基于顯微鏡的數(shù)字切片掃描激光聚焦裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型的基于顯微鏡的數(shù)字切片掃描激光聚焦裝置，包括顯微鏡，顯微鏡上安裝有調(diào)焦旋鈕和目鏡；自動(dòng)載物平臺(tái)，可拆卸地安裝于顯微鏡上，用于沿X軸、Y軸和Z軸方向移動(dòng)，自動(dòng)載物平臺(tái)上安裝有X軸電機(jī)和Y軸電機(jī)；自動(dòng)聚焦裝置，包括Z軸電機(jī)，Z軸電機(jī)與調(diào)焦旋鈕相連；三軸運(yùn)動(dòng)控制器，與X軸電機(jī)、Y軸電機(jī)和Z軸電機(jī)均相連；激光測(cè)距儀，安裝于目鏡的一側(cè)，與自動(dòng)聚焦裝置相連；計(jì)算機(jī)，與三軸運(yùn)動(dòng)控制器相連。本實(shí)用新型采用高精度自動(dòng)載物平臺(tái)，由計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，控制自動(dòng)載物平臺(tái)進(jìn)行X軸、Y軸和Z軸方向上的移動(dòng)；具有激光測(cè)距儀，可測(cè)得目鏡與切片玻片之間的距離，控制自動(dòng)載物平臺(tái)調(diào)整焦距，在最短聚焦時(shí)間內(nèi)達(dá)到最佳聚焦效果。
【專利說明】基于顯微鏡的數(shù)字切片掃描激光聚焦裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及數(shù)字切片聚焦裝置，尤其涉及一種基于顯微鏡的數(shù)字切片掃描激光聚焦裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)字切片成像過程中，聚焦是一個(gè)非常關(guān)鍵的步驟，聚焦效果直接影響圖像成像的清晰度，直接影響數(shù)字切片的掃描質(zhì)量。
[0003]傳統(tǒng)的顯微鏡自動(dòng)聚焦方法主要采用爬坡函數(shù)搜索當(dāng)前視場(chǎng)的最佳聚焦，通?；谝粋€(gè)視場(chǎng)不同Z軸位置抓取若干幅圖像，再計(jì)算這些若干幅不同Z層面圖像的圖像清晰度，最大的圖像清晰度對(duì)應(yīng)的那幅圖像的平面就是最佳聚焦面。這種方法簡(jiǎn)單有效，能得到每個(gè)視場(chǎng)的最佳聚焦圖像。但缺點(diǎn)是速度慢，一般要抓取至少3幅圖像，有時(shí)甚至需抓取6到10幅圖像或更多。
[0004]為了提高掃描速度，基于圖像處理技術(shù)與智能分析技術(shù)的聚焦方法得到應(yīng)用，t匕如根據(jù)切片表面的組織凸凹建立切片表面聚焦數(shù)學(xué)模型從而直接預(yù)測(cè)聚焦平面，但如果切片表面復(fù)雜，或掃描中機(jī)械振動(dòng)等各種因素導(dǎo)致硬件環(huán)境的稍許變化，都會(huì)影響該數(shù)學(xué)模型與實(shí)際情況的匹配誤差，導(dǎo)致估計(jì)的聚焦面出現(xiàn)誤差。
[0005]這些非主動(dòng)式的測(cè)距聚焦方式在許多需要快速掃描得到數(shù)字切片并且保證數(shù)字切片質(zhì)量的的場(chǎng)合不被接受。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]為解決以上問題，本實(shí)用新型提供了一種高效精確的基于顯微鏡的數(shù)字切片掃描激光聚焦裝置。
[0007]本實(shí)用新型提供的基于顯微鏡的數(shù)字切片掃描激光聚焦裝置，包括:
[0008]顯微鏡，該顯微鏡上安裝有調(diào)焦旋鈕和目鏡；
[0009]自動(dòng)載物平臺(tái)，可拆卸地安裝于顯微鏡上，用于沿X軸、Y軸和Z軸方向移動(dòng)，該自動(dòng)載物平臺(tái)上安裝有X軸電機(jī)和γ軸電機(jī)；
[0010]自動(dòng)聚焦裝置，包括Z軸電機(jī),該Z軸電機(jī)與調(diào)焦旋鈕相連；
[0011]三軸運(yùn)動(dòng)控制器，與X軸電機(jī)、Y軸電機(jī)和Z軸電機(jī)均相連，用于控制X軸電機(jī)、Y軸電機(jī)和Z軸電機(jī)的運(yùn)行；
[0012]激光測(cè)距儀，安裝于目鏡的一側(cè)，發(fā)出激光，用于測(cè)量目鏡與自動(dòng)載物平臺(tái)的距離；
[0013]計(jì)算機(jī)，與三軸運(yùn)動(dòng)控制器相連。
