显微镜自动对焦装置的制作方法

1.本发明涉及显微镜技术，尤其是涉及一种显微镜自动对焦装置。


背景技术：

2.显微镜是一种常用的体外诊断检测设备，用于放大观察临床上患者体液（如白带、血液、尿液和痰液等）中的细胞、细菌和菌丝等，为临床诊断提供依据。
3.传统显微镜镜检需要人工检测，即人工操作显微镜进行图像分析判断，然而每个样本玻片均需要多次对焦和拍照比对，操作繁琐，耗时较长，且在处理多个不同玻片时容易出现混淆现象，导致样本之间出现交叉污染，影响临床诊断结果的准确性。
4.为解决上述问题，目前市场上也出现了全自动显微镜，其采用集散控制技术和模块化嵌入式结构，实现载物台xyz三轴控制及光源明亮度的自动调节，并通过软件实现全景自动扫描、自动拼图和自动回位等。现有全自动显微镜实现了自动对焦和自动拍照，提高了玻片的检测效率，但是其依然存在以下缺陷：首先，现有全自动显微镜是针对传统的标准显微镜进行改进，外形与传统标准显微镜一致，对安装位置要求较高，难以实现完全意义上的自动检测；且显微镜的自动对焦模块对内部空间要求较高，安装难度较大且无法确保校准精度；其次，现有全自动显微镜的光路大多采用垂直光路，占用空间较大，导致显微镜整体体积较大；再者，现有全自动显微镜对外界环境要求较高，当外部环境振动时将会引起玻片振动或错位，影响拍照，误判概率较大。


技术实现要素：

5.本发明目的在于提供一种显微镜自动对焦装置，该显微镜自动对焦装置不仅颠覆了传统的标准显微镜设计方式，设计更为科学合理，为实现完全意义的自动化检测打下基础，还能够实现物镜的高精度对焦，保证拍照结果的可靠性，还能够降低外界环境对玻片的影响。
6.为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：本发明所述的显微镜自动对焦装置，其特征在于：包括固定组件，具有竖向支撑单元和上安装单元，所述上安装单元水平设置在所述竖向支撑单元的上部；相机拍摄组件，设置在上安装单元；物镜组件，设置在位于所述相机拍摄组件下方的竖向支撑单元上，所述物镜组件的物镜顶部与所述相机拍摄组件连接在一起；传动机构，所述传动机构与物镜组件传动连接，以驱动物镜组件上升和下降，调整所述物镜和待检玻片之间的焦距；物镜对焦检测组件，设置在竖向支撑单元上，用于检测所述物镜的升降高度；载物组件，固定在竖向支撑单元上，且所述载物组件位于物镜组件下方；及
光源组件，设置在所述载物组件的安装腔内。
7.在本发明的优选实施方式中，所述相机拍摄组件包括水平设置的相机、水平设置的第一镜筒和固连在所述上安装单元上的第二镜筒，所述第二镜筒为90
°
转接镜筒，第二镜筒的竖连接口与所述第一镜筒固连在一起而其水平连接口与所述物镜连接在一起。
8.在本发明的优选实施方式中，所述物镜组件包括导向单元，固连在所述导向单元上的物镜安装单元和设置在所述物镜安装单元上的所述物镜。
9.在本发明的优选实施方式中，所述物镜安装单元包括固连在所述导向单元上的竖向连接件以及水平设置在所述竖向连接件上的水平安装件，所述水平安装件上具有第一安装孔，所述物镜穿设在所述第一安装孔内且与所述水平连接口同轴布设。
10.在本发明的优选实施方式中，所述物镜对焦检测组件包括固连在所述竖向连接件一侧的安装件和固连在所述竖向支撑单元上的安装座，所述安装件上设置有竖向延伸的光栅尺、磁栅尺或接触式位移传感器。更优选地，安装件上设置有光栅尺，对应地所述安装座上设置有与所述光栅尺配套的读写头。
11.在本发明的优选实施方式中，位于所述导向单元一侧的所述竖向支撑单元上设置有限位组件，所述限位组件包括安装块，所述安装块的上下两端水平延伸有一对限位头，两所述限位头上对称设置有用于限定所述竖向连接件行程的限位件。
12.在本发明的优选实施方式中，所述上安装单元的边缘处设置有零点传感器，所述物镜安装单元上设置有与所述零点传感器配套的信号板；物镜安装单元上设置有用于玻片到位信息的玻片到位传感器（优选反射式传感器，如光电开关）。
13.在本发明的优选实施方式中，所述传动机构包括设置在所述竖向支撑单元上的动力源，与所述动力源传动连接的传动组件，和与所述传动组件传动连接的升降组件，所述动力源将动力通过传动组件传递给所述升降组件，使所述物镜组件上升和下降。
14.在本发明的优选实施方式中，所述升降组件包括固连在所述传动组件上的凸轮和设置在所述物镜组件底部的凸轮随动件，所述凸轮与所述凸轮随动件上下设置且凸轮的外圈与凸轮随动件相切，凸轮随动件在凸轮转动过程中带动物镜组件上升和下降。
