一种高精度显微镜装置的制作方法

本发明涉及充电装置技术领域，尤其涉及一种高精度显微镜装置。

背景技术：

普通显微镜基本靠手动来控制载物平台在X、Y方向前后左右移动，在Z轴方向利用齿轮齿条或丝杆传动等带动整个载物平台上下移动进行对焦。如图1所示，自动显微镜大多在普通显微镜的基础上对其三个轴加装电机(图中未示出)，当使用自动显微镜查看组织切片的时候，物镜13固定不动，通过步进电机带动齿轮齿条(图中未示出)或丝杆(图1中的Z轴调节15)来调节载物平台14高度进行对焦，相机16用来拍摄切片组织，由于加装电机后只能自动控制，而不能手动控制，失去了操作显微镜的灵活性；同时，手动控制方式和自动控制方式在Z轴方向上的运动都是靠升降载物平台14来进行调节的。

现有技术中的自动显微镜存在如下缺点：

1、无法同时实现手动控制和自动控制两种功能于一体；

2、自动控制时，电机带动齿轮齿条传动，虽然承载力大，精度可达到0.1mm,传动速度可以很高，但是相对光学组织切片5um-10um的厚度仍然不能达到所需的精度要求；

3、由于是靠载物平台的上下移动来调节Z轴方向的距离，载物平台重量一般比较重，需要较大功率的电机才能够带动。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种既可手动控制也可自动控制、手动控制自动控制可同时进行、操作简单、精度高、稳定性好的高精度显微镜装置。

本发明采用如下技术方案：

一种高精度显微镜装置，包括支座、目镜、光学连接件、物镜、载物平台、用于移动所述载物平台的驱动组件，所述目镜通过所述光学连接件连接所述物镜，所述光学连接件连接所述支座，还包括用于控制所述驱动组件的控制组件，所述驱动组件包括：

X轴驱动组件，所述X轴驱动组件活动连接所述载物平台，用于沿X轴方向移动所述载物平台；

Y轴驱动组件，所述Y轴驱动组件活动连接所述载物平台，用于沿Y轴方向移动所述载物平台；

Z轴驱动组件，所述Z轴驱动组件活动连接所述光学连接件，用于在Z轴方向移动与所述光学连接件连接的所述物镜；

光栅尺组件，所述光栅尺组件用于检测所述载物平台在X轴方向和Y轴方向上的移动以及所述物镜在Z轴方向上的移动；

控制组件，所述控制组件连接所述X轴驱动组件、所述Y轴驱动组件、所述Z轴驱动组件以及所述光栅尺组件，用于根据所述光栅尺组件的检测结果控制所述X轴驱动组件、所述Y轴驱动组件、所述Z轴驱动组件。

优选的，所述高精度显微镜装置还包括：

面相机，所述面相机连接所述支座上，所述面相机还连接所述目镜组件和所述物镜组件，所述面相机用于拍摄放置在所述载物平台的切片。

优选的，所述X轴驱动组件包括：

第一导轨，所述第一导轨沿X轴方向设置，所述载物平台滑动设置于所述第一导轨上；

第一电机，所述第一电机用于驱动所述载物平台在所述第一导轨上沿X轴方向移动，所述第一电机上设有第一动力输出端，所述第一动力输出端连接所述载物平台。

优选的，所述第一电机为直线电机。

优选的，所述Y轴驱动组件包括：

第二导轨，所述第二导轨沿Y轴方向设置，所述载物平台滑动设置于所述第二导轨上；

第二电机，所述第二电机用于驱动所述载物平台在所述第二导轨上沿Y轴方向移动，所述第二电机上设有第二动力输出端，所述第二动力输出端连接所述载物平台。

优选的，所述第二电机为直线电机。

优选的，所述Z轴驱动组件包括：

第三导轨，所述第三导轨沿Z轴方向设置，所述光学连接件滑动设置于所述第三导轨上；

第三电机，所述第三电机用于驱动与所述光学连接件连接的所述物镜在所述第三导轨上沿Z轴方向移动，所述第三电机上设有第三动力输出端，所述第三动力输出端连接所述光学连接件。

