CN1809777A - 用于自动扫描显微镜的载物片供给设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于显微镜的载物片供给设备，它包括载物片盒，该载物片盒具有一基板、一固定到盒侧壁上的齿条和垂直于盒开口侧的载物片引导元件。该设备还包括盒移动装置，该盒移动装置具有包括相对侧板的盒容纳槽。由该槽支承的两个旋转轴沿槽的侧板延伸。盒前进进给齿轮由侧板支承并且可以与盒的齿条啮合。保持在侧板内的升降齿轮具有盒升降时支承在上面的销。驱动蜗杆通过所述轴旋转并且与所述进给齿轮和所述升降齿轮啮合。该设备还包括载物片供给机构，该载物片供给机构具有可垂直于盒的前进方向移动以从盒中移出载物片的机械手。

Description

用于自动扫描显微镜的载物片供给设备

技术领域

本发明涉及一种用于自动扫描显微镜的载物片(载玻片)供给设备，其中，该供给设备包括载物片盒、盒移动装置和载物片供给机构。

背景技术

在病理学研究领域和日常医疗实践中，对复杂数据处理、记录保存和归档系统的应用以及对检查结果交互咨询的可能性都存在日益增长的需求。

当大多数改进已经针对将现有的显微镜结合到上述类型的系统中时，考虑到显微镜的具体情况，这种结合只对证实为手动检查好的显微镜的有限范围是可行的。例如，为了利用数字数据处理中固有的速度，确实需要能够应用于高性能、自动载物片数字化的显微镜中的载物片供给系统。鉴于这些原因，已经提出了显微镜载物片的自动供给(配给)的方案。

国际专利申请WO9739348提出了一种解决沿竖直方向传送显微镜载物片所存在的问题的方案。该传送机构包括一对竖直并排布置的皮带。每条皮带都设有以梳形方式垂直于皮带表面取向的板。沿相反的旋转方向驱动所述皮带，从而使在两条皮带之间相互面对的板总是平行地移动(向上或向下)。由此，在传送过程中，由构成板对的两个对齐的板支承的载物片基本水平取向地升高或降低。在构成板对的板分开的位置，载物片滑出板对，并可能堆到例如另外的载物片上或可能落入一保存盒中。

然而，上述方案不能确保样品的正确定位，而且鉴于竖直的传送方向，这种方案还不能应用于给定的光学显微镜布置的情况中。

国际专利申请WO0214877涉及一种用于保存、传送、布置和准备显微镜载物片的设备。所描述的载物片阵列准备装置(例如，它可能是将生物样品涂载到载物片上的装置)包括一升降器单元，该升降器单元将从相关的保存单元中取出的载物片提升到构成该装置一部分的工作台的位置。在这个位置，通过一调整机构将载物片带入到所希望的方位。随后，在一台上可移动并且包括一用于固定载物片的真空夹盘的安置单元单独地移出载物片并将它们排列成阵列形式。

上述主要为载物片阵列的涂印而研发的设备具有显著的优点，即除了不再是时间密集型的布置以外，它还消除了手工定位载物片造成误差的可能性。然而，该设备整体体积很大，而且，该设备的单元是为载物片停留在涂印器(printer)中时为执行它们的任务最优化的复杂的机械布置。因此，这种设备不能确保在其它应用领域中足够的工作速度。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的载物片供给设备，该设备能够应用于高性能的自动扫描显微镜中，并且该设备能确保比前述类型的传统供给系统操作地更快，该设备适用于更广的应用领域，也适用于现有的自动扫描显微镜的情况。

本发明的原理基于这样的认识，即通过在载物片盒侧面安装与进给齿轮具有啮合关系的齿条而形成的驱动蜗杆/蜗轮和齿轮，可提供简单且操作安全的机械供给机构。此外，进给齿轮的一部分构造成具有升高和降低盒的销的升降齿轮。同样地，为操纵载物片，提供一包括机械手的载物片供给机构。

相应地，通过本发明实现随着说明的展开将变得明显的上述和其它目的。简言之，根据本发明，所述用于显微镜的载物片供给设备包括：载物片盒，该载物片盒具有一基板、两个端壁、一侧壁、一开口侧、固定在所述侧壁外侧并平行于所述基板的齿条和垂直于所述开口侧取向的载物片引导元件。该设备还包括盒移动装置，该盒移动装置具有以与盒的基板和盒的端壁成匹配关系地容纳所述盒的槽。该槽具有相对侧板，每一侧板都具有开口。盒移动装置还具有两个分别由所述槽旋转支承并沿所述槽的侧板延伸的轴，用于使所述轴旋转的驱动装置，在所述侧板的各所述开口中旋转支承并适于和所述齿条啮合以沿前进方向推动所述盒的进给齿轮，基本与所述侧板的内表面共面地旋转地保持在所述侧板内的升降齿轮。每个升降齿轮均具有垂直于升降齿轮的内表面取向的销。支承在一个侧板上的升降齿轮上的销与支承在另一侧板上的升降齿轮上的销对齐。驱动蜗杆通过所述轴转动并且与所述进给齿轮和所述升降齿轮啮合。该设备还包括载物片供给机构，该载物片供给机构横穿所述槽并且具有可垂直于所述盒的所述前进方向移动而将载物片从所述盒中移出的机械手；和用于移动机械手的驱动装置。

