自动对焦装置制造方法及图纸

自动对焦装置，包括：光源；光耦合器，其具有第一端口、第二端口和第三端口；其中光耦合器在第一端口耦合于光源；光准直器，用于引导光从光耦合器的第二端口输出，然后穿过分色镜和显微镜物镜至样本，其中样本设置在衬底上，衬底被可调显微镜平台支持；扫描装置，用于聚焦光至沿轴的多个焦点上；光电二极管探测器，用于转换光信号为光强信号；存储设备，用于储存信号模板；以及微处理器，其用于光强信号和信号模板的互相关；其中微处理器生成命令以沿轴线移动可调显微镜平台。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2013年8月22日提交的序列号为61/868,881的美国临时申请的优先权。本申请是2013年7月3日提交的序列号为13/934,727的美国申请的部分继续申请，后者是2010年10月16日提交的序列号为12/906,086的美国申请的分案申请，其要求2009年10月16日提交的序列号为61/252,263的美国临时申请的优先权，上述每个申请的公开内容以全文引用方式并入本文。
本专利技术通常涉及显微镜装置，更具体涉及自动调节用以获取适当焦点的平台的位置的技术。
技术介绍
对于所有的光学系统，显微镜受到景深随放大倍数和成像镜头(物镜)的NA(数值孔径)的增加而降低的影响。当使用显微镜时，使用者负责相对于物镜来移动样本，获得对样本适合的焦点。当显微镜是自动的，并且用户不再参与观看每个图像时，则需要一种自动对焦的方法。在相关技术中，已经描述了利用测量牵头经与容器底部的距离实现自动对焦的技术。该技术基于反射第一表面的光束并测量反射。但是，该技术的不足之处在于，如果置有样本的容器的厚度不同，正如大多数塑料一样，那么结果图像可能以衬底的偏移量偏离焦点。细胞图像依赖于位于玻璃或塑料底部的细胞的生长。细胞平行于表面生长，并分泌蛋白质致使其附着在衬底。为了维持细胞的生长，添加富营养液态培养基来喂养细胞，并维持合适的生理条件。在这种情况下，塑料的表面被可用于检测细胞位置的水溶液覆盖。可使用低噪声、高灵敏度的反射光设置来找出塑料和液体之间变化的折射率。
技术实现思路
在实施例中，提供了自动对焦显微镜装置。自动对焦装置，包括：光源；光耦合器，其具有第一端口、第二端口和第三端口；其中在光耦合器中的光信号传播基本上仅从第一端口至第二端口，及从第二端口至第三端口，其中光耦合器在第一端口耦合于光源；光准直器，其用于引导光从光耦合器的第二端口输出，然后穿过分色镜和显微镜物镜至设置在衬底上的样本，该衬底被可调显微镜平台支撑；扫描工具，其用于聚焦光至沿轴线的多个焦点上；光电二极管探测器，其用于转换光信号为光强信号，光信号包括在沿轴线的多个焦点上的被衬底反射，其中光信号被显微镜物镜捕获，并且穿过分色镜、光准直器，进入光耦合器的第二端口，并从光耦合器的第三端口输出，发送至光电二极管探测器；存储设备，其用于储存信号模板；以及微处理器，其用于由互相关光强信号和信号模板，检测光强信号的峰值；其中，所属微处理器生成命令，以基于检测光强信号中的峰值的位置和参考信号中的峰值的位置的差异，沿轴线移动可调显微镜平台的位置。在另一实施例中，提供了显微镜装置的操作方法。该方法包括：耦合光耦合器至位于第一端口的光源的光信号输出、位于第二端口的光准直器、以及耦合至位于第三端口的光电二极管探测器，其中在光耦合器中的所述光信号基本上仅从第一端口至第二端口并且从第二端口至第三端口传播；利用光准直器，引导来自所述光耦合器的第二端口输出的光，穿过分色镜和显微镜物镜至设置在衬底上的样本，所述衬底被可调显微镜平台所支撑；将光束聚焦在沿轴线的多个焦点；利用显微镜物镜捕获反射光信号，所述光信号包括反射光束至在沿轴线的多个焦点的衬底，并且穿过光准直器，进入光耦合器的第二端口，并从光耦合器的第三端口输出，发送至光电二极管探测器；由光强信号和存储的信号模板之间的互相关，检测光强信号的峰值；生成命令，以基于检测光强信号中的峰值的位置和参考信号中的峰值的位置的不同，沿轴线移动可调显微镜平台的位置。附图说明图1是从多种表面边界反射的预期信号电平图。