CN112859317A - 自动对焦显微成像*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动对焦显微成像***，包括成像单元、照明单元、自动对焦单元和与所述自动对焦单元相连接的计算处理单元，所述成像单元包括沿光路依次设置的成像相机、第一分光镜、第二分光镜和物镜，所述照明单元用于投射光线依次经过所述第二分光镜和物镜，所述自动对焦单元用于投射光线依次经过所述第一分光镜、第二分光镜和物镜并接收依次经过物镜、第二分光镜和第一分光镜的反射光线，所述计算处理单元用于控制调整所述物镜焦面位置。本发明的自动对焦显微成像***对于不透明物体或具有多层特征的物体仍然具有对焦精度高的优点，适用性更广。

Description

自动对焦显微成像***

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种自动对焦显微成像***。

背景技术

随着对产品品质要求不断提高，生产环节中采用人工检查方式的弊端越发凸显，特别是需要在显微镜下进行高放大倍率下的检查需求。

现有技术中，一般通过手动或自动的方式进行对焦操作，手动对焦的方式存在效率低、准确度低、判断标准因为而异等缺陷。自动对焦的方式，相比于手动调焦，能够大大提升对焦效率，但是在被测物体是透明物体、被测物体表面存在多层特征时，无法保证对焦精度。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种高对焦精度的自动对焦显微成像***。

为实现本发明的目的，本发明提供一种自动对焦显微镜成像***，包括成像单元、照明单元、自动对焦单元和与所述自动对焦单元相连接的计算处理单元，所述成像单元包括沿光路依次设置的成像相机、第一分光镜、第二分光镜和物镜，所述照明单元用于投射光线依次经过所述第二分光镜和物镜，所述自动对焦单元用于投射光线依次经过所述第一分光镜、第二分光镜和物镜并接收依次经过物镜、第二分光镜和第一分光镜的反射光线，所述计算处理单元用于控制调整所述物镜焦面位置。

根据本发明的一个方面，所述自动对焦单元包括对焦传感器和对焦驱动组，所述对焦传感器用于投射光线依次经过所述第一分光镜、第二分光镜、物镜到达被测物体表面，并接收由所述被测物体表面的反射光线产生信号传递至所述计算处理单元。

根据本发明的一个方面，所述对焦驱动组与所述成像单元连接，所述计算处理单元接收所述对焦传感器传递的信号获得所述被测物体的位置信息并计算出所述被测物体与所述物镜焦面的位置关系，产生控制信号控制所述对焦驱动组动作使所述被测物***置与所述物镜的焦面重合。

根据本发明的一个方面，所述对焦传感器投射的光线为激光平行光。

根据本发明的一个方面，所述计算处理单元包括计算机和驱动控制箱，所述驱动控制箱接收所述对焦传感器的信号传递至计算机，所述计算机产生控制信号传递至所述驱动控制箱，由所述驱动控制箱控制所述对焦驱动组动作。

根据本发明的一个方面，所述对焦传感器与所述第一分光镜之间还设有滤光镜组。

根据本发明的一个方面，所述照明单元包括沿光路依次设置的光源、光阑切换装置、平行光透镜组、滤光镜组、偏振镜组和反射镜；

所述反射镜将所述光源产生的光线反射至所述第二分光镜。

根据本发明的一个方面，所述成像单元还包括位于所述成像相机与第一分光镜之间依次设置的成像镜组、第二滤光镜组和第二偏振镜组。

根据本发明的一个方面，所述成像单元还包括位于所述第二分光镜和所述物镜之间的微分干涉组。

根据本发明的一个方面，所述成像镜组之前还设有第三分光镜，所述成像相机设有多个，多个所述成像相机分别对应设置在所述第三分光镜的多条光路上。

本发明的自动对焦显微成像***，设置照明单元，将照明光线通过第二分光镜、物镜到达被测物体，即使用一个光源实现多种功能。相比于现有技术中的照明单元设置在载物台下方的设置来说，本发明的自动对焦显微成像***，对不透明的目标物体也能提供光源进行检测，适用性更广。

此外，本发明的自动对焦显微成像***，由于自动对焦单元和计算处理单元的设置，可以精确定位高度方向形成范围内的任意位置，实现对于具有多层特征的目标物体的精准对焦，可以对目标物体的各个面的缺陷进行检测，并且还可以将获得的目标物体的多层特征图片进行高精度融合，在同一张照片中可以观察到不同层级下目标物体的成像形态。另外，本发明的自动对焦显微成像***，还可以用于对目标物体的三维尺寸测量。

附图说明

图1示意性表示根据本发明的自动对焦显微成像***的部分结构示图；

图2示意性表示根据本发明的自动对焦显微成像***的结构组成图；

图3示意性表示根据本发明的自动对焦显微成像***的光路示图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

