CN202710836U - 显微图像自动采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及显微图像自动采集装置，其包括：用于存放样本的样本存放机构；用于对样本信息进行采集的显微镜成像器件，所述显微镜成像器件包括显微物镜、筒镜光学器件、照相机以及照明器件，显微物镜可沿Z轴上下移动；样本夹持和传递机构包括样本夹持件以及驱动样本夹持件沿X轴和Y轴移动的传递机构。本实用新型通过样本夹持件自动装载样本，由传递机构带动样本夹持件作二维运动以实现样本的传递和样本的扫描运动，并通过显微物镜的一维移动实现自动对焦，可以快速、清晰、准确地采集显微图像，同时，在传递机构中增设编码器和光电开关可实现样本检测目标定位功能。

Description

显微图像自动采集装置

技术领域

本实用新型涉及显微镜，具体涉及一种用于对样本进行显微图像自动信息采集装置。

背景技术

显微镜在众多科研和工业生产领域应用广泛。特别是在医疗领域，显微镜在病理诊断中地位无可替代。例如在血液检验中，迄今无一台血液分析仪能完全代替显微镜进行白细胞分类。再如肿瘤诊断，最确切的诊断方法是依靠光学显微镜观察查病理切片。

传统的显微图像的采集分析，主要依靠人眼在镜下观察，手动寻找观察目标，并将观察到的目标用照相机记录。该工作方式目前为大多数医院所采用。此外亦有部分全自动显微镜，其技术原理是使用电机驱动显微镜载物台。全自动显微镜能部分替代人工操作，一定程度上提高了工作效率。该技术的一个实例是奥林巴斯的全自动显微镜BX63，但目前并未广泛使用。

传统的显微镜观察方式的主要缺点是搜索目标的时间较长，人眼容易疲劳，导致效率低下，甚至由于人眼疲劳而产生误判。照相机虽然在一定程度上可以满足显微图像采集的需要，但难以实现目标的定位。即使拍摄了目标的照片，也无法得到目标在样本中所在的确实位置。例如医生通过高倍显微镜在血涂片上找到一个异常的白细胞并拍摄图片，但其他医生想根据图片在血涂片上再次寻找该异常白细胞却是非常困难，几乎不可能实现。

目前有相关专利介绍了自动显微镜，其工作效率较传统方式有所提高，公开号为CN 2632705Y中国实用新型公开了一种光学自动显微镜，该显微镜顶部装有一个图像扫描摄像机，载物台上设有水平横轴电机和水平纵轴电机，立柱上设有竖直轴电机，可实现对样本的自动对焦和自动扫描。但是该自动显微镜无法自动装载样本，效率低。另外，公开号为CN 102272652A公开了一种用于生物标本的光学分析的分析器。该分析器包括光学器件和用于传递载玻片的机器人。该机器人由至少3个电机控制，可以在三维内运动，该专利可以实现样本的自动装载和自动扫描，但其对焦是通过样本运动实现的，其搭载样本的样本台不稳定，样本台上下运动时受重力影响容易出现下滑的现象。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种显微图像自动采集装置，其可以快速、清晰、准确的采集显微图像摒弃可以实现样本的自动装载、对焦、扫描和目标定位的功能。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

显微图像自动采集装置，其包括：

用于存放样本的样本存放机构；

用于对样本信息进行采集的显微镜成像器件，所述显微镜成像器件包括显微物镜、筒镜光学器件、照相机以及照明器件，所述照明器件、筒镜光学器件均固定放置，显微物镜位于二者之间，且显微物镜可沿Z轴上下移动，照相机安装于筒镜光学器件的上端，样本放置于显微物镜和照明器件之间；

用于夹持样本并将样本从样本存放机构取出放置于显微物镜下进行信息采集或者将样本从显微物镜下转移至样本存放机构进行存放的样本夹持和传递机构，所述样本夹持和传递机构包括样本夹持件以及驱动样本夹持件沿X轴和Y轴移动的传递机构，其中，X轴、Y轴和Z轴相互垂直。