[0014]本技術(shù)方案中自動(dòng)載物平臺(tái)的控制元件——三軸運(yùn)動(dòng)控制器與計(jì)算機(jī)相連，可由計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)的程序控制自動(dòng)載物平臺(tái)運(yùn)作，自動(dòng)載物平臺(tái)在X軸電機(jī)、Y軸電機(jī)和Z軸電機(jī)的控制下，進(jìn)行X軸、Y軸和z軸方向的移動(dòng)，對(duì)樣品玻片進(jìn)行自動(dòng)掃描。
[0015]本技術(shù)方案中激光測(cè)距儀安裝于目鏡的一側(cè)，用于測(cè)量目鏡與自動(dòng)載物平臺(tái)之間的距離S1，自動(dòng)載物平臺(tái)上放置有切片玻片后，由于玻片上表面與自動(dòng)載物平臺(tái)之間的距離固定，為S2，故可得到目鏡與玻片上表面之間的距離S，公式為S = S1-S2 ;由于激光測(cè)距儀可測(cè)得目鏡與玻片上表面之間的距離S，故可將數(shù)據(jù)S傳輸至自動(dòng)聚焦裝置，進(jìn)而通過自動(dòng)聚焦裝置的Z軸電機(jī)控制調(diào)焦旋鈕的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而控制自動(dòng)載物平臺(tái)在Z軸方向的移動(dòng)，對(duì)玻片進(jìn)行對(duì)焦，實(shí)現(xiàn)顯微鏡的自動(dòng)聚焦。
[0016]進(jìn)一步的，所述自動(dòng)載物平臺(tái)通過卡槽連接可拆卸地安裝于顯微鏡上。
[0017]本技術(shù)方案中具體描述了自動(dòng)載物平臺(tái)與三目顯微鏡的連接方式。
[0018]進(jìn)一步的，所述自動(dòng)載物平臺(tái)沿X軸、Y軸方向重復(fù)定位精度均小于1 μ m，沿Z軸方向重復(fù)定位精度小于0.1 μ m。
[0019]本技術(shù)方案中具體描述了自動(dòng)載物平臺(tái)可在電機(jī)的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)X軸、Y軸和Z軸方向的自由移動(dòng)，且X軸和Y軸移動(dòng)精度小于1 μ m，z軸移動(dòng)精度小于0.1 μ m，使顯微鏡的聚焦更為精確，更利于全面、精確地觀測(cè)視野內(nèi)的圖像。
[0020]進(jìn)一步的，所述三軸運(yùn)動(dòng)控制器與X軸電機(jī)、Y軸電機(jī)和Z軸電機(jī)均通過RS232連接線相連。
[0021]本技術(shù)方案中具體描述了三軸運(yùn)動(dòng)控制器與X軸電機(jī)、Y軸電機(jī)和Z軸電機(jī)之間的連接方式。
[0022]進(jìn)一步的，所述自動(dòng)載物平臺(tái)上固連有聚焦套筒，所述調(diào)焦旋鈕與Z軸電機(jī)通過聚焦套筒連接。
[0023]本技術(shù)方案中具體描述了調(diào)焦旋鈕與Z軸電機(jī)的連接方式，Z軸電機(jī)通過聚焦套筒控制調(diào)焦旋鈕的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)目鏡對(duì)載物臺(tái)上玻片樣本區(qū)域的自動(dòng)聚焦，保證目鏡采集的畫面清晰。
[0024]進(jìn)一步的，所述X軸電機(jī)用于控制自動(dòng)載物平臺(tái)沿X軸方向移動(dòng)，所述Y軸電機(jī)用于控制自動(dòng)載物平臺(tái)沿Y軸方向移動(dòng)，所述Z軸電機(jī)用于控制自動(dòng)載物平臺(tái)沿Z軸方向移動(dòng)。
[0025]本技術(shù)方案中具體描述了自動(dòng)載物平臺(tái)沿X軸、Y軸和Z軸方向的移動(dòng)分別是由X軸電機(jī)、Y軸電機(jī)和z軸電機(jī)控制。
[0026]進(jìn)一步的，所述自動(dòng)載物平臺(tái)沿X軸方向移動(dòng)范圍在114mm以內(nèi)，所述自動(dòng)載物平臺(tái)沿Y軸方向移動(dòng)范圍在76mm以內(nèi)。
[0027]本技術(shù)方案中具體描述了自動(dòng)載物平臺(tái)的沿X軸和Y軸方向的移動(dòng)范圍。
[0028]本實(shí)用新型的工作原理是:三軸運(yùn)動(dòng)控制器通過串口與計(jì)算機(jī)連接，獲取并接收計(jì)算機(jī)的運(yùn)動(dòng)指令；該三軸運(yùn)動(dòng)控制器連接有三個(gè)電機(jī)，通過接收到的運(yùn)動(dòng)指令分別傳遞給三個(gè)電機(jī)，以分別控制每個(gè)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；該三個(gè)電機(jī)的狀態(tài)也可以通過數(shù)據(jù)線返回給三軸運(yùn)動(dòng)控制器并通知計(jì)算機(jī)作出相應(yīng)的處理。