根据本发明的有利特征，所述盒移动装置布置到使所述盒向后倾斜并使盒的基板相对于水平面成约10-45°角的倾斜位置。

根据本发明的另一有利特征，所述载物片引导元件由设置在盒的基板上的横档构成，从而确保了可以边缘朝上竖直取向并紧密并排地储存载物片，也可以通过机械手使载物片容易地滑出所述盒。

用于机械手的驱动装置有利地包括一电动机和通过限力轴开关(force-limiting shaft switch)(限制开关)方便地联接到该电动机的控制丝杠。按这种方式，电动机的旋转可以传递到控制丝杠，而且如果控制丝杠的旋转被阻止(例如，机械手被卡住或到达其行程的尽头)，限制开关使电动机脱离控制丝杠，于是电动机可以自由地继续其旋转。

有利地，所述限制开关包括(用键)固定到所述电动机轴上的轴套、绕在所述轴套外部的螺旋弹簧和与螺旋弹簧的弯出端配合的从动盘。

根据本发明的另一有利特征，所述机械手包括前、后载物片移动臂。另外，机械手还有利地具有设置在两个载物片移动臂之间的摇摆保持板。这样，当载物片设置在两臂之间并被保持板夹持住时，载物片可以沿机械手的纵轴移动。保持板的升降有利地通过固定到机械手上的止挡件控制，从而保持板可以支承并随后释放前进的载物片。

根据本发明的还一有利特征，所述盒移动装置的槽的侧壁具有沿竖直方向引导所述盒的竖直取向的导轨。通过这种布置，可以在导轨之间设置多个叠置的盒。然后，盒可以自动地供给到盒移动装置。

附图说明

图1是根据本发明的载物片盒局部剖开的透视图。

图2是根据本发明的盒移动装置的透视图。

图3是图2所示装置的用于竖直移动载物片盒的齿轮传动构成部的透视图。

图4是示出载物片盒下降到盒移动装置中的示意性侧视图。

图5是根据本发明的载物片供给机构的透视图。

图6是图5所示的载物片供给机构的侧视图，其机械手(机械手臂)完全收回。

图7是图5所示的载物片供给机构的侧视图，其机械手完全伸出。

图8是载物片供给机构的限制开关构成部的透视图。

图9是机械手取回载物片时的侧视图。

图10是机械手将载物片从盒中提升到显微镜的载物片架时的侧视图。

具体实施方式

图1示出根据本发明构造的容纳显微镜载物片2的显微镜载物片盒1。该载物片盒1具有一基板3、一侧壁4和两个端壁5。基板3的上表面6上设有横档6，载物片2可以通过载物片盒1的开口侧插到横档之间。侧壁4设有一齿条7。

图2示出包括一槽8的盒移动装置，该槽8由底板9和相对的侧板10形成。槽8以这种方式限定尺寸，即当盒1使其盒壁5垂直于槽板10而插入槽8中时盒1适合槽8的内部结构。由一伺服电动机11驱动的轴12设置在一个侧板10的外侧并且沿该侧板10平行延伸。轴12包括两个同步(in-phase)驱动蜗杆13，蜗杆13与在侧板10的开口中旋转支承的各小齿轮14啮合。在每个侧板10上都安装有两对升降齿轮15；这些升降齿轮的旋转轴垂直于侧板10取向。在每个升降齿轮15朝向槽8内部取向的表面上都设有从升降齿轮表面垂直伸出并且位于升降齿轮直径的相对端的两个销16。竖直引导盒1的导轨17被固定到侧板10上。载物片供给机构18在两对导轨17之间的空间内横跨侧板10。载物片供给机构18垂直于侧板10取向。

图3单独示出根据图2实施例的用于升降齿轮15的驱动系统。在槽8的一端的底板9下设有一伺服电动机19，该伺服电动机19的轴带动一直齿圆柱齿轮20，该直齿圆柱齿轮20与两个沿直齿圆柱齿轮20周向相互间隔开的传动齿轮21啮合。传动齿轮21又与安装到各轴22端部上的各小齿轮23啮合。驱动蜗杆24固定到各轴22上。在各轴上的两相邻蜗杆24构成具有相对斜角(pitch)的蜗杆对。结合图2所述的各升降齿轮15与驱动蜗杆24啮合。

