台内设置的照明装置，可对不透明物体进行成像检测，当开启位于成像芯片上方的照明装置，可对透明物体进行成像检测。

附图说明

以下参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释和说明本发明，而不能理解为对本发明的保护范围的限制。

图1是本发明公开的一种固体表面显微成像装置的三维结构示意图；

图2是本发明公开的一种固体表面显微成像装置的另一个视角的三维结构示意图

图3是本发明公开的检测含待测物的滤过膜时的三维结构示意图；

图4是本发明公开的检测含待测物的滤过膜时另一种方式的三维结构示意图；

图5是本发明公开的检测含待测物的滤过膜时时，待检测物与成像区域之间的关系示意图；

图6是本发明公开的滤过杯的三维结构示意图；

图7是本发明公开的定位孔的三维结构示意图；

图8是图7中A处的局部放大图；

图9是本发明公开的检测含待测物的滤过膜时，自动翻转滤过杯的三维结构示意图；

图10是本发明公开的检测含待测物的滤过膜时，自动翻转滤过杯与成像区域之间的关系示意图；

图11是本发明公开的检测不透明固体时的三维结构示意图；

图12是本发明公开的检测不透明固体时，待检测物与成像区域之间的关系示意图；

图13是本发明公开的一种固体表面显微成像装置的成像方法流程示意图。

附图标记：100、成像芯片；110、感光区域；120、基板；200、承载台；210、定位孔；211、安装孔；212、固定孔；213、限位机构；214、限位件；215、弹性件；310、移动机构；311、第一驱动电机；312、丝杠；313、丝母；314、限位块；315、限位槽；320、转动机构；321、驱动件；322、转轴；330、安装腔；400、照明装置；500、机架；510、支撑板；520、底板；530、固定板；600、控制装置；700、滤过杯；710、杯体；720、过滤膜；730、凸沿。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

需要说明的是：在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

下面参考图1-10详细描述本发明公开的一种固体表面显微成像装置的第一实施例。本实施例主要应用于显微成像，可以对透光或不透光的物体表面进行检测，可有效的防止检测物污染成像芯片，同时也可以实现使其检测物与成像芯片接触更紧密，成像效果更佳清晰，提高检测准确度，以及省去制膜步骤，提高检测效率。

如图1所示，本实施例主要包括成像芯片100、承载台200、移动装置和照明装置400，成像芯片100的感光区域110用于采集待检测物的图像信息，感光区域110凸出成像芯片100的上表面；承载台200设置于成像芯片100上方，且用于固定承载待检测物，承载台200上设有贯穿于承载台200的定位孔210；移动装置带动承载台200做靠近或远离成像芯片100的运动；照明装置400用于对待检测物进行检测时，提供照明，将待检测物放置于承载台200上，移动装置带动承载台200靠近成像芯片100，使其待检测物与成像芯片100的上表面尽量贴合，开启照明装置400，成像装置可通过定位孔210采集待检测物的图像信息。

进一步，显微成像装置还包括机架500，本申请中，机架500呈“C”型，包括支撑板510、底板520和固定板530，其中，支撑板510的一端与底板520固定连接，另一端与固定板530连接，底板520与固定板530相互对称设置。

进一步，成像芯片100包括感光区域110和基板120，基板120固定连接在底板520朝向固定板530的表面上，成像区域固定于基板120中心，其成像区域凸出于基板120上表面，沿着远离底板520方向且靠近固定板530方向上延伸。将待检测物放置于感光区域110上方，通过照明装置400提供照明，可采集待检测物的图像信息。

进一步，成像芯片100的传感器采用CCD、SCOM或复合介质栅光敏探测器，也可以是半浮栅晶体管。

如图2所示，在一种实施方式中，移动装置包括移动机构310，移动机构310包括第一驱动电机311、丝杠312和丝母313，丝杠312的一端与底板520转动连接，另一端与固定板530转动连接，丝杠312与丝母313螺纹连接，且丝母313上设有用于限制丝母313沿丝杠312轴线转动限位块314，支撑板510上设有限位槽315，限位块314滑动连接与限位槽315内，从而将丝杠312的回转运动变为丝母313的直线运动，承载台200的一端固定连接在丝母313的周面上，且承载台200与限位块314相对设置。

第一驱动电机311固定在固定板530上，且第一驱动电机311的输出轴与丝杠312远离底板520的一端固定连接，第一驱动电机311带动丝杠312做回转转动，丝杠312带动丝母313做直线运动，从而带动承载台200做靠近或远离成像芯片100的直线运动。