[0029]本實(shí)用新型的進(jìn)行激光聚焦掃描的方法步驟為:
[0030]1)在自動(dòng)載物平臺(tái)上放置待測(cè)切片玻片，并固定；
[0031]2)采用自動(dòng)聚焦算法或手動(dòng)聚焦的方法，使切片玻片上的切片處于最優(yōu)清晰狀態(tài)；
[0032]3)用激光測(cè)距儀記錄當(dāng)前切片上表面與目鏡之間的焦距，定為標(biāo)準(zhǔn)焦距；
[0033]4)通過計(jì)算機(jī)程序啟動(dòng)自動(dòng)掃描程序，發(fā)出指令至三軸運(yùn)動(dòng)控制器，由三軸運(yùn)動(dòng)控制器控制X軸電機(jī)、Y軸電機(jī)和z軸電機(jī)，進(jìn)而控制自動(dòng)載物平臺(tái)沿X軸、Y軸和Z軸方向的移動(dòng)；
[0034]5)通過激光測(cè)距儀對(duì)移動(dòng)的自動(dòng)載物平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)焦距，將得到的焦距與步驟2)中的標(biāo)準(zhǔn)焦距進(jìn)行比較后，將兩者的區(qū)別反饋至自動(dòng)聚焦裝置；
[0035]6)自動(dòng)聚焦裝置收到激光測(cè)距儀的信號(hào)，通過Z軸電機(jī)調(diào)節(jié)自動(dòng)載物平臺(tái)沿Z軸移動(dòng)，使切片位于物鏡的焦平面內(nèi)，得到最優(yōu)清晰的圖像。
[0036]本實(shí)用新型提供的基于顯微鏡的數(shù)字切片掃描激光聚焦裝置采用高精度的自動(dòng)載物平臺(tái)，可由計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，控制該自動(dòng)載物平臺(tái)進(jìn)行X軸、Y軸和Z軸方向上進(jìn)行移動(dòng)；由于具有激光測(cè)距儀，可測(cè)得目鏡與切片玻片之間的距離，進(jìn)而控制自動(dòng)載物平臺(tái)調(diào)整焦距，使掃描過程在達(dá)到最佳聚焦結(jié)果的同時(shí)使用最短聚焦時(shí)間。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖2為激光測(cè)距儀的測(cè)距原理示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0039]為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。
[0040]實(shí)施例1
[0041]如圖1和2所示，本實(shí)施例提供的是基于顯微鏡的數(shù)字切片掃描激光聚焦裝置，包括顯微鏡1、目鏡7和自動(dòng)聚焦裝置，該顯微鏡1上安裝有自動(dòng)載物平臺(tái)2和調(diào)焦旋鈕3，其中自動(dòng)載物平臺(tái)2通過卡槽連接可拆卸地安裝于顯微鏡1上，用于沿X軸、Y軸和Z軸方向移動(dòng)，且固連有聚焦套筒11，該自動(dòng)載物平臺(tái)2沿X軸、Y軸方向重復(fù)定位精度均為0.7 μ m，沿Z軸方向重復(fù)定位精度為0.07 μ m ;該自動(dòng)載物平臺(tái)2上安裝有X軸電機(jī)4和Y軸電機(jī)5 ;該自動(dòng)聚焦裝置包括Z軸電機(jī)6, Z軸電機(jī)6通過聚焦套筒11與調(diào)焦旋鈕3相連；該目鏡7 —側(cè)安裝有激光測(cè)距儀8，激光測(cè)距儀8與自動(dòng)聚焦裝置相連，用于向自動(dòng)載物平臺(tái)2方向發(fā)出激光，測(cè)量目鏡7與自動(dòng)載物平臺(tái)2的距離，并將測(cè)得的結(jié)果反饋到自動(dòng)聚焦裝置上；該乂軸電機(jī)4用于控制自動(dòng)載物平臺(tái)2沿X軸方向移動(dòng)，移動(dòng)范圍為110mm，Y軸電機(jī)5用于控制自動(dòng)載物平臺(tái)2沿Y軸方向移動(dòng)，移動(dòng)范圍為75mm，Z軸電機(jī)6用于控制自動(dòng)載物平臺(tái)2沿Z軸方向移動(dòng)；該X軸電機(jī)4、Y軸電機(jī)5和Z軸電機(jī)6均通過RS232連接線與三軸運(yùn)動(dòng)控制器9相連，用于控制X軸電機(jī)4、Y軸電機(jī)5和Z軸電機(jī)6的運(yùn)行；該三軸運(yùn)動(dòng)控制器9與計(jì)算機(jī)10相連。
