一种自动光学显微镜系统的制作方法

本实用新型涉及一种显微镜系统，特别是涉及一种自动光学显微镜系统。

背景技术：

光学显微镜是利用光学原理，把人眼所不能分辨的微小物体放大成像，以供人们提取微细结构信息的光学仪器。传统的显微镜光学系统主要包括物镜、目镜、反光镜、聚光器、柯勒照明系统、滤光器、盖玻片和载玻片等，对于数码显微镜还包括数码相机或数码摄像头。

典型的全自动光学显微镜系统都是在数码显微镜的光学系统和照明系统上增加XYZ三个直线运动装置，在控制系统或者PC机的控制下，载物台可以根据指令控制玻片在XY平面内水平移动，同时根据控制指令载物台和玻片还可以沿Z轴上下移动。

传统的显微镜光学系统比较复杂，照明光路系统的调整复杂，包括：照明光源灯室在显微外的初步调整、光源发光体即灯丝在显微镜内位置的检验和校正、柯勒照明系统的调整等。

传统的显微镜复杂的光学系统，导致了固定与调节光学系统的机械装置也比较复杂。除了镜座、镜臂、载物台、镜筒、物镜转换器、与调焦装置等部件，还要有安装卤素灯泡灯室机构、视场光阑调节机构、聚光镜高度及对中调节机构、孔径光阑调节机构等。

因此，基于传统的显微镜的结构和原理进行设计的全自动光学显微镜系统，继承了传统显微镜光学系统比较复杂、照明光路系统的调整复杂、机械装置复杂等缺点。

此外，柯勒照明系统和聚光器提供的亮度不能满足配置了高速数码相机的数码显微镜系统对光源亮度的需求，会造成数码相机采集的图像亮度较暗，高速动态的图像采集过程会被光线亮度噪声显著影响，色彩还原度差，不利于高速自动聚焦系统的实现。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种自动光学显微镜系统，采用基于点光源照明系统的光学显微镜原理对全自动光学显微镜进行设计，简化光学显微镜整体结构，并且满足数码相机对光源亮度的要求，有利于高速自动聚焦系统的实现。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供的自动光学显微镜系统，包括显微镜本体、Z轴调整机构、载物台、驱动及控制系统，还包括安装在显微镜镜架上的数码相机，以及位于显微镜镜架外的PC机；所述显微镜本体包括目镜、物镜、点光源，所述目镜和物镜分别设于所述显微镜镜架顶端的上下两面，所述点光源设于所述载物台的底面，所述物镜的中心和点光源的中心位于同一垂直线上；所述Z轴调整机构设于所述显微镜镜架的中段，并与所述载物台连接；所述载物台包括由下至上依次顺序连接的XY固定平台、Y轴运动平台和X轴运动平台。

所述Z轴调整机构包括Z轴电机、联轴器和LM滚动导轨智能组合单元，所述Z轴电机的旋转轴、联轴器和LM滚动导轨智能组合单元的滚珠丝杠同轴设置。

所述LM滚动导轨智能组合单元的外侧轨道采用高刚性的U字形断面，内滑块为两侧面LM导轨部和滚珠丝杠一体式构造。

所述Y轴运动平台设于所述XY固定平台顶面安装的Y轴工字型导轨上，所述Y轴运动平台与Y轴滚珠丝杠、Y轴联轴器和Y轴电机依次顺序连接。

所述X轴运动平台设于所述Y轴运动平台顶面安装的X轴工字型导轨上，所述X轴运动平台与X轴滚珠丝杠、X轴联轴器和X轴电机依次顺序连接。

所述自动光学显微镜系统还包括玻片盒，所述玻片盒设于所述X轴运动平台顶面开设的第一凹槽内，所述玻片盒与第一凹槽相匹配，并可沿所述第一凹槽内壁进行往复运动。

所述自动光学显微镜系统还包括柱塞机构，所述柱塞机构与玻片盒连接，用于压紧所述玻片盒。

所述玻片盒包括玻片，所述玻片通过设于其上并依次顺序连接的压片弹簧片、铆钉、弹簧、压条和卡爪安装在所述玻片盒表面开设的第二凹槽内，所述压条设于所述第二凹槽的两端，所述卡爪绕卡爪转轴卡住压条。

