【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光学显微镜的，尤其是用于视网膜类器官成像的高分辨率光学显微镜系统。
技术介绍
1、视网膜类器官是生物干细胞在体外特定微环境下，通过自我更新、多向分化和调控得到的细胞培养物，可以模拟人体器官的基本形态、结构或功能，在生物医学研究、药物筛选测试、疾病模型构建等领域得到广泛应用，并且视网膜类器官模拟了人眼视网膜在时间和空间上的发育过程，解析人眼视网膜的基本发育机制，由于视网膜类器官尺寸微小、结构复杂、存活率低，所以监控器发育过程的方式需要采用光学显微镜，但是现有的光学显微镜中的物镜运动平台的直线运动机构，采用的是压电陶瓷马达驱动，但是压电陶瓷马达行程有限，通常仅适用在小于100μm移动范围的场景，并且压电陶瓷马达依靠粘滑原理输出的驱动力不足以平衡物镜转盘的重力，无法满足行程和负载的要求，同时在受到外界干扰的情况无法完成精准跟踪,因此急需一种克服上述缺陷的光学显微镜技术。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决上述技术的不足而设计的用于视网膜类器官成像的高分辨率光学显微镜系统，其具体结构及方式如下。
2、本专利技术所设计的用于视网膜类器官成像的高分辨率光学显微镜系统，包括：
3、第一光学输入模组，其对细微物质样本的一侧提供足够的光亮；
4、第二光学输入模组，其对细微物质样本的另一侧提供足够的光亮；
5、物镜，将被照亮的微细物质放大并清晰成像；
6、物镜运动平台，其包括平移块、丝杠、伺服电机和运动位移感应器，
7、运动控制器，其包括运动控制模型，读数头与运动控制器相连，从而根据运动控制模型与运动位移感应器相互配合而控制所述物镜运动平台的运动部作精密升降运动，以使得所述物镜在被照亮的微细物质区域范围内作升降运动，运动控制模型方程如下：
8、式一：
9、式中，z表示广义位置；表示速度；表示加速度；m(z)表示质量；c(z)表示向心科里奥利力；g(z)表示重力；ff(t)表示摩擦力；fd(t)表示滚珠丝杠内部热变形、传感器噪声和外部环境引起的干扰；u表示控制输入；
10、引入变量p和常数其关系如下：
11、式二：
12、式中，变量p是一个复杂的变量，描述了除了之外的所有系统动力学模型，包括刚体动力学、摩擦力和未知干扰，变量p可以视为系统的集总未知项；
13、将式二代入式一中，得到动力学模型为：
14、基于动力学模型非线性鲁棒运动控制器，准确跟踪期望轨迹zd；
15、自适应线性控制型滑模面设计如下：
16、式三：
17、其中，e表示位移误差；表示速度误差；表示加速度误差，分别表示为e＝zd-z，和是具有自适应规则的可变增益；
18、设计自适应律，和表示如下：
19、式四：
20、式五：
21、快速非奇异终端滑模趋近律设计如下：
22、式六：
23、控制律设计如下：
24、式七：
25、式中，通过时延估计技术实现对p的在线估计；
26、式八：
27、控制律的完整表达式如下：
28、式九：
29、将控制律式九代入动力学模型中，得到系统误差动力学方程：
30、式十：式中，
31、高分辨率相机，用于高清图像成型；
32、反射模组，实时获取被物镜放大的映像并反射至高分辨率相机中，以形成高分辨率的微细物质图像；
33、上位机，获取高分辨率的微细物质图像后作高清晰处理，并在上位机的显示屏中作清晰画面显示。
34、进一步优选，所述第一光学输入模组包括第一光源和第一凸透镜，所述第一凸透镜的凸面朝向细微物质样本的一侧面，所述第一光源位于第一凸透镜的背面，第一光源将其所发射的光源经第一凸透镜扩散后照射在细微物质样本的一侧面。
35、进一步优选，反射模组包括半反半透镜和反射镜，半反半透镜和反射镜均呈45°角倾斜设置，所述第二光学输入模组所发射的光源经半反半透镜反射后透过物镜照射在细微物质样本的另一侧面，并且物镜内的映像透过半反半透镜后再经反射镜反射至高分辨率相机中。