结合图1-图3所示，本发明的自动对焦显微成像***包括成像单元1、照明单元2、自动对焦单元3和计算处理单元4。

本发明的成像单元1包括沿光路依次设置的成像相机11、成像镜组15、第二滤光镜组16、第二偏振镜组17、第一分光镜12、第二分光镜13、微分干涉组18和物镜14，物镜14下方设置载物台，载物台上放置被测物体。

本发明的照明单元2用于投射光线依次经过第二分光镜13和物镜14到达被测物体表面，光线在被测物体表面发生反射最终进入成像相机11成像。

本发明的自动对焦单元3用于投射光线依次经过第一分光镜12、第二分光镜13和物镜14并接收依次经过物镜14、第二分光镜13和第一分光镜12的反射光线，然后传递信号至计算处理单元4，计算处理单元4用于控制调整所述物镜14焦面位置。

本发明的自动对焦显微成像***，设置照明单元2，将照明光线通过第二分光镜13、物镜14到达被测物体，即使用一个光源实现多种功能。相比于现有技术中的照明单元2设置在载物台下方的设置来说，本发明的自动对焦显微成像***，对不透明的目标物体也能提供光源进行检测，适用性更广。

此外，本发明的自动对焦显微成像***，由于自动对焦单元3和计算处理单元4的设置，可以精确定位高度方向形成范围内的任意位置，实现对于具有多层特征的目标物体的精准对焦，可以对目标物体的各个面的缺陷进行检测，并且还可以将获得的目标物体的多层特征图片进行高精度融合，在同一张照片中可以观察到不同层级下目标物体的成像形态。另外，本发明的自动对焦显微成像***，还可以用于对目标物体的三维尺寸测量。

具体来说，本发明的照明单元2包括沿光路依次设置的光源21、光阑切换装置22、平行光透镜组23、滤光镜组24、偏振镜组25和反射镜26。反射镜26可以将光源21产生的光线反射至成像单元1的第二分光镜13处。其中平行光透镜组23的设置，在保证大视野的情况下，同时能够提升照明的均匀性。

本发明的自动对焦单元3包括对焦传感器31和对焦驱动组32。对焦传感器31用于投射光线依次经过第一分光镜12、第二分光镜13、物镜14到达被测物体表面，并接收由所述被测物体表面的反射光线产生信号传递至所述计算处理单元4。根据本发明的一种实施方式，对焦传感器31投射的光线为激光平行光。根据本发明的构思，对焦传感器31和第一分光镜12之间可以设置滤光镜组311。

根据本发明的一种实施方式，对焦驱动组32与成像单元1连接，可以将对焦驱动组32设置为驱动电机的形式，对焦驱动组32可以驱动物镜14和照明单元2上下移动以实现物镜14焦面的移动。本发明的计算处理单元4接收对焦传感器31传递的信号获得被测物体的位置信息并计算出被测物体与物镜14焦面的位置关系，产生控制信号控制对焦驱动组32动作使所述被测物***置与所述物镜14的焦面重合。

根据本发明的一种实施方式，计算处理单元4包括计算机41和驱动控制箱42，驱动控制箱42接收对焦传感器31的信号传递至计算机41，计算机41产生控制信号传递至所述驱动控制箱42，由驱动控制箱42控制对焦驱动组32动作，实现自动对焦。

结合图1-图3所示，根据本发明的一种实施方式，本发明的物镜14可以设置多个，具体地，在微分干涉组18之下可以设置一个物镜转换器，物镜转换器上安装有不同规格的物镜，根据需要可以有计算机41控制物镜转换器实现物镜14的切换。

本发明的计算机41还可以控制偏振镜组和微分干涉组18，从而进行目标物体呈现方向的切换，例如，使得目标物体厚度的微小差异转变为细微明暗差别，增体立体感，便于观察。

本发明照明单元2中的光阑切换装置22用于控制光源21产生光线的通光量。根据本发明的一种实施方式，本发明的光阑切换装置22可以设置为包括转位电机和与转位电机相连接的固定座，固定座上设有多个安装位，多个安装位上分别安装多个不同孔径的光阑，可以通过计算机41控制转位电机实现不同孔径光阑的切换。根据本发明的第二种实施方式，可以通过驱动设置驱动光阑叶片的开合实现光阑通过孔径大小的改变。

根据本发明的构思，本发明的成像相机11可以设置多个，具体的，可以在成像镜组15之间设置第三分光镜19，多个成像相机11分别对应设置在第三分光镜19的多个光路上。如图3所示，根据本发明的一种实施方式，第三分光镜19具有两条光路，两条光路上分别对应安装两个成像相机11，一个成像相机11为彩色相机，另一个为黑白相机。当然，根据本发明的构思，还可以设置更多相机，例如红外相机、紫外相机等，可实现通过一套光学***实现多种成像模式。

