[發(fā)明專利]一種光學(xué)成像系統(tǒng)的熱膨脹補(bǔ)償裝置和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210486257.3
• 申請(qǐng)日: 2012-11-26
• 公開（公告）號(hào): CN102981259A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊洪武;牛振興;沈繼楠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長春迪瑞醫(yī)療科技股份有限公司
• 主分類號(hào): G02B21/00
• 分類號(hào): G02B21/00;G02B21/24
• 代理公司: 吉林長春新紀(jì)元專利代理有限責(zé)任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種醫(yī)學(xué)體外診斷所使用顯微圖像拍攝系統(tǒng)的熱膨脹補(bǔ)償裝置和方法。

背景技術(shù)

顯微成像裝置在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)領(lǐng)域有著至關(guān)重要的作用，由于顯微物鏡自身的特性，其景深非常小，在微米量級(jí)，而且隨著放大倍數(shù)的增加，景深逐漸減小，例如ZEISS?EC?Epiplan-Neofluar系列物鏡，10倍放大，景深4.4微米；20倍放大，景深只有1.1微米；50倍放大，景深只有0.43微米。

固定顯微鏡和成像目標(biāo)的架體都是金屬結(jié)構(gòu)，金屬會(huì)發(fā)生線性熱膨脹，大部分金屬的線性熱膨脹系數(shù)也在微米量級(jí)，如果環(huán)境溫度發(fā)生變化，顯微物鏡和成像目標(biāo)的位置都會(huì)發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，使原本處在顯微物鏡焦點(diǎn)位置的成像目標(biāo)，移動(dòng)到了顯微物鏡的景深范圍以外，導(dǎo)致成像不清晰。

對(duì)于手動(dòng)調(diào)節(jié)的顯微鏡，即使存在溫度變化引起的物鏡與成像目標(biāo)的位置移動(dòng)，也由于有人隨時(shí)調(diào)節(jié)焦距，而體現(xiàn)不出來；但是對(duì)于全自動(dòng)的顯微成像分析系統(tǒng)，不能隨時(shí)調(diào)節(jié)焦距，所以使樣本保持在顯微物鏡景深范圍內(nèi)的溫度補(bǔ)償技術(shù)就顯得非常重要。

目前廣泛采用的光學(xué)系統(tǒng)的溫度補(bǔ)償技術(shù)多用于溫度對(duì)光學(xué)系統(tǒng)影響較大的情況，如航天器上所用光學(xué)系統(tǒng)、紅外光學(xué)系統(tǒng)，分為光學(xué)補(bǔ)償和機(jī)械補(bǔ)償兩類。光學(xué)補(bǔ)償是利用不同玻璃材料折射率隨溫度變化的不同實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，機(jī)械補(bǔ)償是通過位移傳感器、高精度馬達(dá)等機(jī)械結(jié)構(gòu)移動(dòng)特定光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。光學(xué)補(bǔ)償技術(shù)需在設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮鏡片材料的選擇，通過不同鏡片材料的選擇，使物鏡的焦距隨溫度變化與物鏡和成像目標(biāo)的相對(duì)距離隨溫度的變化相一致，從而達(dá)到補(bǔ)償目的，主要應(yīng)用在熱輻射很大的紅外成像系統(tǒng)。機(jī)械補(bǔ)償技術(shù)需要在光學(xué)系統(tǒng)中加入位置傳感器、高精度馬達(dá)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，當(dāng)溫度變化導(dǎo)致物鏡和成像目標(biāo)的相對(duì)距離變化時(shí)，位置傳感器會(huì)檢測到位置變化，從而另高精密度馬達(dá)驅(qū)動(dòng)特定的光學(xué)元件運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。機(jī)械補(bǔ)償技術(shù)會(huì)使光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整體復(fù)雜化，同時(shí)對(duì)軟件、控制、圖像處理等方面都會(huì)有較高要求，成本也居高不下，維護(hù)不方便，而且通常只在高端產(chǎn)品上采用。

如日本公開專利申請(qǐng)?zhí)朒SO?60-194416中所公開的鏡筒，首先檢測出溫度變化導(dǎo)致沿光軸方向的膨脹和收縮，再通過機(jī)械結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)透鏡移動(dòng)，來消除溫度的影響，這種裝置既包括檢測系統(tǒng)，又包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。

如日本公開專利申請(qǐng)?zhí)朒EI?8-15595中所公開的裝置中，一根同樣材質(zhì)的長桿隨溫度變化沿光軸方向伸長和收縮，再利用杠桿把長桿的運(yùn)動(dòng)傳到一個(gè)臂上，來改變透鏡的位置，從而對(duì)溫度的影響進(jìn)行補(bǔ)償，這種通過杠桿傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)，使整體變得很復(fù)雜。

以上的補(bǔ)償方法都是移動(dòng)某一透鏡，?而且都使用同一種材質(zhì)的機(jī)械材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種光學(xué)成像系統(tǒng)的熱膨脹補(bǔ)償裝置和方法，使用多個(gè)不同熱膨脹率的材料對(duì)光學(xué)系統(tǒng)中物鏡與成像目標(biāo)之間的距離變化量進(jìn)行補(bǔ)償。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：成像目標(biāo)載臺(tái)通過一根連接桿與顯微成像系統(tǒng)的固定架體固定連接，物鏡與該固定架體固定連接，該連接桿與光軸平行，所述連接桿由2~3段不同熱膨脹率的材料連接而成。

本發(fā)明一種實(shí)施方式是：所述連接桿由3段不同熱膨脹率的材料連接而成時(shí)，中間材料的熱膨脹系數(shù)值處在兩端材料的熱膨脹系數(shù)值之間，中間材料區(qū)段的長度????????????????????????????????????????????????，其中，是該中間材料區(qū)段的兩端中一材料的長度、?是兩端中另一材料的長度。

本發(fā)明一種光學(xué)成像系統(tǒng)的熱膨脹補(bǔ)償方法，包括下列步驟：

顯微成像系統(tǒng)的物鏡直接固定在固定架體上，成像目標(biāo)載臺(tái)使用一根與光軸相平行的連接桿固定到固定架體上，該連接桿由2~3段不同熱膨脹率的材料相連接而成，其一端連接成像目標(biāo)，另一端通過聚焦機(jī)構(gòu)連接固定架體。

本發(fā)明所述的一種光學(xué)成像系統(tǒng)的熱膨脹補(bǔ)償方法，當(dāng)連接桿由2段不同熱膨脹率的材料相連接而成時(shí)：

；

；

式中，是第一材料的長度，是第一材料的熱膨脹系數(shù)，是第二材料的長度，是第二材料的熱膨脹系數(shù)，連接桿長度是；為顯微成像系統(tǒng)本身的線性熱膨脹系數(shù)，為顯微成像系統(tǒng)本身的長度；

當(dāng)連接桿由3段不同熱膨脹率的材料相連接而成時(shí)：

?

???

?

?式中，是第一材料的長度，是第一材料的熱膨脹系數(shù)，是第二材料的長度，是第二材料的熱膨脹系數(shù)，是第三材料的長度，是第三材料的熱膨脹系數(shù)，連接桿長度是,、、中至少有一個(gè)大于等效熱膨脹系數(shù)，而且至少有一個(gè)小于。