[發明專利]一種用于顯微視覺系統的自動對焦裝置及方法

有效

• 申請號: 201910086635.0
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN110716301B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 孫安玉;居冰峰;杜慧林
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02B21/24
• 分類號: G02B21/24
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

1.一種用于顯微視覺系統的自動對焦裝置，包括顯微光學系統、數字攝像系統、玻片夾持裝置和Z向運動裝置，其特征在于：

顯微光學系統由顯微物鏡、結像透鏡、聚光鏡、光源組成，且顯微物鏡、結像透鏡、聚光鏡彼此同軸；數字攝像系統由變倍鏡和相機組成；變倍鏡與結像透鏡同軸；Z向運動裝置與聚光鏡相連，驅動聚光鏡與顯微物鏡之間相互移動；Z向運動裝置安裝有頂針，頂針與玻片緊密接觸，并驅動玻片運動；

變倍鏡(201)的倍率為2倍、1倍、0.75倍、0.61倍、0.5倍和0.3倍；

所述Z向運動裝置通過夾具將聚光鏡與Z向運動裝置的動側連接在一起；聚光鏡的光軸方向上與Z向運動裝置的運動方向平行；聚光鏡的光軸方向上垂直于玻片；

頂針安裝在夾具上，且聚光鏡的光軸中心與頂針中心間的連線與玻片的長軸平行；夾具的上端面與聚光鏡上端面平齊；聚光鏡的工作距離A.W.D.、玻片的厚度G.D.、頂針超出聚光鏡上端面的高度H之間具有如下關系：H＝A.W.D.-G.D.；

所述顯微物鏡的工作距離O.W.D.與玻片上表面到顯微物鏡的前透鏡表面的最小距離MinD之間有如下關系：MinD＝N×O.W.D.，且0.1N0.95；所述顯微物鏡的工作距離O.W.D.與玻片上表面到顯微物鏡的前透鏡表面的最大距離MaxD之間有如下關系：MaxD＝M×O.W.D.，且1.2M10；所述Z向運動裝置的行程L＝MaxD-MinD；

所述玻片夾持裝置沿玻片的長邊方向一側具有單邊導向燕尾槽結構，另一側具有彈簧頂針；彈簧頂針的頂端是一個楔形面；

所述玻片夾持裝置與導向機構相連，導向機構確保玻片在頂針作用下沿著顯微物鏡的光軸方向運動；導向機構動側和不動側之間具有壓簧，壓簧將對動側施加一個遠離顯微物鏡的力。

2.如權利要求1所述的一種用于顯微視覺系統的自動對焦裝置，其特征在于：導向機構為交叉滾子導軌機構，由導軌和滑塊構成，滑塊安裝在導向機構的動側上，導軌安裝在導向機構的不動側上；導向機構的動側和不動側之間具有壓簧，壓簧對動側施加一個遠離顯微物鏡的力。

3.如權利要求1所述的一種用于顯微視覺系統的自動對焦裝置，其特征在于：導向機構為基于柔性鉸鏈的一體式平面連桿機構，其動側和不動側之間利用上下兩條梁保持連接，動側和不動側以及下兩條梁整體呈平行四邊形結構；且導向機構的動側和不動側之間裝有兩根壓簧，兩根壓簧對動側施加一個遠離顯微物鏡的力。

4.如權利要求2或3所述的一種用于顯微視覺系統的自動對焦裝置的實現方法，其特征在于：通過移動玻片位置，改變待觀察樣品和物鏡之間的距離實現對焦，具體包括如下步驟：

步驟1、控制Z向運動裝置使聚光鏡遠離顯微物鏡，直至Z向運動裝置的負限位，玻片夾持裝置在壓簧作用下遠離顯微物鏡，最終玻片上表面到顯微物鏡的前透鏡表面的距離為MaxD；

步驟2、控制Z向運動裝置使聚光鏡朝著靠近顯微物鏡的方向運動一個步距Δd，玻片在頂針作用下也向顯微物鏡運動一個步距Δd，控制數字攝像系統拍攝一幅視野圖像并記錄當前位置；

步驟3、控制Z向運動裝置使聚光鏡朝著靠近顯微物鏡的方向運動，并如步驟2每行進一個步距Δd拍攝一幅視野圖像并記錄對應位置，直至玻片上表面到顯微物鏡的前透鏡表面的距離為MinD；

步驟4、計算所有視野圖像的銳利度，并找出銳利度最大的一幅圖像，在該幅圖像位置前后各找相鄰的k幅圖像，并按照高斯函數對銳利度和位置進行擬合，求解區間內的高斯函數極大值點對應的位置Xpos，該位置視為當前視野的焦點，k具體取值應滿足0.3×O.W.D./Δd≤k≤0.8×O.W.D./Δd；

步驟5、控制Z向運動裝置運動至Xpos，完成對焦。