在一种实施方式中，承载台200上还设置有传感器，传感器用于检测承载台200与成像芯片100之间的距离。该传感器可以采用红外线测距传感器、激光传感器等任意一种可测量距离的传感器。

在一种实施方式中，承载台200上还设置有行程开关、接近开关或限位开关等任意一种可用于检测承载台200的位置的开关。

在一种实施方式中，成像装置还包括控制器，控制器用于控制移动机构310的开启和关闭、照明装置400的开启和关闭，以及控制成像芯片100采集图像信息。

进一步，照明装置400固定于固定板530靠近底板520的一端面上，当成像芯片100采集待检测物图像时，照明装置400为其提供光源。

如图3所示，在一种实施方式中，当待检测物为含待测物的滤过膜时，通过将滤过杯700放置于承载台200上，且滤过杯700的开口背离成像芯片100，移动机构310带动承载台200做靠近成像芯片100的运动，使其滤过杯700的底部与成像芯片100抵接，成像芯片100采集待检测物的图像信息。

该检测方式使其待检测物与成像芯片100之间间隔了一层过滤膜720，防止过滤膜720上的待检测物污染成像芯片100。

如图4和图5所示，在一种可能的实施方式中，将滤过杯700开口端与承载台上表面抵接，待检测物附着在过滤膜上，移动机构310带动承载台200做靠近成像芯片100的运动，使其滤过杯700内的待检测物与成像芯片100抵接，成像芯片100采集待检测物的图像信息。

如图6所示，进一步，滤过杯700包括具有中空结构的杯体710和过滤膜720，过滤膜720固定连接于杯体710的一端，其中，过滤膜720上附着着固体检测物。

进一步，过滤膜720可根据需要进行透明化处理，其中通过介质油使其透明化。

进一步，滤过杯700还包括凸沿730，凸沿730固定连接于远离过滤膜720的一端，用于与承载台200抵接。

如图7所示，在一种可能的实施方式中，承载台200上的定位孔210包括安装孔211和固定孔212，固定孔212的直径大于安装孔211的直径，安装孔211与固定孔212呈阶梯状，滤过杯700的杯体710穿过安装孔211，且滤过杯700的凸沿730与固定孔212的底面抵接。

如图8所示，进一步，固定孔212内设置若干个限位机构213，限位机构213用于将滤过杯700的凸沿730固定在固定孔212内，限位机构213包括限位件214和弹性件215，弹性件215的一端与限位件214固定，另一端与固定孔212内壁固接，将滤过杯700放置于固定孔212内时，凸沿730向限位件214施加压力，使其弹性件215被压缩，直至凸沿730解除该压力后，弹性件215依靠自身弹力，带动限位件214复位，从而使凸沿730位于固定孔212底面与限位件214之间。

如图9和图10所示，首先，将滤过杯700放置于承载台200的固定孔212内，利用限位机构213将其滤过杯700固定在固定孔212内，通过转动机构320带动承载台200转动180度，使其滤过杯700的开口朝向成像芯片100，移动机构310带动承载台200做靠近成像芯片100的运动，使其待检测物与成像芯片100近似贴合，成像芯片100采集待检测物图像信息，该检测方式使其待检测物与成像芯片100直接接触，使其图像信息更加清晰，准确，进而提高了成像效果。

在一种可能的实施方式中，上述两种检测方式中的移动装置可采用机械手，以及移动机构310可采用液压缸等其他结构。

进一步，首先，机械手抓取过滤膜720上附着这固体待检测物的滤过杯700，其次，将开口向上的滤过杯700底部也就是过滤膜720与感光区域贴合；或是将开口向上的滤过杯700翻转180度，使其开口向下，并带动滤过杯700，使其待检测物与感光区域贴合，最后开启照明装置，成像芯片采集图像。

如图11和图12所示，在一种可能的实施方式中，当待检测物为不透明的固体时，照明装置400设置在承载台200内，承载台200的下方设有安装腔330，该安装腔330可套设与成像芯片100外侧，且照面装置固定在安装腔330内，用于提供光源。

将不透明的待检测物放置于承载台200上，移动机构310带动承载台200做靠近成像芯片100的运动，使其待检测物与成像芯片100之间具有一定的间隙，开启照明装置400，成像芯片100采集待检测物的图像信息。进一步，待检测物与成像芯片之间的间隙为可使照明装置的光透过即可。