优选地，所述显微物镜固定于一物镜固定座上，所述物镜固定座上设有至少一用于固定显微物镜的物镜安装孔，显微物镜安装于该物镜安装孔上，且显微物镜的数量与筒镜光学器件以及照相机的数量相匹配。通过在物镜固定座上设置一个或一个以上的物镜安装孔，可根据具体的使用需要固定不同数目的显微物镜，同时使用物镜固定座可方便显微物镜的上下（Z轴）移动，以使显微镜成像器件实现对样本的对焦。

作为改进，所述物镜固定座通过一对焦机构做Z轴移动，所述对焦机构包括带动物镜固定座移动的第一Z轴丝杆组件以及驱动所述第一Z轴丝杆组件的第一Z轴电机。使用显微物镜运动对焦的方式相对于现有显微镜常用的样本台运动对焦方式，可以使样本台更加稳定并有效消除样本台由于重力影响出现下滑的现象。

优选地，所述照明器件包括光源、照明光学系统以及聚光镜，所述光源通过照明光学系统由聚光镜进行聚光后对样本进行照明，所述聚光镜位于显微物镜的正下方，且所述光源为LED光源或卤素灯或气体放电灯，所述照明光学系统的光路为柯勒照明光路。光路采用柯勒照明的照明方式，其优点在于被检样本的平面处没有灯丝像，不会影响观察，并且其照明均匀。

作为改进，所述传递机构包括X轴驱动机构和Y轴驱动机构，其中X轴驱动机构包括驱动样本夹持件沿X轴移动的X轴丝杆组件以及驱动X轴丝杆组件的X轴电机，所述Y轴驱动机构包括驱动X轴驱动机构沿Y轴移动的Y轴丝杆组件以及驱动所述Y轴丝杆组件的Y轴电机。通过X轴驱动机构和Y轴驱动机构可使样本夹持件作二维运动，用于存取样本以及放置于显微镜成像器件下进行检测。

作为改进，所述传递机构进一步包括：

一安装于X轴电机转轴上用于对样本夹持件在X轴方向位移进行监控的X轴编码器；以及一安装于Y轴电机转轴上用于对样本夹持件在Y轴方向位移进行监控的Y轴编码器。X轴编码器和Y轴编码器可有效记录X轴电机和Y轴电机顺时针或逆时针的旋转度，从而定位样本，并可以获得检测目标在样本中的位置信息，实现对目标进行快速定位。

作为改进，所述传递机构进一步包括：

安装于X轴驱动机构上用于对样本夹持件在X轴方向位移进行限位的X轴光电开关，所述X轴光电开关的输出端连接至X轴电机的输入端；以及安装于Y轴驱动机构上用于对样本夹持件在Y轴方向位移进行限位的Y轴光电开关，所述Y轴光电开关的输出端连接至Y轴电机的输入端。

作为改进，所述样本存放机构包括存放样本的样本盒、固定所述样本盒的样本盒固定架以及驱动所述样本盒固定架沿Z轴移动的样本盒驱动机构。样本存放机构可通过样本盒驱动机构控制上下移动到合适的高度，以备样本夹持件方便存取样本。具体地，所述样本盒驱动机构包括带动样本盒固定架移动的第二Z轴丝杆组件以及驱动所述第二Z轴丝杆组件的第二Z轴电机。

作为进一步改进，所述样本盒包括样本盒本体、设置于样本盒本体内的用于对样本进行装载和固定的定位卡柱、设置于样本盒本体内用于检测是否有样本的空载感应器和用于判断样本是否被检测的待检感应器、以及设置于样本盒本体上侧用于记录样本的标签记录器。样本存放机构中具有感应器，通过空载感应器检测是否有样本，如果有样本，可以通过待检感应器判断该样本是待测样本还是已测样本，并具有标签记录器，可以记录样本的标签。

本实用新型所阐述的显微图像自动采集装置，与现有技术相比，其有益效果在于：本实用新型通过样本夹持件自动装载样本，由传递机构带动样本夹持件作二维运动以实现样本的传递和样本的扫描运动，并通过显微物镜的一维移动实现自动对焦，可以快速、清晰、准确地采集显微图像，同时，在传递机构中增设编码器和光电开关可实现样本检测目标定位的功能。

