[發明專利]一種多通道共軛窄帶差動顯微自動對焦裝置及方法

在審

• 申請號: 202010120767.3
• 申請日: 2020-02-26
• 公開（公告）號: CN111220069A
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 易定容;郭婭囡;朱星星;蔣威;孔令華
• 申請（專利權）人: 寧波五維檢測科技有限公司
• 主分類號: G01B9/04
• 分類號: G01B9/04;G02B21/24;G02B7/36
• 代理公司: 成都時譽知識產權代理事務所(普通合伙) 51250
• 代理人: 王杰

本發明公開了一種多通道共軛窄帶差動顯微自動對焦裝置及方法，該裝置的信號分析處理模塊通過讀取由離焦量測量輔助相機和帶有N個窄帶波段透光微孔的擋光片結合采集到的一幀樣品離焦圖像，并對N個不同窄帶波段的平均灰度值I_n進行差動處理得歸一化差動信號，根據預先刻度的樣品差動信號與離焦量之間的對應關系，便可快速獲取樣品當前離焦量大小及方向，載物臺驅動控制模塊根據實測離焦量將載物臺快速移至樣品聚焦面，實現自動對焦同時，信號分析處理模塊通過圖像獲取相機所獲取的樣品圖像為清晰聚焦圖像。結構簡單、安裝方便，對焦范圍大，對焦精度高，對焦效率高，進一步提高了顯微自動對焦技術現有水平，能更好的滿足市場需求。

技術領域

本發明屬于顯微光學成像與檢測技術領域，具體涉及一種多通道共軛窄帶差動顯微自動對焦裝置及方法。

背景技術

現有的顯微自動對焦方法各存在自己的不足與適用范圍。被動式顯微自動對焦方法是直接根據成像結果進行調焦，主要包括離焦深度法和對焦深度法，被動式顯微自動對焦方法主要存在的問題是，往往需要復雜的焦面搜索算法和圖像清晰度評價算法。主動式顯微自動對焦方法是通過借助額外硬件輔助設備來進行離焦量大小與方向的檢測，往往需要復雜的安裝過程或高精度的校準過程。如偏心光束法，在±500μm的工作范圍內對焦精度可高達0.1μm。偏心光束法線性度好，測量范圍大，但在實際光學系統中，入射激光束的直徑對系統的靈敏度有一定影響；臨界角法結構簡單、靈敏度高，但工作范圍太窄；激光三角法光學結構比較復雜，且對攔光板的位置安裝精度要求較高；傾斜攝像頭法由于需要特定的圖像處理，對焦精度往往依賴于圖像清晰度評價算法，速度與精度無法兼顧，且傾斜相機的傾斜角度需要高精度的標定過程。

因此，為進一步提高顯微自動對焦技術現有水平，更好的滿足市場需求，本發明將提供一種多通道共軛窄帶差動顯微自動對焦裝置及方法。

發明內容

本發明目的在于提供一種多通道共軛窄帶差動顯微自動對焦裝置及方法，用于解決上述現有技術中存在的技術問題之一：被動式顯微自動對焦方法是直接根據成像結果進行調焦，主要包括離焦深度法和對焦深度法，被動式顯微自動對焦方法主要存在的問題是，往往需要復雜的焦面搜索算法和圖像清晰度評價算法。主動式顯微自動對焦方法是通過借助額外硬件輔助設備來進行離焦量大小與方向的檢測，往往需要復雜的安裝過程或高精度的校準過程。如偏心光束法，在±500μm的工作范圍內對焦精度可高達0.1μm。偏心光束法線性度好，測量范圍大，但在實際光學系統中，入射激光束的直徑對系統的靈敏度有一定影響；臨界角法結構簡單、靈敏度高，但工作范圍太窄；激光三角法光學結構比較復雜，且對攔光板的位置安裝精度要求較高；傾斜攝像頭法由于需要特定的圖像處理，對焦精度往往依賴于圖像清晰度評價算法，速度與精度無法兼顧，且傾斜相機的傾斜角度需要高精度的標定過程。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種多通道共軛窄帶差動顯微自動對焦裝置，包括復色光照明模塊、光學成像模塊、離焦量測量模塊及載物臺驅動控制模塊；

所述復色光照明模塊按照光路傳播方向依次設置有：復色光源、聚光鏡、均勻準直光透鏡、第一半反半透分光鏡、物鏡、待觀測樣品、高精度載物臺；其中，復色光源經聚光鏡、均勻準直光透鏡作用后可獲取均勻平行復色光，后由第一半反半透分光鏡反射向下經物鏡到達樣品表面；

所述光學成像模塊按照光路傳播方向依次設置有：高精度載物臺、待觀測樣品、物鏡、第一半反半透分光鏡、第二半反半透分光鏡、管鏡、圖像獲取相機；所述圖像獲取相機與信號分析處理模塊相連；所述復色光照明模塊與所述光學成像模塊共用所述第一半反半透分光鏡和物鏡；其中，樣品反射光束沿原路返回到第一半反半透分光鏡，透過向上到達第二半反半透分光鏡，經第二半反半透分光鏡分光后，一路反射光經管鏡進入圖像獲取相機，便于實時觀測樣品清晰圖像；