36、进一步优选，所述第二光学输入模组包括第二光源、第二凸透镜和第三凸透镜，所述第二凸透镜和第三凸透镜的凸面均朝向所述半反半透镜，第二光源位于第三凸透镜的背面，第二光源将其所发射的光源经第二凸透镜和第三凸透镜扩散后照射在半反半透镜上，半反半透镜将第二光源的扩散光反射至物镜内、并透过物镜照射在细微物质样本的另一侧面。
37、进一步优选，还包括套筒透镜，所述套筒透镜设置在所述反射镜与所述高分辨率相机之间，所述套筒透镜的凸面朝向反射镜设置，以使得物镜发射的映像镜反射镜反射至所述套筒镜中进行聚焦，待聚焦后反馈至高分辨率相机中而形成高分辨率的微细物质图像。
38、进一步优选，所述伺服电机通过伺服驱动器和模拟输出模块与运动控制器相连，读数头通过ttl信号转串行模块、串口通信模块和卡尔曼滤波器输入至运动控制器，运动控制器与上位机相连。
39、进一步优选，物镜运动平台还包括安装架，伺服电机安装于安装架上，所述平移块滑移式安装在所述安装架的竖直侧面上，并且丝杠与安装架的竖直侧面相互平行设置；所述平移块的另一侧面设置有感应板，所述平移块的下端安装有接近传感器，所述感应板的感应部与所述接近传感器的感应槽对应，所述接近传感器与运动控制器相连并受其控制。
40、进一步优选，所述平移块的上端固定有升降块，升降块呈水平设置，所述物镜呈竖直状固定于升降块的外侧水平面上。
41、进一步优选，安装架固定有导向板，导向板上设置有呈竖直状的滑槽，且所述滑槽内的左右相对两内侧安装有竖直滑轨，所述平移块滑动式安装于滑槽内，所述平移块的左右相对两外侧分别与两竖直滑轨滑动配合，竖直滑轨采用交叉滚子导轨；所述读数头固定于导向板上临近活动块一侧面的侧板上，感应板固定于导向板的另一侧。
42、进一步优选，伺服电机的转轴通过联轴器与丝杠的端部连接，安装架上设置有轴承座，丝杠的端部安装于轴承座的轴承内圈中。
43、本专利技术所设计的用于视网膜类器官成像的高分辨率光学显微镜系统，其有益效果如下：
44、本专利技术利用旋转电机驱动滚珠丝杠传动，依靠光栅尺和读数头构成反馈控制系统，满足行程和负载要求，但是滚珠丝杠与螺母块之间的传动间隙通过双螺母预紧消除，并且本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于视网膜类器官成像的高分辨率光学显微镜系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于视网膜类器官成像的高分辨率光学显微镜系统，其特征在于，所述第一光学输入模组包括第一光源(1)和第一凸透镜(2)，所述第一凸透镜(2)的凸面朝向细微物质样本的一侧面，所述第一光源(1)位于第一凸透镜(2)的背面，第一光源(1)将其所发射的光源经第一凸透镜(2)扩散后照射在细微物质样本的一侧面。
3.根据权利要求2所述的用于视网膜类器官成像的高分辨率光学显微镜系统，其特征在于，反射模组包括半反半透镜(5)和反射镜(9)，半反半透镜(5)和反射镜(9)均呈45°角倾斜设置，所述第二光学输入模组所发射的光源经半反半透镜(5)反射后透过物镜(3)照射在细微物质样本的另一侧面，并且物镜(3)内的映像透过半反半透镜(5)后再经反射镜(9)反射至高分辨率相机(11)中。
4.根据权利要求3所述的用于视网膜类器官成像的高分辨率光学显微镜系统，其特征在于，所述第二光学输入模组包括第二光源(6)、第二凸透镜(7)和第三凸透镜(8)，所述第二凸透镜(7)和第三凸透镜(
5.根据权利要求4所述的用于视网膜类器官成像的高分辨率光学显微镜系统，其特征在于，还包括套筒透镜(10)，所述套筒透镜(10)设置在所述反射镜(9)与所述高分辨率相机(11)之间，所述套筒透镜(10)的凸面朝向反射镜(9)设置，以使得物镜(3)发射的映像镜反射镜(9)反射至所述套筒镜中进行聚焦，待聚焦后反馈至高分辨率相机(11)中而形成高分辨率的微细物质图像。
6.根据权利要求4所述的用于视网膜类器官成像的高分辨率光学显微镜系统，其特征在于，所述伺服电机(44)通过伺服驱动器和模拟输出模块与运动控制器相连，读数头(46)通过TTL信号转串行模块、串口通信模块和卡尔曼滤波器输入至运动控制器，运动控制器与上位机(12)相连。
