“Topstar | Focus”雷尼绍编码器在3DHISTECH显微镜中起着关键作用。

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背景
世界上第一台显微镜诞生于16世纪，其原理是利用光学系统放大样品进行分析。最早的显微镜使用自然光或聚光灯照射样品，观察者在观察时徒手画出所见。后来各种显微镜相继问世，如荧光显微镜、电子显微镜、扫描显微镜等。
随着摄影术的发明，1900年，科学家们利用显微镜的镜头对样品成像，拍摄了世界上第一张光学显微照片。在不断发展的今天，现在的显微摄影系统已经可以同时拍摄多张显微照片，然后将它们合成一张超高分辨率的清晰图像。通过不断改进光学镜头组，提高自动化水平和位置反馈精度，未来显微照相技术必将迎来更大的进步。位于匈牙利布达佩斯的3DHISTECH公司设计并生产了P1000，这是一款世界上运行速度最快、吞吐量最高的全自动全场数字切片扫描仪。P1000是一种高精度扫描显微镜，可由大型病理学实验室用于采集医学样本切片的超高分辨率图像。一次装片后，设备可连续两天实现全自动工作，无需人工干预。这种新一代的数字切片扫描仪是基于成熟的3DHISTECH技术开发的。它是第一台集成了位置反馈光栅和磁编码器的扫描仪，工作效率再创新高。3 3d histech公司首席技术官维克多沃尔高(Viktor Wilson)详细介绍：“P1000在一个工作循环中可以扫描1000个切片。它主要由两部分组成：数字切片扫描仪[显微镜]和高通量自动切片载物台。两个组件并行工作，提高了整个系统的效率。显微镜有三个物镜，可用于浸没和干扫描。P1000可以满足普通病理学或生物学实验室的所有扫描需求。”
P1000显微镜物镜特写
带有RTLC-S不锈钢光栅尺的VIONiC数字增量光栅系统安装在显微镜的所有三个轴上，LA11绝对磁性编码器系统安装在自动切片载物台的取放臂上。这些光栅和磁编码器不仅保证了设备的精度和重复性，还提高了P1000的运行速度，使其性能远远优于同类产品。R & amp挑战P1000的d团队有一个明确的目标：显著提高大型病理实验室的工作效率。他们发现，要实现这一目标，扫描系统必须具有高吞吐量和高自动化。
在扫描过程中，放置样品的载物台沿X轴和Y轴水平移动，而镜筒垂直移动以调节焦距。放大倍数越大，要求的精度越高，才能保证多张显微照片的精确拼接，从而生成超高分辨率的图像。
病理实验室中的P1000数字切片扫描仪
大多数数字显微镜只在垂直轴(Z轴)上安装了一个光栅。如果光栅没有安装在舞台上，控制器工作时就不会收到任何直接的反馈。P1000工程师的想法是通过光栅在定位过程中的反馈来帮助提高载物台的运行速度，但不会降低其精度：自动化程度的提高将减少拍摄每张显微照片所需的人工操作，从而缩短扫描每张切片所需的时间，提高工艺效率。这些显微镜使用的镜筒景深范围(即保证图像聚焦良好的焦距范围)可以达到数百纳米(nm)，因此需要优秀的运动控制技术来提供支持。图像处理软件根据采集图像的模糊度计算镜头和样品之间的最佳距离。在运行每次扫描之前，P1000会先测量整个样品上所有采样点的Z轴高度，并生成一个“视图”来确定正确的焦距，然后根据收集到的数据外推至整个样品。这样可以加快扫描速度，操作更简单，操作更稳定
因此，3DHISTECH必须在市场上寻找能够提供这些先进功能的产品，包括高分辨率光栅、超精密机械装置以及能够实现快速响应的微调控制系统。这些要求对机械或电子工程师来说是巨大的挑战。他们必须将粘滑现象的影响降至最低，并建立一个能够提供精确反馈的控制环路，以仅100nm的步长驱动压电电机。3 3d histech在选择光栅系统时考虑的最重要的性能参数是读取头的分辨率和噪声水平(不可重复性误差)。对于切片台上的取放机械手来说，不需要使用高精度光栅来完成位置反馈，而是使用安装工艺简单、公差宽松、可靠性高的磁编码器。当工程师设计这台显微镜时，所有的移动轴都配备了相同规格的光栅，以简化系统的安装和维护。他们还选择了紧凑型钢卷尺网格尺，这种尺是成卷供应的，可以根据需要切割。解决方案显微镜采集的每幅图像的像素大小为0.25微米到0.08 m，其预定义的重叠大小约为10微米，因此要求光栅的反馈数据高度精确，这样才能将成千上万幅图像精确地拼接在一起。