所述驱动及控制系统一端通过第一控制线路与点光源、X轴电机、Y轴电机和Z轴电机连接，另一端通过第二控制线路与PC机连接，所述数码相机通过USB3.0线缆与PC机连接。

所述驱动及控制系统包括点光源亮度控制器、Z轴电机驱动器、Y轴电机驱动器、X轴电机驱动器和电源模块。

采用上述技术方案的自动光学显微镜系统，降低了全自动光学显微镜的结构复杂性，提高了机械可靠性，基于点光源的照明系统可以满足数码相机对光源亮度的要求，有利于高速自动聚焦系统的实现，玻片盒系统可以保证玻片始终处于压紧状态，并且更换玻片比较方便。

综上所述，本实用新型是一种自动光学显微镜系统，采用基于点光源照明系统的光学显微镜原理对全自动光学显微镜进行设计，简化光学显微镜整体结构，并且满足数码相机对光源亮度的要求，有利于高速自动聚焦系统的实现。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2是载物台的结构示意图。

图3是玻片盒的结构示意图。

图4是玻片压紧的原理结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，进一步详细说明本专利的具体实施方式。

参见图1至图4，自动光学显微镜系统，包括显微镜本体、Z轴调整机构、载物台3、驱动及控制系统，还包括安装在显微镜镜架6上的数码相机7，以及位于显微镜镜架6外的PC机；显微镜本体包括目镜1、物镜2、点光源3，目镜1和物镜2分别设于显微镜镜架6顶端的上下两面，点光源4设于载物台3的底面，物镜2的中心和点光源4的中心位于同一垂直线上；Z轴调整机构设于显微镜镜架6的中段，并与载物台3连接；载物台3包括由下至上依次顺序连接的XY固定平台12、Y轴运动平台14和X轴运动平台16。采用基于点光源照明系统的光学显微镜原理对全自动光学显微镜进行设计，简化了光学显微镜整体结构，并且可以满足数码相机对光源亮度的要求，有利于高速自动聚焦系统的实现。

具体地，Z轴调整机构包括Z轴电机8、联轴器9和LM滚动导轨智能组合单元10，Z轴电机8的旋转轴、联轴器9和LM滚动导轨智能组合单元10的滚珠丝杠同轴设置。Z轴电机8的旋转轴带动联轴器9和LM滚动导轨智能组合单元10的滚珠丝杠运动，同轴设置保证了与Z轴调整机构连接的载物台3在垂直方向上运行平稳，能很方便的调节载物台3的高度。

具体地，LM滚动导轨智能组合单元10的外侧轨道采用高刚性的U字形断面，内滑块为两侧面LM导轨部和滚珠丝杠一体式构造。以最小的空间，实现了高刚性、高精度的引动器功能，用LM滚动导轨智能组合单元10代替传统的滚珠丝杠加导轨的机构实现Z轴直线运动机构，可以保证高刚性和高精度，同时还可以大幅度减少机械设计和组装所需的工时，从而降低整体成本。

具体地，Y轴运动平台14设于XY固定平台12顶面安装的Y轴工字型导轨13上，Y轴运动平台14与Y轴滚珠丝杠、Y轴联轴器和Y轴电机依次顺序连接，实现Y轴运动平台14在XY固定平台12上的直线运动控制。

具体地，X轴运动平台16设于Y轴运动平台14顶面安装的X轴工字型导轨15上，X轴运动平台16与X轴滚珠丝杠、X轴联轴器和X轴电机依次顺序连接，实现了X轴运动平台16在Y轴运动运动14平台上的直线运动控制。

进一步地，新型自动光学显微镜系统还包括玻片盒17，玻片盒17设于X轴运动平台16顶面开设的第一凹槽24内，玻片盒17与第一凹槽24相匹配，并可沿第一凹槽24内壁进行往复运动。如图2中双向箭头所示，玻片盒17通过抽拉的方式实现与载物台3中X轴运动平台16之间的固定和分离操作。