15.本发明的优选实施方式中，所述传动组件包括由所述动力源驱动的齿轮传动副，所述齿轮传动副的轮轴转动设置在所述竖向支撑单元上，且所述凸轮套装在所述轮轴上。其中所述齿轮传动副，包括设置在动力源动力轴上的主动齿轮和与所述主动齿轮啮合的被动齿轮，主动齿轮和被动齿轮上下间隔布设，被动齿轮的轮轴上套装有至少一个定位环，保证凸轮和被动齿轮的安装精度。
16.在本发明的优选实施方式中，所述载物组件包括载物框，所述载物框一侧固连在所述竖向支撑单元上，载物框顶部具有一具有用于放置玻片的载物台，所述光源组件设置在载物框内，所述光源的光源中心与所述物镜同轴线设置。
17.本发明优点在于结构紧凑，颠覆了传统标准显微镜的设计方式，设计更为科学合理，结构更加紧凑，便于与实现自动取放玻片的装置对接安装，为实现完全意义上的自动检测打下基础。具体优点如下：本发明所述相机拍摄组件的第一镜筒水平设置，第二镜筒为90
°
转接镜筒，使得相机的拍摄光路为l形，结构紧凑，设计合理，使本发明的整体高度大大降低，便于安装、维修和更换。
18.本发明的物镜组件、载物组件和光源组件同轴设置在立板上且相机拍摄组件设置在上安装板上，颠覆了传统标准显微镜的结构设计，设计更加合理，结构更加紧凑，且传动机构设置在位于载物组件和载物组件之间，结构紧凑，能够与玻片的送片和退片装置匹配，为实现玻片的完全自动化镜检打下基础。
19.本发明的传动组件为齿轮传动副，升降组件为凸轮和凸轮随动器，占用空间较小，便于安装，且能够保证物镜的运动精度，进而实现物镜的高精度调整。本发明的减震单元能够削弱外部振动对载物台和物镜的影响，提高了玻片的稳定性，进一步保证拍照清晰度。
20.本发明利用读写头实时读取光栅尺上的高度信息，光栅尺实时反馈物镜的高度位置信息，进而精准掌握物镜的对焦情况；上安装单元上的玻片到位传感器能够监控载物台上玻片到位情况并及时反馈信息，零点传感器能够监控物镜每检测一个玻片后是否复位至最高零点位置，进一步保证对焦精度。
附图说明
21.图1是本发明的结构示意图。
22.图2是本发明的轴测图。
23.图3是本发明所述传动机构与物镜组件的结构示意图。
24.图4是本发明所述物镜组件的结构示意图。
25.图5是本发明所述物镜组件的轴测图。
26.图6是本发明所述传动组件与凸轮的安装状态图。
27.图7是图6的剖视图（略去安装框）。
28.图8是本发明所述物镜对焦检测组件的分解图（略去光栅尺）。
29.图9是本发明所述载物框的结构示意图。
30.图10是本发明所述玻片到位传感器的安装位置图。
31.图11是本发明所述的光源组件的结构示意图。
具体实施方式
32.下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
33.如图1-11所示，本发明所述的显微镜自动对焦装置，包括固定组件，具有竖向支撑单元和水平设置在竖向支撑单元上的上安装单元；相机拍摄组件，设置在上安装单元上；物镜组件，设置在位于相机拍摄组件下方的竖向支撑单元上，物镜组件的物镜竖直设置，且物镜顶部与相机拍摄组件的第二镜筒203连接在一起；传动机构，传动机构与物镜组件传动连接，以驱动物镜组件上升和下降，实现物镜焦距的调整；物镜对焦检测组件，设置在竖向支撑单元上，用于检测物镜的升降高度；载物组件，固连在竖向支撑单元上，载物组件位于物镜组件下方；以及光源组件，设置在载物组件内，且光源组件的光源与物镜同轴线布设；
其中，在检测（即读取玻片上的信息）时，传动机构驱动物镜组件自动下降，同时物镜组件实时检测物镜的下降高度，物镜开始对焦，对焦完成后相机拍摄组件拍摄玻片上待检样本中目标物的放大图片并录取视频，传动机构反方向转动使物镜组件上升复位。
34.如图1-2所示，固定组件还包括下安装单元和设置在下安装单元底部的减震单元，减震单元包括基座101和多个设置在基座101上的减震件（减震件优选具有螺纹孔的减震座102）；下安装单元为水平设置的下安装板103，下安装板103上开设有与减震座102上下一一对应的安装孔，下安装板103通过螺栓与减震座102固连在一起，克服了外部环境（如振动）对玻片的干扰，提高了玻片的稳定性；竖向支撑单元为竖直设置在下底座一边缘处的立板104，上安装单元为水平设置在立板104顶部的上安装板105（利用螺钉将上安装板105与立板104固连在一起，当然也可以采用焊接方式、粘接等方式将上安装板105和立板104固连在一起），上安装板105和下安装板103上下对应，上安装板105上开设有与物镜配合的安装通孔106，以便于将物镜305和相机拍摄组件连接在一起。