7.根据权利要求6所述的用于视网膜类器官成像的高分辨率光学显微镜系统，其特征在于，物镜(3)运动平台还包括安装架(41)，伺服电机(44)安装于安装架(41)上，所述平移块(43)滑移式安装在所述安装架(41)的竖直侧面上，并且丝杠(45)与安装架(41)的竖直侧面相互平行设置；所述平移块(43)的另一侧面设置有感应板(49)，所述平移块(43)的下端安装有接近传感器(48)，所述感应板(49)的感应部与所述接近传感器(48)的感应槽对应，所述接近传感器(48)与运动控制器相连并受其控制。
8.根据权利要求6所述的用于视网膜类器官成像的高分辨率光学显微镜系统，其特征在于，所述平移块(43)的上端固定有升降块(410)，升降块(410)呈水平设置，所述物镜(3)呈竖直状固定于升降块(410)的外侧水平面上。
9.根据权利要求6所述的用于视网膜类器官成像的高分辨率光学显微镜系统，其特征在于，安装架(41)固定有导向板(411)，导向板(411)上设置有呈竖直状的滑槽，且所述滑槽内的左右相对两内侧安装有竖直滑轨(412)，所述平移块(43)滑动式安装于滑槽内，所述平移块(43)的左右相对两外侧分别与两竖直滑轨(412)滑动配合，竖直滑轨(412)采用交叉滚子导轨；所述读数头(46)固定于导向板(411)上临近活动块一侧面的侧板(415)上，感应板(49)固定于导向板(411)的另一侧。
10.根据权利要求1所述的用于视网膜类器官成像的高分辨率光学显微镜系统，其特征在于，伺服电机(44)的转轴通过联轴器(413)与丝杠(45)的端部连接，安装架(41)上设置有轴承座(414)，丝杠(45)的端部安装于轴承座(414)的轴承内圈中。
...【技术特征摘要】
1.一种用于视网膜类器官成像的高分辨率光学显微镜系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于视网膜类器官成像的高分辨率光学显微镜系统，其特征在于，所述第一光学输入模组包括第一光源(1)和第一凸透镜(2)，所述第一凸透镜(2)的凸面朝向细微物质样本的一侧面，所述第一光源(1)位于第一凸透镜(2)的背面，第一光源(1)将其所发射的光源经第一凸透镜(2)扩散后照射在细微物质样本的一侧面。
3.根据权利要求2所述的用于视网膜类器官成像的高分辨率光学显微镜系统，其特征在于，反射模组包括半反半透镜(5)和反射镜(9)，半反半透镜(5)和反射镜(9)均呈45°角倾斜设置，所述第二光学输入模组所发射的光源经半反半透镜(5)反射后透过物镜(3)照射在细微物质样本的另一侧面，并且物镜(3)内的映像透过半反半透镜(5)后再经反射镜(9)反射至高分辨率相机(11)中。
4.根据权利要求3所述的用于视网膜类器官成像的高分辨率光学显微镜系统，其特征在于，所述第二光学输入模组包括第二光源(6)、第二凸透镜(7)和第三凸透镜(8)，所述第二凸透镜(7)和第三凸透镜(8)的凸面均朝向所述半反半透镜(5)，第二光源(6)位于第三凸透镜(8)的背面，第二光源(6)将其所发射的光源经第二凸透镜(7)和第三凸透镜(8)扩散后照射在半反半透镜(5)上，半反半透镜(5)将第二光源(6)的扩散光反射至物镜(3)内、并透过物镜(3)照射在细微物质样本的另一侧面。
5.根据权利要求4所述的用于视网膜类器官成像的高分辨率光学显微镜系统，其特征在于，还包括套筒透镜(10)，所述套筒透镜(10)设置在所述反射镜(9)与所述高分辨率相机(11)之间，所述套筒透镜(10)的凸面朝向反射镜(9)设置，以使得物镜(3)发射的映像镜反射镜(9)反射至所述套筒镜中进行聚焦，待聚焦后反馈至高分辨率相机(11)中而形成高分辨率的微细物质图像。
6.根据权利要求4所述的用于视网膜类器官成像的...
【专利技术属性】
技术研发人员：余胜东，戴陆如，唐云青，陈豪，马金玉，熊文韬，张俊辉，郑义隆，蔡博凡，刘文浩，
申请(专利权)人：国科温州研究院温州生物材料与工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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