优选的，所述第三电机为直线电机。

优选的，所述光栅尺组件包括：

第一光栅尺，所述第一光栅尺用于检测所述载物平台在X轴方向上的移动；

第二光栅尺，所述第二光栅尺用于检测所述载物平台在Y轴方向上的移动；

第三光栅尺，所述第三光栅尺用于检测所述目镜、所述光学连接件以及所述物镜在Z轴方向上的移动。

优选的，所述第一光栅尺包括：

第一标尺光栅，所述第一标尺光栅连接在所述载物平台上；

第一光栅读数头，所述第一光栅读数头连接在所述支座上且与所述第一标尺光栅位置对应。

优选的，所述第二光栅尺包括：

第二标尺光栅，所述第二标尺光栅连接在所述载物平台上；

第二光栅读数头，所述第二光栅读数头连接在所述支座上且与所述第二标尺光栅位置对应。

优选的，所述第三光栅尺包括：

第三标尺光栅，所述第二标尺光栅连接在所述物镜上；

第三光栅读数头，所述第二光栅读数头连接在所述支座上且与所述第三标尺光栅位置对应。

优选的，所述控制组件包括：

单片机控制板，所述单片机控制板连接所述X轴驱动组件、所述Y轴驱动组件、所述Z轴驱动组件以及所述光栅尺组件；

PC控制端，所述PC控制端连接所述单片机控制板。

本发明的有益效果是：本发明的技术方案在原有的手动控制的基础上再增加X轴、Y轴、Z轴方向上的第一驱动组件、第二驱动组件、第三驱动组件，第一驱动轴组件、第二驱动组件、第三驱动组件均能通过自动控制的方式调整物镜与载物平台之间的相对距离，同时，由于第一驱动组件、第二驱动组件、第三驱动组件均采用活动连接的方式与显微镜进行连接，因此可以在自动控制和手动控制之间进行切换，能够实现手动控制和自动控制两种功能于一体，操作更方便、定位精度更高；

在Z轴方向通过调整物镜的位置来调整物镜与载物平台的相对距离，相比现有技术中通过调整载物平台来调整物镜与载物平台之间的相对距离，稳定性更好、定位精度更高；

通过设置光栅尺组件检测显微镜装置在X轴、Y轴、Z轴三个方向上的移动以提高控制组件的控制精度。

附图说明

图1为现有技术中，自动显微镜的结构示意图；

图2为本发明的一种优选实施例中，高精度显微镜装置的结构示意图之一；

图3为本发明的一种优选实施例中，高精度显微镜装置的结构示意图之二。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的状态下，下述技术方案，技术特征之间可以相互组合。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

如图2-3所示，一种高精度显微镜装置，包括支座(图中未示出)、目镜9、光学连接件17、物镜4、载物平台5、用于移动上述载物平台的驱动组件，上述目镜9通过上述光学连接件17连接上述物镜4，上述光学连接件17连接上述支座，还包括用于控制上述驱动组件的控制组件，上述驱动组件包括：

X轴驱动组件(图中未示出)，上述X轴驱动组件活动连接上述载物平台5，用于沿X轴方向移动上述载物平台5；

Y轴驱动组件(图中未示出)，上述Y轴驱动组件活动连接上述载物平台5，用于沿Y轴方向移动上述载物平台5；

Z轴驱动组件(图中未示出)，上述Z轴驱动组件活动连接上述光学连接件17，用于在Z轴方向移动与上述光学连接件17连接的上述物镜4；

光栅尺组件，上述光栅尺组件用于检测上述载物平台5在X轴方向和Y轴方向上的移动以及上述物镜4在Z轴方向上的移动；

控制组件，上述控制组件连接上述X轴驱动组件、上述Y轴驱动组件、上述Z轴驱动组件以及上述光栅尺组件，用于根据上述光栅尺组件的检测结果控制上述X轴驱动组件、上述Y轴驱动组件、上述Z轴驱动组件。