如果盒移动装置布置到使盒向后倾斜并使盒的基板相对于水平面成约10-45°角的倾斜位置，这将是有利的。在这种情况下，无需选配载物片，将它们插到盒中时它们会自动进入正确位置。一方面这会使操作简单，另一方面也使得操作安全。

此外，无需如旋转盒中的死区(dead spots)。即，要求容纳6个载物片的旋转盒中具有约18个载物片的容积。

在以下说明中，将阐述盒移动装置的操作。

参照图2，将盒1放置到位于槽8的一个侧面的导轨17之间，然后如图4所示在转动升降齿轮15时通过下降销16将盒1降低到槽8的底部。由此，当开始降低盒1时，由销16限定的升降齿轮15的直径平行于导轨17；最低的盒1由升降齿轮15的上部的销16支承。随后，具有相对斜角的驱动蜗杆24沿箭头25所示的相反方向转动升降齿轮15。在升降齿轮15转过半圈后，支承在销16上的最低的盒1沉到槽8的底部。

此后，最低的盒1由盒移动装置提升到载物片供给机构18上，随后提升到位于槽8的相对侧面上的导轨17上，在那里通过上述升降机构的反向操作可将盒1提出槽8。盒1的纵向移动由在槽8的侧板10中支承的进给齿轮14和设置在盒1的侧壁4上的齿条7实施。形成在由伺服电动机11驱动的轴12上的驱动蜗杆13驱动进给齿轮14，进给齿轮14通过与齿条7的啮合而推动盒1。

现在参照图5-10，详细说明载物片供给机构18。

参照图5，在此示出的载物片供给机构18包括一可逆电动机26、一由控制丝杠27构成的驱动元件和一机械手28。机械手28分别具有后臂29和前臂30，该两臂以对应于载物片2的宽度的距离相互隔开。在臂29和30之间设置保持板31，该保持板31安装在机械手28上以致于可以绕垂直于机械手28取向的水平轴进行摇摆运动。在保持板31的下边缘设置一叉子32以支承运动中的载物片。机械手28具有两个沿机械手28的纵向彼此分开的止挡件33和34。止挡件34靠近机械手28的自由端定位，而止挡件33远离自由端设置。在保持板31的与连接到机械手28的连接部(该侧朝前臂30取向)相对的那一侧，设置一用于接收止挡件33的控制轨道35。

图6和7分别示出机械手28完全收回和完全伸出时的载物片供给机构18。在机械手28完全收回的位置，止挡件33进入保持板31的控制轨道35中，而在机械手28完全伸出的状态，保持板31的下边缘支承在止挡件34上，并且叉子32位于支承点和后臂29之间。

可逆电动机26通过一详细示于图8的限制开关联接到控制丝杠27。限制开关包括一固定到电动机26的轴上的轴套36、以预紧方式绕到轴套36外部的螺旋弹簧37和与螺旋弹簧37的弯出端38相配合的从动盘39。从动盘39设有两个支柱40并且联接到控制丝杠27的轴承41上。轴承41优选为深沟球轴承以确保真正的中心旋转运动。

在以下说明中，将阐述限制开关的操作。

当轴套36通过电动机26旋转时，螺旋弹簧37的一个端部38沿旋转方向压靠在从动盘39的支柱40上。结果是，从动盘39开始旋转，而且该旋转传递到控制丝杠27。如果由机械手28移动的载物片2的前进受到阻碍，从动盘39停止并由此使螺旋弹簧37的弯出端固定不动，于是螺旋弹簧37不再偏压并由此脱离轴套36，从而使电动机26可以自由地继续旋转。

图9和10示意性示出机械手28将载物片2从盒1移入显微镜的载物片架42时的操作。在图9和10中都示出了机械手28的后臂和前臂29和30以及设置在臂29和30之间的保持板31。保持板31的上角以43标识，而其下边缘以44标识。当机械手28伸出时，电动机26通过限制开关的中介作用旋转控制丝杠27。结果是，控制丝杠27朝向载物片供给机构18的外端移动后臂29、前臂30和保持板31。通过这种布置，位于后臂和前臂29和30之间并且由保持板31夹持的载物片2从盒1引入载物片架42中。在图像数字化过程中，载物片架42允许载物片2在显微镜物镜前移动。直角三角形的斜边A和B示出了保持板31的上角43的移动路径。当保持板31开始向载物片供给机构18的端部移动时，止挡件33沿控制轨道35移动，这导致了保持板31的上角43沿斜边A下降，而保持板31的下边缘44向下推载物片2。当控制丝杠27继续转动时，保持板31的连接端到达前止挡件34，其下边缘44由此移动到止挡件34上，于是保持板31的上角43沿斜边B上升并释放由此进入载物片架42的载物片2。随后电动机26反向转动，收回机械手28并且使控制丝杠27反向旋转。结果是，控制丝杠27向后驱动后臂和前臂29和30和保持板31。