35.如图1-2所示，相机拍摄组件包括水平设置的相机201、水平设置的第一镜筒202和固连在上安装板105上的第二镜筒203，第一镜筒202的一端与相机201固连在一起；第二镜筒203为具有竖连接口和水平连接口的90
°
转接镜筒（其为直角形三棱柱结构），第二镜筒203的竖连接口与第一镜筒202的另一端固连在一起而其水平连接口与物镜连接在一起，相机201的光路经第二镜筒203的斜面反射后垂直于玻片，以满足玻片的拍照需求；同时相机拍摄组件设置在上安装板105上，拆卸简单方便，便于维修和更换。
36.如图1所示，物镜组件包括导向单元，固连在导向单元上的物镜安装单元和物镜305，导向单元能够保证物镜安装单元的运动轨迹。具体如下：如图10所示，导向单元包括固连在立板104上的第一导向件301和沿第一导向件301上下滑动的第二导向件302，第一导向件301为具有凸块的导向块，第二导向件302均具有导向槽的导向块，第二导向件302的导向槽与第一导向件301的凸块卡装在一起，运动精度高，确保物镜305始终在竖直方向上运动，进一步保证物镜的运动轨迹；如图4-5所示，物镜安装单元包括固连在第二导向件302的竖向连接件（即竖向连接块303）以及水平设置在竖向连接块303上的水平安装块304，水平安装块304上开设有与第二镜筒203的水平连接口同中心的第一安装孔，物镜305上套装有防尘套306（防尘套与物镜螺纹连接），物镜305穿设在第一安装孔内，防尘套306通过螺钉固连在水平安装块304上，且物镜305的顶部插入上方的第二镜筒203内，实现物镜的安装。
37.如图5所示，为保证物镜安装单元的结构稳定性，水平安装块304和竖向连接块303之间设置有呈三角形结构的加强筋板307。
38.如图2所示，传动机构包括设置在立板104上的动力源（动力源为电机401，且优选步进电机401），与电机401传动连接的传动组件，和与传动组件传动连接的升降组件，电机401通过传动组件传递给升降组件，使物镜组件上升和下降。
39.如图3、6-7所示，传动组件包括由电机401驱动的齿轮传动副，其包括套装在电机轴上的主动齿轮402和与主动齿轮402啮合的被动齿轮403；位于电机401上方的立板104上通过定位插销固定连接有安装框404，被动齿轮403的轮轴分别通过第一轴承405、第二轴承
406（第一轴承405和第二轴承406均为法兰轴承）转动设置在安装框404上，被动齿轮403位于安装框404内；如图3所示，升降组件包括套装在轮轴上的凸轮407（凸轮407一端面与被动齿轮403贴合，凸轮407和被动齿轮403均通过平键安装在轮轴上）和设置在竖向连接块303顶部的凸轮随动件（即凸轮随动器408），凸轮407与凸轮随动器408上下设置且凸轮407的外周与凸轮随动器408相切，确保凸轮407在转动过程中始终与凸轮随动器408接触，以实现物镜组件稳定上升和下降。
40.如图6-7所示，为保证安装精度，在位于被动齿轮403和第一轴承405之间的轮轴套装有第一定位环409，在位于凸轮407和第二轴承406之间的轮轴上套装有第二定位环410，防止凸轮407和被动齿轮403出现轴向串动而影响精度。
41.工作时，启动电机401，电机401工作并通过主动齿轮402带动被动齿轮403和凸轮407转动，当凸轮407的凸起端转动至上方时凸轮407向上顶升凸轮随动器408和物镜组件同步上升；当凸轮407的凸起端逐渐驶离正上方时凸轮随动器408和物镜组件随凸轮407下降，实现了物镜高度的调整，以便于实现自动对焦。本发明利用电机401、齿轮传动副和凸轮407带动物镜组件上升和下降，结构紧凑，占用空间较小且传动精度高。
42.如图3所示，为保证物镜的升降行程，位于第一导向件301一侧的立板104上设置有限位组件，限位组件包括竖向设置的安装块501，安装块501的上下两端水平延伸有一对限位头，每个限位头上设置有限位螺钉502，竖向连接块303的侧边设置有与限位头配合的限位块503，限位块503的上表面和下表面与限位螺钉502相配合。当物镜上升至最高位时，限位块503的上表面顶在上方的限位螺钉502；当物镜下降至最低位时，限位块503的下表面顶在下方的限位螺钉502，对物镜升降行程进行限位。