[0042]激光測(cè)距儀8用于測(cè)量目鏡7與自動(dòng)載物平臺(tái)之間的距離S1，自動(dòng)載物平臺(tái)2上放置有切片的玻片12后，由于玻片12上表面與自動(dòng)載物平臺(tái)2之間的距離固定，為S2，故可得到目鏡7與玻片12上表面之間的距離S，公式為S = S1-S2 ；
[0043]本實(shí)施例提供的基于顯微鏡的數(shù)字切片掃描激光聚焦裝置采用高精度的自動(dòng)載物平臺(tái)，可由計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，控制該自動(dòng)載物平臺(tái)進(jìn)行X軸、Y軸和Z軸方向上進(jìn)行移動(dòng)；由于具有激光測(cè)距儀，可測(cè)得目鏡與切片玻片之間的距離，進(jìn)而控制自動(dòng)載物平臺(tái)調(diào)整焦距，使掃描過程在達(dá)到最佳聚焦結(jié)果的同時(shí)使用最短聚焦時(shí)間。
【權(quán)利要求】
1.基于顯微鏡的數(shù)字切片掃描激光聚焦裝置，其特征在于，包括: 顯微鏡，該顯微鏡上安裝有調(diào)焦旋鈕和目鏡； 自動(dòng)載物平臺(tái)，可拆卸地安裝于顯微鏡上，用于沿X軸、Y軸和Z軸方向移動(dòng)，該自動(dòng)載物平臺(tái)上安裝有X軸電機(jī)和Y軸電機(jī)； 自動(dòng)聚焦裝置，包括Z軸電機(jī),該Z軸電機(jī)與調(diào)焦旋鈕相連； 三軸運(yùn)動(dòng)控制器，與X軸電機(jī)、Y軸電機(jī)和Z軸電機(jī)均相連,用于控制X軸電機(jī)、Y軸電機(jī)和Z軸電機(jī)的運(yùn)行； 激光測(cè)距儀，安裝于目鏡的一側(cè)，與自動(dòng)聚焦裝置相連，用于向自動(dòng)載物平臺(tái)方向發(fā)出激光，測(cè)量目鏡與自動(dòng)載物平臺(tái)的距離； 計(jì)算機(jī)，與三軸運(yùn)動(dòng)控制器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于顯微鏡的數(shù)字切片掃描激光聚焦裝置，其特征在于:所述自動(dòng)載物平臺(tái)通過卡槽連接可拆卸地安裝于顯微鏡上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于顯微鏡的數(shù)字切片掃描激光聚焦裝置，其特征在于:所述自動(dòng)載物平臺(tái)沿X軸、Y軸方向重復(fù)定位精度均小于I μ m，沿Z軸方向重復(fù)定位精度小于0.1 μ m0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于顯微鏡的數(shù)字切片掃描激光聚焦裝置，其特征在于:所述三軸運(yùn)動(dòng)控制器與X軸電機(jī)、Y軸電機(jī)和Z軸電機(jī)均通過RS232連接線相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于顯微鏡的數(shù)字切片掃描激光聚焦裝置，其特征在于:所述自動(dòng)載物平臺(tái)上固連有聚焦套筒，所述調(diào)焦旋鈕與Z軸電機(jī)通過聚焦套筒連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于顯微鏡的數(shù)字切片掃描激光聚焦裝置，其特征在于:所述X軸電機(jī)用于控制自動(dòng)載物平臺(tái)沿X軸方向移動(dòng)，所述Y軸電機(jī)用于控制自動(dòng)載物平臺(tái)沿Y軸方向移動(dòng)，所述Z軸電機(jī)用于控制自動(dòng)載物平臺(tái)沿Z軸方向移動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于顯微鏡的數(shù)字切片掃描激光聚焦裝置，其特征在于:所述自動(dòng)載物平臺(tái)沿X軸方向移動(dòng)范圍在114mm以內(nèi)，所述自動(dòng)載物平臺(tái)沿Y軸方向移動(dòng)范圍在76mm以內(nèi)。
【文檔編號(hào)】G02B21/26GK204065545SQ201420420636
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】葉志前, 姜磊, 王鑫鑫 申請(qǐng)人:杭州卓騰信息技術(shù)有限公司