在本实施例中，由于普通显微镜在X轴、Y轴、Z轴三个方向的移动都是采用手动控制的方式移动载物平台，从而物镜4与载物平台5之间的相对距离，本发明的技术方案在原有的手动控制的基础上再增加X轴、Y轴、Z轴方向上的第一驱动组件、第二驱动组件、第三驱动组件，第一驱动轴组件、第二驱动组件、第三驱动组件均能通过自动控制的方式调整物镜4与载物平台5之间的相对距离，同时，由于第一驱动组件、第二驱动组件、第三驱动组件均采用活动连接的方式与显微镜进行连接，因此可以在自动控制和手动控制之间进行切换，能够实现手动控制和自动控制两种功能于一体，操作更方便、定位精度更高；

在Z轴方向通过调整物镜4的位置来调整物镜4与载物平台5的相对距离，相比现有技术中通过调整载物平台5来调整物镜4与载物平台5之间的相对距离，稳定性更好、定位精度更高；

通过设置光栅尺组件检测显微镜装置在X轴、Y轴、Z轴三个方向上的移动以提高控制组件的控制精度。

由于普通显微镜在X轴、Y轴、Z轴三个方向的移动都是手动控制平台移动，在原有基础上再增加X轴、Y轴、Z轴方向的驱动组件，实现手动控制和自动控制两种功能于一体，操作更方便、定位精度更高。进一步的，在Z轴方向通过调整物镜4的位置来调整物镜4与载物平台5的相对距离，相比现有技术中通过调整载物平台5来调整物镜4与载物平台5之间的相对距离，稳定性更好、定位精度更高；

进一步的，通过设置光栅尺组件检测显微镜装置在X轴、Y轴、Z轴三个方向上的移动以提高控制组件的控制精度。

进一步的，Z轴方向上的自动控制改为调节物镜4上下移动，因此在实际应用中物镜4与载物平台5的垂直度需保证。本发明较佳的实施例中，上述高精度显微镜装置还包括：

面相机1，上述面相机1连接上述支座上，上述面相机1还连接上述目镜9组件和上述物镜4组件，上述面相机1用于拍摄放置在上述载物平台5的切片。

图1中由带箭头的连线表示连线两端的部件之间具有连接关系，实际应用时载物平台5下方会设置一光源6。

本发明较佳的实施例中，上述X轴驱动组件包括：

第一导轨(图中未示出)，上述第一导轨沿X轴方向设置，上述载物平台5滑动设置于上述第一导轨上；

第一电机(图中未示出)，上述第一电机用于驱动上述载物平台5在上述第一导轨上沿X轴方向移动，上述第一电机上设有第一动力输出端，上述第一动力输出端连接上述载物平台。

本发明较佳的实施例中，上述第一导轨为直线导轨，上述第一电机为直线电机。

本发明较佳的实施例中，上述Y轴驱动组件包括：

第二导轨，上述第二导轨沿Y轴方向设置，上述载物平台5滑动设置于上述第二导轨上；

第二电机，上述第二电机用于驱动上述载物平台5在上述第二导轨上沿Y轴方向移动，上述第二电机上设有第二动力输出端，，上述第二动力输出端连接上述载物平台。

本发明较佳的实施例中，上述第二导轨为直线导轨，上述第二电机为直线电机。

本发明较佳的实施例中，上述Z轴驱动组件包括：

第三导轨，上述第三导轨沿Z轴方向设置，上述光学连接件17滑动设置于上述第三导轨上；

第三电机，上述第三电机用于驱动与上述光学连接件17连接的上述物镜4在上述第三导轨上沿Z轴方向移动，上述第三电机上设有第三动力输出端，上述第三动力输出端连接上述光学连接件。