相对于现有技术根据本发明的构造具有许多优点：装置的构造和使用简单，并且本发明为载物片供给设备提供了易于操作并可靠的元件。

进一步的优点是，将要使用的盒和已经使用的其它容器总是在载物片供给机构的不同侧。这样，盒不会被混淆并且可以在机构操作期间供给或取出。

盒上的齿条确保了载物片定位的改进。即，在盒的制造过程中，可以期望约1％的尺寸偏差。这意味着，当将许多载物片放置到一个给定的基板表面上时，可能在最后的载物片上发生1毫米的偏差，供给机构会由此取出一个错误的载物片。与之相反，尺寸偏差对齿条的齿与载物片引导元件之间的关系没有影响，由此即使在尺寸偏差相对大的情况下供给机构总是定位到正确的载物片。

鉴于上述情况，载物片可以在盒中非常紧密地相互设置，而不会有错误供给的风险。载物片之间的间隙可以小到1毫米。这样，一个非常小的盒(120毫米×80毫米×30毫米)可以容纳50个载物片。这比以前约大三倍。

应当理解，本发明的上述说明可以进行各种改进、变化和改造，这些改进、变化和改造应包含在所附权利要求等同的意义和范围内。

Claims (10)

1.一种用于显微镜的载物片供给设备，包括：

(a)用于容纳载物片的盒；所述盒包含

(1)一基板；

(2)两个端壁；

(3)一侧壁；

(4)一开口侧；

(5)固定在所述侧壁外侧并平行于所述基板的齿条；以及

(6)垂直于所述开口侧取向的载物片引导元件；

(b)盒移动装置，包含

(1)以与所述基板和所述端壁成匹配关系地容纳所述盒的槽；所述槽具有相对侧板，每一侧板都具有开口；

(2)两个分别由所述槽旋转支承并沿所述侧板延伸的轴；

(3)用于使所述轴旋转的第一驱动装置；

(4)在所述侧板的各所述开口中旋转支承并适于和所述齿条啮合以沿前进方向推动所述盒的进给齿轮；

(5)可旋转地保持在所述侧板内并且具有与所述侧板的内表面基本共面的内表面的升降齿轮；每个升降齿轮均具有设置在升降齿轮直径的相对端并垂直于各升降齿轮的所述内表面的两个销；以及

(6)通过所述轴旋转并且与所述进给齿轮和所述升降齿轮啮合的驱动蜗杆；以及

(c)载物片供给机构，该载物片供给机构横穿所述槽并且包含

(1)可垂直于所述盒的所述前进方向移动而将载物片从所述盒中移出的机械手；以及

(2)用于移动所述机械手的第二驱动装置。

2.根据权利要求1所述的载物片供给设备，其特征在于，所述盒移动装置布置到使所述盒向后倾斜并使盒的基板相对于水平面成约10-45°角的倾斜位置。

3.根据权利要求1所述的载物片供给设备，其特征在于，所述载物片引导元件包括设置在所述盒的所述基板上的横档。

4.根据权利要求1所述的载物片供给设备，其特征在于，所述第二驱动装置包括一电动机和通过所述电动机旋转的控制丝杠。

5.根据权利要求4所述的载物片供给设备，其特征在于，所述第二驱动装置还包括将所述电动机联接到所述控制丝杠的限制开关。

6.根据权利要求5所述的载物片供给设备，其特征在于，所述电动机具有一电动机轴；并且所述限制开关包括：

(a)固定到所述电动机轴上的轴套；

(b)绕在所述轴套外部并具有一弯出端的螺旋弹簧；以及

(c)力传递地联接到所述弯出端并且连接到所述控制丝杠的从动盘。

7.根据权利要求1所述的载物片供给设备，其特征在于，所述机械手包括用于移动载物片的前臂和后臂。

8.根据权利要求1所述的载物片供给设备，其特征在于，所述载物片供给机构包括用于夹持载物片的保持板；所述保持板固定到所述机械手上以相对于所述机械手作摇摆运动。

9.根据权利要求8所述的载物片供给设备，其特征在于，还包括固定在所述机械手上以控制所述保持板的运动的止挡件。

10.根据权利要求1所述的载物片供给设备，其特征在于，所述盒移动装置还包括连接到所述槽的所述侧板以竖直引导所述盒的导轨。

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