附图说明

附图1为本实用新型显微图像自动采集装置的结构示意图；

附图2为显微镜成像器件的结构示意图；

附图3为样本夹持和传递机构的结构示意图；

附图4为照明器件的结构示意图；

附图5为样本存放机构的结构示意图；

附图6为样本盒的结构示意图。

其中：1、显微图像自动采集装置；2、显微镜成像器件；3、对焦机构；31、第一Z轴电机；32、编码器；4、样本夹持和传递机构；5、样本存放机构；51、第二Z轴电机；52、编码器；6、显微物镜；7、物镜固定座；71、物镜安装孔；8、筒镜光学器件；9、照相机；10、照明器件；11、传递机构；12、样本夹持件；13、样本；14、Y轴电机；15、X轴电机；16、Y轴编码器；17、X轴编码器；18、Y轴光电开关；19、X轴光电开关；20、光源；21、照明光学系统；22、聚光镜；23、样本盒；231、样本盒本体；24、样本盒固定架；25、标签记录器；26、待检感应器；27、定位卡柱；28、空载感应器；29、控制器。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型的显微图像自动采集装置做进一步描述，以便于更清楚的理解本实用新型所要求保护的技术思想。

如图1所示，显微图像自动采集装置，其包括：用于存放样本13的样本存放机构5；用于对样本信息进行采集的显微镜成像器件2以及用于夹持样本并将样本13从样本存放机构5取出放置与显微物镜6下进行信息采集或者将样本13从显微物镜6下转移至样本存放机构5进行存放的样本夹持和传递机构4。显微镜成像器件2包括显微物镜6、筒镜光学器件8、照相机9以及照明器件10，其中照明器件10和筒镜光学器件8均固定放置，显微物镜6位于二者之间，且显微物镜6可沿Z轴上下移动，照相机9安装于筒镜光学器件8的上端，样本13放置于显微物镜和照明器件之间进行检测。样本夹持和传递机构4包括样本夹持件12以及驱动样本夹持件沿X轴和Y轴移动的传递机构11。

如图1和图2所示，显微物镜6固定于一物镜固定座7上，物镜固定座7上设有至少一用于固定显微物镜6的物镜安装孔71，显微物镜6安装于该物镜安装孔上，且显微物镜6的数量与筒镜光学器件8以及照相机9的数量相匹配，即是每个显微物镜6均对应以筒镜光学器件8和照相机9（图1和图2中示出了二个显微物镜6的安装结构示意图，为了简化结构，仅仅示出了一组筒镜光学器件8和照相机9，另外一组与之相同，对应于另一个显微物镜上）。通过在物镜固定座7上设置一个或一个以上的物镜安装孔71，可根据具体的使用需要固定不同数目的显微物镜6，同时使用物镜固定座可方便显微物镜的上下（Z轴）移动，以使显微镜成像器件2实现对样本13的对焦，当然，物镜固定座7也可以采用电动物镜转换器进行替代。具体地，物镜固定座7通过一对焦机构3做Z轴移动，该对焦机构3包括带动物镜固定座7移动的第一Z轴丝杆组件（未标示）以及驱动第一Z轴丝杆组件的第一Z轴电机31，第一Z轴丝杆组件包括丝杆和丝杆螺母，物镜固定座7可固定于与丝杆配合的丝杆螺母上，在第一Z轴电机31的转轴处可安装一编码器32，可对显微物镜6的位置进行监控，编码器32也可以采用光栅尺代替实现位置监控。上述示出了采用丝杆传动方式使显微物镜6作一维移动的实施方式，事实上，还可以采用例如线性电机推拉或者压电陶瓷等传动方式实现显微物镜的一维移动。使用显微物镜运动对焦的方式相对于现有显微镜常用的样本台运动对焦方式，可以使样本台更加稳定并有效消除样本台由于重力影响出现下滑的现象。图1中并示出了控制器29，其输出端可与第一Z轴电机31以及下述的X轴电机、Y轴电机、第二Z轴电机相连，用于控制它们的工作实现相应的移动，上述的X轴、Y轴和Z轴只是一个示意方向，它们之间两两相互垂直。

如图2和图4所示，照明器件10包括光源20、照明光学系统21以及聚光镜22，光源20通过照明光学系统21由聚光镜22进行聚光后对样本进行照明，聚光镜22位于显微物镜6的正下方，其中，光源20可以采用LED光源、卤素灯、气体放电灯等，照明光学系统21的光路为柯勒照明光路。光路采用柯勒照明的照明方式，其优点在于被检样本的平面处没有灯丝像，不会影响观察，并且其照明均匀。