本发明的自动对焦显微成像***，其工作过程如下：

自动对焦单元3的对焦传感器31发射一束激光平行光，光线依次第一分光镜12、第二分光镜13、物镜14被聚焦投射在被测物体上，在被测物体上产生反射，反射光线依次最终经过第一分光镜12返回对焦传感器31。对焦传感器31将信息传递至驱动控制箱42，从而获得被测物体的位置信息，驱动控制箱42再通过通讯装置将被测物体的位置信息传递至计算41，由计算机41计算出被测物体当前位置与物镜14焦面的位置关系，然后产生控制信号传递至驱动控制箱42，驱动控制箱42控制对焦驱动组32动作，使被测物体当前位置与物镜14的焦面重合，实现实时自动对焦。

之后，照明单元1的光源1发射一束平行光，光线经过反射镜26进入第二分光镜13，再经由物镜14到达被测物体表面，在被测物体表面产生发射，发射光线依次经过第二分光镜13、第一分光镜12、成像镜组15最终进入成像相机11，成像相机11将接收到的光线信息转为图像信息，经过特定的接口方式(例如USB、ISA Net、Mipi等方式)传输至计算机41，由计算机41上的应用程序对输入图像进行处理及分析。

以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动对焦显微成像***，其特征在于，包括成像单元(1)、照明单元(2)、自动对焦单元(3)和与所述自动对焦单元(3)相连接的计算处理单元(4)，所述成像单元(1)包括沿光路依次设置的成像相机(11)、第一分光镜(12)、第二分光镜(13)和物镜(14)，所述照明单元(2)用于投射光线依次经过所述第二分光镜(13)和物镜(14)，所述自动对焦单元(3)用于投射光线依次经过所述第一分光镜(12)、第二分光镜(13)和物镜(14)并接收依次经过物镜(14)、第二分光镜(13)和第一分光镜(12)的反射光线，所述计算处理单元(4)用于控制调整所述物镜(14)焦面位置。

2.根据权利要求1所述的自动对焦显微成像***，其特征在于，所述自动对焦单元(3)包括对焦传感器(31)和对焦驱动组(32)，所述对焦传感器(31)用于投射光线依次经过所述第一分光镜(12)、第二分光镜(13)、物镜(14)到达被测物体表面，并接收由所述被测物体表面的反射光线产生信号传递至所述计算处理单元(4)。

3.根据权利要求2所述的自动对焦显微成像***，其特征在于，所述对焦驱动组(32)与所述成像单元(1)连接，所述计算处理单元(4)接收所述对焦传感器(31)传递的信号获得所述被测物体的位置信息并计算出所述被测物体与所述物镜(14)焦面的位置关系，产生控制信号控制所述对焦驱动组(32)动作使所述被测物***置与所述物镜(14)的焦面重合。

4.根据权利要求2所述的自动对焦显微成像***，其特征在于，所述对焦传感器(31)投射的光线为激光平行光。

5.根据权利要求1所述的自动对焦显微成像***，其特征在于，所述计算处理单元(4)包括计算机(41)和驱动控制箱(42)，所述驱动控制箱(42)接收所述对焦传感器(31)的信号传递至计算机(41)，所述计算机(41)产生控制信号传递至所述驱动控制箱(42)，由所述驱动控制箱(42)控制所述对焦驱动组(32)动作。

6.根据权利要求2所述的自动对焦显微成像***，其特征在于，所述对焦传感器(31)与所述第一分光镜(12)之间还设有滤光镜组(311)。

7.根据权利要求1所述的自动对焦显微成像***，其特征在于，所述照明单元(2)包括沿光路依次设置的光源(21)、光阑切换装置(22)、平行光透镜组(23)、滤光镜组(24)、偏振镜组(25)和反射镜(26)；

所述反射镜(26)将所述光源(21)产生的光线反射至所述第二分光镜(13)。

8.根据权利要求1所述的自动对焦显微成像***，其特征在于，所述成像单元(1)还包括位于所述成像相机(11)与第一分光镜(12)之间依次设置的成像镜组(15)、第二滤光镜组(16)和第二偏振镜组(17)。

9.根据权利要求8所述的自动对焦显微成像***，其特征在于，所述成像单元(1)还包括位于所述第二分光镜(13)和所述物镜(14)之间的微分干涉组(18)。

10.根据权利要求8所述的自动对焦显微成像***，其特征在于，所述成像镜组(15)之前还设有第三分光镜(19)，所述成像相机(11)设有多个，多个所述成像相机(11)分别对应设置在所述第三分光镜(19)的多条光路上。

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