下面参考图13详细描述，基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种固体表面显微成像装置的成像方法的第一实施例。由于该方法所解决问题的原理与前述固体表面显微成像装置相似，因此该方法所使用的装置可以参见前述固体表面显微成像装置，重复之处不再赘述。本实施例主要应用于显微成像，可以对透光或不透光的物体表面进行检测，同时可将待检测物体与感光区域紧密贴合，使其成像效果更佳，以及减少等待沉降时间，提高效率。

如图13所示，本实施例主要包括以下步骤：

S800、将待检测物放置于承载台上。

在步骤S800中，承载台上设有贯穿于承载台的定位孔，当待检测物为含待检测物的过滤膜时，将滤过杯放置于承载台上，且使待检测位置处于定位孔上方，滤过杯的开口背离成像芯片。

进一步，滤过杯包括具有中空结构的杯体和过滤膜，过滤膜固定连接于杯体的一端，将滤过杯放置于承载台，且使滤过杯位于定位孔上方，成像装置可通过定孔位采集待检测物图像。

进一步，滤过杯的过滤膜可通过介质油使其透明化。

当待检测物为不透明固体时，将待检测物的检测面放置于承载台上，且使待检测位置处于定位孔上方。

S810、使待检测物与感光区域贴合。

在步骤S810中，通过移动装置使待检测物与感光区域贴合，移动装置包括移动机构，移动机构包括第一驱动电机、丝杠和丝母，丝杠的一端与底板转动连接，另一端与固定板转动连接，丝杠与丝母螺纹连接，且丝母上设有用于限制丝母沿丝杠轴线转动限位块，支撑板上设有限位槽，限位块滑动连接与限位槽内，从而将丝杠的回转运动变为丝母的直线运动，承载台的一端固定连接在丝母的周面上，且承载台与限位块相对设置。

第一驱动电机固定在固定板上，且第一驱动电机的输出轴与丝杠远离底板的一端固定连接，第一驱动电机带动丝杠做回转转动，丝杠带动丝母做直线运动，从而带动承载台做靠近或远离成像芯片的直线运动。

在一种实施方式中，承载台上还设置有传感器，传感器用于检测承载台与成像芯片之间的距离。该传感器可以采用红外线测距传感器、激光传感器等任意一种可测量距离的传感器。

在一种实施方式中，承载台上还设置有行程开关、接近开关或限位开关等任意一种可用于检测承载台的位置的开关。

在一种实施方式中，当待检测物为液体时，移动机构带动承载台做靠近成像芯片的运动，使其滤过杯的底部与成像芯片抵接。

在一种可能的实施方式中，滤过杯还包括凸沿，凸沿固定连接于远离过滤膜的一端，用于与承载台抵接。

承载台上的定位孔包括安装孔和固定孔，固定孔的直径大于安装孔的直径，安装孔与固定孔呈阶梯状，滤过杯的杯体穿过安装孔，且滤过杯的凸沿与固定孔的底面抵接。

进一步，固定孔内设置若干个限位机构，限位机构用于将滤过杯的凸沿固定在固定孔内，限位机构包括限位件和弹性件，弹性件的一端与限位件固定，另一端与固定孔内壁固接，将滤过杯放置于固定孔内时，凸沿向限位件施加压力，使其弹性件被压缩，直至凸沿解除该压力后，弹性件依靠自身弹力，带动限位件复位，从而使凸沿位于固定孔底面与限位件之间。

进一步，移动装置还包括转动机构，转动机构包括驱动件和转轴，转动的一端与驱动件的输出轴固接，另一端与承载台固定连接，驱动件通过转轴带动承载台作回转运动。

将预处理后的待检测物通过滤过杯放置于承载台的固定孔内，利用限位机构将其滤过杯固定在固定孔内，通过转动机构带动承载台转动180度，使其滤过杯的开口朝向成像芯片，移动机构带动承载台做靠近成像芯片的运动，使其待检测物与成像芯片近似贴合。

在一种可能的实施方式中，上述两种检测液体的方式中移动装置可采用机械手，以及移动机构可采用液压缸等其他结构。

在一种实施方式中，当待检测物为不透明固体时，移动机构带动承载台做靠近成像芯片的运动，使其待检测面与成像芯片抵接。

S820、启动照明装置；

在步骤S820中，当待检测为液体时，照明装置固定于固定板靠近底板的一端面上，当成像芯片采集待检测物图像时，照明装置为其提供光源；

检测物为不透明的固体时，照明装置设置在承载台内，承载台的下方设有安装腔，该安装腔可套设与成像芯片外侧，且照面装置固定在安装腔内。

将不透明的待检测物放置于承载台上，移动机构带动承载台做靠近成像芯片的运动，使其待检测物与成像芯片之间具有一定的间隙，开启照明装置，成像芯片采集待检测物的图像信息。