如图3所示，传递机构11包括X轴驱动机构和Y轴驱动机构，其中X轴驱动机构包括驱动样本夹持件12沿X轴移动的X轴丝杆组件（图未示）以及驱动X轴丝杆组件的X轴电机15，Y轴驱动机构包括驱动X轴驱动机构沿Y轴移动的Y轴丝杆组件（图未示）以及驱动所述Y轴丝杆组件的Y轴电机14。样本夹持件12固定于与X轴丝杆配合的X轴丝杆螺母（X轴丝杆组件包括X轴丝杆和X轴丝杆螺母）上实现样本夹持件12沿X轴方向移动，X轴驱动机构固定于与Y轴丝杆配合的Y轴丝杆螺母（Y轴丝杆组件包括Y轴丝杆和Y轴丝杆螺母）上实现X轴驱动机构沿Y轴方向移动，X轴驱动机构沿Y轴方向移动从而带动样本夹持件12沿Y轴方向移动。通过X轴驱动机构和Y轴驱动机构可使样本夹持件12作二维运动，用于存取样本以及放置于显微镜成像器件下进行检测。

为了实现样本的位置监控以及样本中检测目标的位置定位，在本实用新型较佳的实施例中，传递机构11还包括：一安装于X轴电机15转轴上用于对样本夹持件12在X轴方向位移进行监控的X轴编码器17；以及一安装于Y轴电机14转轴上用于对样本夹持件12在Y轴方向位移进行监控的Y轴编码器16。X轴编码器17和Y轴编码器16可有效记录X轴电机15和Y轴电机14顺时针或逆时针的旋转度，X轴编码器17和Y轴编码器16的输出端均通过控制器29分别连接至相应的X轴电机15和Y轴电机14，从而监控样本，并可以获得检测目标在样本中的位置信息，实现对目标进行快速定位。传递机构11进一步包括：安装于X轴驱动机构上用于对样本夹持件12在X轴方向位移进行限位的X轴光电开关19；以及安装于Y轴驱动机构上用于对样本夹持件12在Y轴方向位移进行限位的Y轴光电开关18，X轴光电开关19和Y轴光电开关18的输出端均通过控制器29分别连接至相应的X轴电机15和Y轴电机14，控制器根据光电开关以及上述的编码器的输出信号控制相应的电机运动。通过编码器和光电开关对样本位置的监控，可以获得目标在样本中的坐标信息，从而实现对目标进行快速定位，有别于现有自动显微镜难以实现观察目标的定位，现有技术中即使拍摄了目标的照片，也无法得到目标在样本中的确切位置。上述X轴编码器和Y轴编码器同样可以采用光栅尺实现位置监控，X轴光电开关和Y轴光电开关也可以使用微动开关等其他传感器。

结合图1和图5所示（其中图5中未画出第二Z轴电机51和编码器52，具体可参照图1），样本存放机构5包括存放样本的样本盒23、固定所述样本盒的样本盒固定架24以及驱动所述样本盒固定架24沿Z轴移动的样本盒驱动机构。样本存放机构5可通过样本盒驱动机构控制上下移动到合适的高度，以备样本夹持件12方便存取样本。具体地，样本盒驱动机构包括带动样本盒固定架移动的第二Z轴丝杆组件（未示出）以及驱动所述第二Z轴丝杆组件的第二Z轴电机，其原理与显微物镜6的一维移动原理相同，同样可在第二Z轴电机51的转轴处安装编码器52以实现样本盒的位置监控。

如图5和图6所示，样本盒23包括样本盒本体231、设置于样本盒本体231内的用于对样本盒进行装载和固定的定位卡柱27、设置于样本盒本体231内用于检测是否有样本的空载感应器28和用于判断样本是否被检测的待检感应器26、以及设置于样本盒本体上侧用于记录样本的标签记录器25。当样本盒23放入样本盒固定架24，并且接通电源时，定位卡柱27卡住样本盒固定架24上对应的卡口（图中未画出）并且接通空载感应器28和用待检感应器26。当待检样本13插入样本盒23时，样本13将同时接触空载感应器28和待检感应器26，空载感应器28和待检感应器26各发出一个信号到控制器，标示样本盒该位置存有待检样本。当样本完成检测，再次送回样本盒，样本13仅接触空载感应器。如此，根据空载感应器和待检感应器的输出信号，即可判断该样本是否检测完毕。通过样本存放机构5中设有的感应器，即是通过空载感应器28检测是否有样本，如果有样本，可以通过待检感应器26判断该样本是待测样本还是已测样本，并具有标签记录器25，可以记录样本的标签。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.显微图像自动采集装置，其特征在于，其包括：