本发明较佳的实施例中，上述第三导轨为直线导轨，上述第三电机为直线电机。

本发明较佳的实施例中，上述光栅尺组件包括：

第一光栅尺，上述第一光栅尺用于检测上述载物平台5在X轴方向上的移动；

第二光栅尺，上述第二光栅尺用于检测上述载物平台5在Y轴方向上的移动；

第三光栅尺，上述第三光栅尺用于检测上述目镜9、上述光学连接件17以及上述物镜4在Z轴方向上的移动。

本发明较佳的实施例中，上述第一光栅尺包括：

第一标尺光栅，上述第一标尺光栅连接在上述载物平台5上；

第一光栅读数头，上述第一光栅读数头连接在上述支座上且与上述第一标尺光栅位置对应。

本发明较佳的实施例中，上述第二光栅尺包括：

第二标尺光栅，上述第二标尺光栅连接在上述载物平台5上；

第二光栅读数头，上述第二光栅读数头连接在上述支座上且与上述第二标尺光栅位置对应。

本发明较佳的实施例中，上述第三光栅尺包括：

第三标尺光栅3，上述第二标尺光栅连接在上述物镜4上；

第三光栅读数头2，上述第二光栅读数头连接在上述支座上且与上述第三标尺光栅3位置对应。

在本实施例中，Z轴方向的移动不是靠载物平台5的上下升降来完成，而替换成将载物平台5固定不动，通过调节物镜4上下移动来控制物镜4与组织切片的距离，Z轴也采用直线电机和直线导轨，用光学连接件17将直线电机与物镜4连接起来，保证光路可靠，并且在连接件上贴上20000cnt/mm高精度第三标尺光栅3，固定第三光栅读数头2，当直线电机带动物镜4垂直移动时，通过读数头读取光栅尺位置负反馈给直线电机来进行精确定位，Z轴坐标值能精确到1cnt，即精度达到0.05微米，精度远远提高，能达到相对光学组织切片的厚度5um-10um精度要求。

本发明较佳的实施例中，上述控制组件包括：

单片机控制板7，上述单片机控制板7连接上述X轴驱动组件、上述Y轴驱动组件、上述Z轴驱动组件以及上述光栅尺组件；

PC控制端8，上述PC控制端8连接上述单片机控制板7。

在本实施例中，自动控制主要控制三个轴向上的电机及光栅尺读数头，由一块单片机控制板7以及PC控制端8进行控制。此方案即能手动操作显微镜，又能够自动控制显微镜，两种用途。

在一个具体实施例中，应用上述结构的显微镜病理扫描仪为例：显微镜病理扫描仪将组织切片安放在载物平台5上，载物平台5可以在X轴、Y轴方向移动，PC控制端8发送命令给单片机控制板7用于控制载物平台5上的X轴、Y轴的移动，并且控制Z轴的直线电机对物镜4进行上下移动，第三读数头读取第三标尺光栅3后反馈给单片机控制板7用于精确定位，当物镜4移动后正好在焦点的位置上时，通过触发面相机1进行抓图，并发送给PC控制端8，从而在该位置上得到组织的清晰图片。

由于是在普通显微镜的基础上进行改造，手动控制平台的X轴、Y轴、Z轴装置不变，在不影响手动调节的情况下对平台X、Y轴增加一套自动控制系统，X、Y轴方向上安装直线电机并通过直线导轨进行移动，通过读数头读取贴在各个方向轴上的标尺光栅位置来进行反馈，从而形成一个闭环控制系统，光栅尺的精度越高，定位精度就越高，因此可以很好的定位到组织切片的清晰位置处，。

如图3所示的显微镜病理扫描仪，包括面相机1、目镜9、Z轴自动控制10(即上述Z轴驱动组件)、载物平台5、Z轴手动控制11(现有技术)以及光路切换杆12，当显微镜病理扫描仪不使用自动控制系统时，可以通过手动调节载物平台5上下左右前后位置，在显微镜目镜9下进行观察组织，也可以通过面相机1进行实时抓图观察，从而实现手动控制和自动控制双重功能，并且在自动控制时Z轴方向精度更高，图片对焦精度更高。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。