43.如图3所示，限位块503的外表面设置有具有安装孔的上安装头504，安装块501下端的限位头上设置有具有安装孔的下安装头505，上安装头504和下安装头505之间连接有弹性件506（可以是弹簧支柱，也可以是拉伸弹簧），有效确保在凸轮407转动过程中，凸轮407的外周始终与凸轮随动器408相切，进一步保证运动精度。
44.物镜组件一侧的立板104上设置有物镜对焦检测组件，用于实时检测物镜上升高度和下降高度，以实现高精度对焦。如图1、5和8所示，物镜对焦检测组件包括固连在竖向连接块303一侧的安装件（即固定板601，设置在与限位块503相对的竖向连接块303的另一侧边）和通过定位销定位安装在立板104上的安装座602，固定板601上开设有竖向延伸的安装槽，安装槽内粘接有光栅尺603（当然在实际安装时，光栅尺603还可替换为磁栅尺或接触式位移传感器），光栅尺603的上下两端通过压板和螺钉锁紧，防止光栅尺603翘起而影响对焦精度；安装座602为l形结构，安装座602的一侧面具有与定位销一一配合的定位孔，进而将安装座602固定插装在定位销上；安装座602的另一侧设置有用于读取光栅尺603信息的读写头604，靠近读写头604的安装座602边缘处通过螺钉固定有用于保护读写头604的保护板605。
45.如图3、10所示，上安装板105的一侧边设置有零点传感器701，水平安装块304的边缘处对应设置有信号板702，信号板702随物镜组件升降，当信号板702向上移动至零点传感器701的凹槽内时，零点传感器701检测到信号板702的信号并传输至控制系统，控制系统控制电机401停止转动，物镜处于零点位置；与零点传感器701相对的上安装板105的另一边缘
向下设置有呈l形结构的安装架703，安装架703的水平段位于载物台802的正上方，水平段的中心位置处设置有用于检测玻片到位信息的玻片到位传感器704（玻片到位传感器704优选反射式传感器，如光电开关），玻片到位传感器704将检测到的信号传输至控制系统，控制系统对该信号进行处理并控制电机401的气动，调整物镜的高度，实现对焦，确保清晰拍照。
46.如图9所示，物镜组件的下方设置有载物组件，载物组件包括一侧固连在立板104上的载物框801，载物框801的安装侧框为折线结构，上部的倾斜部为避让传动组件，确保传动组件的安装空间；安装侧框下部的竖直部定位插装在立板上的定位插销内，实现载物框801的固定安装；如图1、10、11所示，载物框801的顶部具有用于卡装玻片的载物台802，载物框801具有与物镜305同中轴线的通孔；光源组件包括固连在载物框801顶部的底安装板901和竖向设置在底安装板901上的光源902，光源902设置在通孔内且其上顶部的光源部向上延伸至载物框801的上部，为载物台802上的玻片提供光源，确保清晰拍摄。
47.本发明的工作过程和原理简述如下：当玻片到位传感器704检测到载物台802上玻片到位信息时，玻片到位传感器704将检测到的玻片到位信号传输至控制系统，控制系统接收玻片到位信号后向电机401发出动作指令，电机401通过齿轮传动副和凸轮407带动物镜最高点下降至home位，在下降过程中读写头604读取光栅尺603上的信息，当读写头604读取的光栅尺603信息与home位对应的高度一致时，物镜下降到位；然后电机401通过齿轮传动副和凸轮407、凸轮随动器408带动物镜组件上升，物镜开始对焦，在对焦过程中相机201拍摄图片并将图片传输至控制系统，控制系统对图片进行分析判断找处最清晰的图片以确定最清晰对焦面，相机201在拍摄该焦面下的图片并录取视频后，控制系统控制电机401使物镜上升复位至零点，将检测后的玻片取下，以便于检测其它待检测的玻片。
48.需要说明的是，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后
……
）仅用于解释在某一特定姿态（如附图1所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
49.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“a和/或b为例”，包括a方案，或b方案，或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。