进一步地，新型自动光学显微镜系统还包括柱塞机构，柱塞机构与玻片盒连接，用于压紧玻片盒。优选的，柱塞机构可为柱塞气缸，当玻片盒17插入载物台3中X轴运动平台16后，通过柱塞气缸压紧玻片盒17，实现玻片盒17与X轴运动平台16之间保持相对静止的状态。优选的，柱塞机构可为弹簧球头柱塞，当玻片盒17插入载物台3中X轴运动平台16后，通过弹簧球头柱塞压紧玻片盒17，实现玻片盒17与X轴运动平台16之间保持相对静止的状态。

具体地，玻片盒17包括玻片19，玻片19通过设于其上并依次顺序连接的压片弹簧片18、铆钉22、弹簧23、压条20和卡爪21安装在玻片盒17表面开设的第二凹槽25内，压条20设于第二凹槽25的两端，卡爪21绕卡爪转轴26卡住压条20。如图3所示，卡爪21和压条4都可绕固定的卡爪转轴26转动，当按照图3中右侧箭头所示方向搬动卡爪21后，压条20会在弹簧23的弹簧力的作用下弹起来，此时，可将压条20按照图3中左侧箭头所示的方向打开，然后就可以将玻片19从玻片盒17中取出来。玻片19一端由压片弹簧片18压住，另外一端由弹簧23和铆钉22压住，玻片的两段均是依靠弹簧23和压片弹簧片18的弹力将玻片固定在玻片盒17上，可保证载物台3在运动的过程中，玻片19相对于玻片盒17保持相对静止状态。如图4所示，卡爪21受到来自于压条20下面弹簧23的向上的弹力为F，其作用点与卡爪转轴26中心之间的距离为d，卡爪21受到的力矩为M＝F*d，力矩方向如图4中的箭头所示。从图4中可以看出，当卡爪21将压条20卡住时，由弹簧23所产生的力矩M会将卡爪21保持在具有向左运动的局势，不会使得卡爪21向右方向移动，即，卡爪21处于锁止状态，因此，可以保证压条20始终将玻片19压紧，不会松动。

具体地，驱动及控制系统一端通过第一控制线路5与点光源4、X轴电机、Y轴电机和Z轴电机8连接，另一端通过第二控制线路11与PC机连接，数码相机7通过USB3.0线缆与PC机连接，实现图像的采集功能。

如图1所示，驱动及控制系统包括点光源亮度控制器、Z轴电机驱动器、Y轴电机驱动器、X轴电机驱动器和电源模块。具体地，点光源亮度控制器、Z轴电机驱动器、Y轴电机驱动器和X轴电机驱动器均与电源模块连接，点光源亮度控制器与点光源4连接，Z轴电机驱动器与Z轴电机8连接，Y轴电机驱动器与Y轴电机连接，X轴电机驱动器与X轴电机连接，PC机通过第二控制线路与驱动及控制系统连接。

参见图1至图4，自动光学显微镜系统采用点光源4，物镜2和点光源4同轴设置，简化了光学显微镜整体结构，满足数码相机对光源亮度的要求，有利于高速自动聚焦系统的实现；LM滚动导轨智能组合单元10以最小的空间，实现了高刚性、高精度的引导其功能，用LM滚动导轨智能组合单元10代替传统的滚珠丝杠加导轨的机构实现了Z轴直线运动机构；Y轴滚珠丝杠实现Y轴运动平台14在XY固定平台12上的Y轴方向上的直线运动控制；X轴滚珠丝杠实现X轴运动平台16在Y轴运动平台14上的X轴方向上的直线运动控制；玻片盒17通过抽拉的方式实现与载物台3的固定和分离操作，通过弹簧球头柱塞实现其与X轴运动平台16之间保持相对静止，玻片19的两端分别有压片弹簧片18和弹簧23压住，实现玻片19随载物台3运动的过程中，玻片19相对于玻片盒17保持相对静止状态。

本实用新型的优点和积极效果：

1、基于点光源4的照明系统可以满足数码相机7对光源亮度的要求，有利于高速自动聚焦系统的实现；

2、降低了全自动光学显微镜的结构复杂性，提高了机械可靠性；

2、玻片盒17可以保证玻片19始终处于压紧状态，并且方便更换玻片19。