进一步，待检测物与成像芯片之间的间隙为可使照明装置的光透过即可。

S830、通过感光区域采集待检测物的图像信息。

在步骤S830中，当待检测物为含待测物的滤过膜，通过滤过杯放置于承载台，且使滤过杯位于定位孔上方，移动机构带动承载台做靠近成像芯片的运动，使其滤过杯的底部与成像芯片抵接，成像芯片采集待检测物的图像信息，该检测方式使其待检测物与成像芯片之间间隔了一层过滤膜，防止滤过膜上的检测物污染成像芯片；

将待检测物为含待测物的滤过膜，通过滤过杯放置于承载台的固定孔内，利用限位机构将其滤过杯固定在固定孔内，通过转动机构带动承载台转动180度，使其滤过杯的开口朝向成像芯片，移动机构带动承载台做靠近成像芯片的运动，使其待检测物与成像芯片近似贴合，成像芯片采集待检测物图像信息，该检测方式使其待检测物与成像芯片直接接触，使其图像信息更加清晰，准确，进而提高了成像效果；

当待检测物为不透明的固体时，照明装置设置在承载台内，承载台的下方设有安装腔，该安装腔可套设与成像芯片外侧，且照面装置固定在安装腔内，将不透明的待检测物放置于承载台上，移动机构带动承载台做靠近成像芯片的运动，使其待检测物与成像芯片之间具有一定的间隙，开启照明装置，成像芯片采集待检测物的图像信息。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保范围为准。

Claims (7)

1.一种固体表面显微成像装置，其特征在于，包括：

成像芯片，所述成像芯片的感光区域用于采集待检测物的图像信息，所述感光区域凸出所述成像芯片的上表面；

承载台，所述承载台设置于所述成像芯片上方，且用于固定承载待检测物，所述承载台上设有贯穿于所述承载台的定位孔，当待检测物为不透明固体时，将不透明固体放置于承载台上，当待检测物为含待测物的滤过膜时，所述滤过膜上附着液体过滤后的固体检测物，通过滤过杯放置在所述承载台上，所述感光区域凸出所述成像芯片的高度不小于滤过杯的杯体的长度，所述滤过杯包括具有中空结构的杯体和过滤膜，所述过滤膜固定连接于杯体的一端；

移动装置，所述移动装置带动所述承载台做靠近或远离所述成像芯片的运动；

照明装置，所述照明装置用于对所述待检测物进行检测时，提供照明，所述照明装置设置于所述承载台内，且所述照明装置的光可穿过所述定位孔；和/或所述照明装置设置于所述成像芯片上方。

2.根据权利要求1所述的固体表面显微成像装置，其特征在于，所述滤过杯还包括凸沿，所述凸沿固定连接于远离所述过滤膜的一端，用于与所述承载台抵接。

3.根据权利要求2所述的固体表面显微成像装置，其特征在于，所述定位孔包括安装孔和固定孔，所述固定孔的直径大于所述安装孔的直径，所述滤过杯的杯体穿过所述安装孔，其所述凸沿与所述固定孔的底面抵接。

4.根据权利要求1所述的固体表面显微成像装置，其特征在于，所述移动装置还包括转动机构，所述转动机构包括驱动件和转轴，所述转动的一端与所述驱动件的输出轴固接，另一端与所述承载台固定连接，所述驱动件通过所述转轴带动所述承载台作回转运动。

5.一种如根据权利要求1-4中任一项所述的固体表面显微成像装置的成像方法，其特征在于，包括：

将待检测物通过滤过杯放置于承载台上，感光区域凸出成像芯片的高度不小于滤过杯的杯体的长度；

使所述待检测物与感光区域贴合；

启动所述照明装置，所述照明装置设置于所述承载台内，且所述照明装置的光可穿过所述定位孔；和/或所述照明装置设置于所述成像芯片上方；

通过感光区域采集所述待检测物的图像信息。

6.根据权利要求5所述的固体表面显微成像装置的成像方法，其特征在于，所述将待检测物放置于承载台上，具体包括：

通过滤过杯将所述待检测物放置于承载台上。

7.根据权利要求6所述的固体表面显微成像装置的成像方法，其特征在于，所述将待检测物放置于承载台上，之后，还包括：

利用转动机构带动所述承载台转动180度，使其所述滤过杯的开口向下。

Images