用于存放样本的样本存放机构；

用于对样本信息进行采集的显微镜成像器件，所述显微镜成像器件包括显微物镜、筒镜光学器件、照相机以及照明器件，所述照明器件、筒镜光学器件均固定放置，显微物镜位于二者之间，且显微物镜可沿Z轴上下移动，照相机安装于筒镜光学器件的上端，样本放置于显微物镜和照明器件之间；

用于夹持样本并将样本从样本存放机构取出放置于显微物镜下进行信息采集或者将样本从显微物镜下转移至样本存放机构进行存放的样本夹持和传递机构，所述样本夹持和传递机构包括样本夹持件以及驱动样本夹持件沿X轴和Y轴移动的传递机构，其中，X轴、Y轴和Z轴相互垂直。

2.根据权利要求1所述的显微图像自动采集装置，其特征在于，所述显微物镜固定于一物镜固定座上，所述物镜固定座上设有至少一个用于固定显微物镜的物镜安装孔，显微物镜安装于该物镜安装孔上，且显微物镜的数量与筒镜光学器件以及照相机的数量相匹配。

3.根据权利要求2所述的显微图像自动采集装置，其特征在于，所述物镜固定座通过一对焦机构做Z轴移动，所述对焦机构包括带动物镜固定座移动的第一Z轴丝杆组件以及驱动所述第一Z轴丝杆组件的第一Z轴电机。

4.根据权利要求1所述的显微图像自动采集装置，其特征在于，所述照明器件包括光源、照明光学系统以及聚光镜，所述光源通过照明光学系统由聚光镜进行聚光后对样本进行照明，所述聚光镜位于显微物镜的正下方，且所述光源为LED光源或卤素灯或气体放电灯，所述照明光学系统的光路为柯勒照明光路。

5.根据权利要求1所述的显微图像自动采集装置，其特征在于，所述传递机构包括X轴驱动机构和Y轴驱动机构，其中X轴驱动机构包括驱动样本夹持件沿X轴移动的X轴丝杆组件以及驱动X轴丝杆组件的X轴电机，所述Y轴驱动机构包括驱动X轴驱动机构沿Y轴移动的Y轴丝杆组件以及驱动所述Y轴丝杆组件的Y轴电机。

6.根据权利要求5所述的显微图像自动采集装置，其特征在于，所述传递机构进一步包括：

一安装于X轴电机转轴上用于对样本夹持件在X轴方向位移进行监控的X轴编码器；

以及一安装于Y轴电机转轴上用于对样本夹持件在Y轴方向位移进行监控的Y轴编码器。

7.根据权利要求5或6所述的显微图像自动采集装置，其特征在于，所述传递机构进一步包括：

安装于X轴驱动机构上用于对样本夹持件在X轴方向位移进行限位的X轴光电开关， 

以及安装于Y轴驱动机构上用于对样本夹持件在Y轴方向位移进行限位的Y轴光电开关。

8.根据权利要求1所述的显微图像自动采集装置，其特征在于，所述样本存放机构包括存放样本的样本盒、固定所述样本盒的样本盒固定架以及驱动所述样本盒固定架沿Z轴移动的样本盒驱动机构。

9.根据权利要求8所述的显微图像自动采集装置，其特征在于，所述样本盒驱动机构包括带动样本盒固定架移动的第二Z轴丝杆组件以及驱动所述第二Z轴丝杆组件的第二Z轴电机。

10.根据权利要求8所述的显微图像自动采集装置，其特征在于，所述样本盒包括样本盒本体、设置于样本盒本体内的用于对样本进行装载和固定的定位卡柱、设置于样本盒本体内用于检测是否有样本的空载感应器和用于判断样本是否被检测的待检感应器、以及设置于样本盒本体上侧用于记录样本的标签记录器。

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