因为选用的压电电机步长为100 nm，所以要求光栅的分辨率为50 nm，以保证足够的伺服带宽。在最高放大率下，透镜的景深为0.2微米，这为每个设计参数提供了相当大的安全余量。样品在花岗岩块上滑动，以最小化外部传导的摩擦和振动。
切片上的病理组织样本
3DHISTECH的研发；工程师们决定在切片扫描仪上安装VIONiC增量光栅，以消除将绝对位置信息转换成串行通信信号的延迟。它们将光栅输出信号直接连接到负责控制轴运动的微控制器，从而可以获得“实时”位置反馈。所选光栅应提供高分辨率的位置反馈，电子细分误差(SDE)、噪声和抖动应非常小。VIONiC系列是雷尼绍的超高精度集成数字增量光栅，适用于线性和旋转应用。这种光栅将所有必要的细分和数字信号处理功能封装在读数头中，其电子细分误差低至10 nm，分辨率可达2.5 nm。它有许多自定义参数，包括分辨率、边缘间距、插头类型、电缆长度等。借助高级诊断工具(ADT)，用户可以轻松完成VIONiC的安装和校准。ADT还包含用于远程控制和监控VIONiC安装和校准的用户软件。
安装在切片扫描仪上的紫外光栅
该安装工具具有远程和高级校准功能，是工厂生产线安装的理想选择。3DHISTECH在安装读头时使用了ADT，因为LED安装指示灯在安装过程中难免会被遮挡，安装人员无法直接观察其状态。ADT使生产线安装过程更简单；以前检查读头信号或最佳间隙时，光栅系统必须用硬线连接到设备的控制器上，需要反复微调。在ADT的帮助下，读取头可以通过USB插头连接到笔记本电脑上，即使设备不通电也可以正常安装光栅。关于机械设计，3DHISTECH的目标是尽可能减少机械振动，所以工程师决定使用五相步进电机，而不是两相电机。五相电机的转矩脉动更低，因此振动更小，这对于保证最佳扫描性能至关重要。显微镜的Z轴由直线压电电机直接驱动，以满足小步长、高速运行和快速换向的性能要求。每个轴都配有交叉滚柱轴承，带有抗蠕变保持架，以减少摩擦。
取放机械手由三个带光栅反馈的皮带驱动轴组成。针对这种情况，雷尼绍子公司RLS生产的LA11磁编码器是一种理想的解决方案，因为该产品是真正的绝对式磁编码器系统，安装间隙公差极其宽松。控制器使用SPI协议(串行外设接口-一种绝对信号协议)，因此LA11磁编码器输出的RS422(双绞线数字5 V电位增量信号协议)的并行位置信号是保证机械手指定精度达到0.1 mm的最佳解决方案。此外，LA11采用的真绝对测量原理可以在意外关机的情况下保护样品：断电事故发生后，磁编码器可以在电源恢复后立即报告其位置，无需进行耗时的归零循环。因此，在雷尼绍的技术支持下，3DHISTECH的工程师团队为每个运动轴选择了最符合应用要求的编码器产品。各种高端编码器产品，如雷尼绍的VIONiC光栅系列和RLS的LA11磁性编码器，帮助P1000成为真正的市场领导者。
关于3DHISTECH3DHISTECH公司成立于1996年，主要生产高速切片扫描仪和数码显微镜。该公司的目标是将传统的病理检查过程完全数字化，以满足21世纪医疗保健行业日益增长的需求。3DHISTECH的工厂位于布达佩斯，产品销往世界各地，如欧美和东亚，包括韩国和日本。
关于RLSRLS d.o.o .是雷尼绍的附属公司。RLS生产一系列耐用的旋转和直线运动磁传感器，广泛应用于工业自动化、金属切割、纺织、包装、电子芯片/电路板、机器人等行业和领域。