图2是根据一实施例的自动对焦装置图。图3是根据一实施例的用于跟踪反射峰值的互相关图。图4是根据一实施例的自动对焦装置图。图5是根据一实施例的自动对焦装置图。图6是根据一实施例的自动对焦装置图。图7是根据一实施例的自动对焦装置图。图8是根据一实施例的自动对焦装置图。具体实施方式本专利技术描述了最佳方式或目前预期的实践本专利技术的方式。这些说明不应当被理解为一种限制，而是提供仅通过引用附图说明用途的专利技术示例,以向本领域技术人员告知本专利技术的优势和结构。在附图的各视图中，相同的标号指示相同或相似的部分。应当注意，所有光纤系统都可以被自由空间等价物取代。在显微镜观测中，将待测样本物件设置在滑座上并用滑盖覆盖。调节显微镜的物镜，以便得到放大后的对象的聚焦视图。当在具有第一反射率的第一介质传播的光进入具有第二反射率的第二介质时，在量介质之间的边界发生发射。被反射的光的数量和传输到边界的光的数量取决于两边界的折光指数。在显微镜观测中，通常具有多种不同的边界，例如空气-玻璃、玻璃-水、水-玻璃、以及玻璃-空气，因此有不同的反射强度等级对应这些边界。图1表示当光会聚在那些边界位置时在各种边界上的反射强度等级的例子。由扫描沿轴线的多种点上的反射强度(不含一般损耗，此后称为z轴线)，可以得到z轴线反射图谱。在z轴线反射图谱上，多种强度峰值对应多种介质边界。因此，利用z轴线反射图谱，使用者能够调节显微镜的物镜至与期待光源焦点关联性最大的强度等级峰值。图2表示根据实施例的自动对焦装置200的示例图。在本专利技术的一个实施例中，光源110的波长为1310nm。可可以考虑其他值。光耦合器130包括第一端口(1)、第二端口(2)和第三端口(3)。光在光耦合器130中传播，从第二端口(2)输出，在第二端口(2)中光信号由准直器150准直为光束。应当注意，光信号能够在光耦合器130内传播，基本上仅从第一端口(1)至第二端口(2)，再至第三端口(3)。在一个实施例中，光耦合器的指向性至少为55dB。分色镜170反射光束，所述分色镜170设计为仅反射波长高于预定波长，并允许低于预定波长通过。在示例性的实施例中，预定波长为1300nm。光束传播通过显微镜的物镜160，并且聚焦在位于可调显微镜平台198上的样本195上。光被置有样本195的塑料或玻璃的衬底反射，然后由物镜160捕获，再由准直器150发送回光纤。如果样本195未包含在玻璃或塑料衬底，所述反射可以来自于样本195本身。由于光基本上只朝一个方向穿过循环器130，来自准直器150的光信号在第二端口(2)输入光耦合器130，并在第三端口(3)输出。光耦合器130的输出被引入至光电二极管探测器240。光电二极管探测器240转换光信号为电压信号输出或光强信号输出。在一实施例中，z-扫描控制器270调节电调焦透镜220，使光聚焦至沿z轴线的多个焦点，以获得反射光信号的扫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动对焦装置，包括：光源(110)；具有第一端口、第二端口和第三端口的光耦合器(130)；其中在所述光耦合器中的光信号基本上仅从第一端口至第二端口并且从第二端口至第三端口传播；其中所述光耦合器在第一端口耦合至光源；光准直器(150)，其用于引导光从所述光耦合器的第二端口输出，然后穿过分色镜(170)和显微镜物镜(160)至样本(195)，其中样本(195)设置在由可调显微镜平台(198)支撑的衬底上；用于将光聚焦至沿轴线的多个焦点上的扫描工具(270)；用于转换光信号为光强信号的光电二极管探测器(240)，所述光信号包括在沿轴线的多个焦点上的衬底的光反射，其中所述光信号通过所述显微镜物镜(160)捕获、穿过分色镜(170)、光准直器(150)、进入光耦合器(130)的第二端口、并从光耦合器的第三端口输出，从而发送至光电二极管探测器(240)；用于储存信号模板的存储设备；以及微处理器(180)，该微处理器用于通过光强信号和信号模板的互相关以检测光强信号的峰值；其中，所述微处理器(180)生成命令，以基于检测光强信号中的峰值位置和参考信号中的峰值位置的差异，沿轴线移动可调显微镜平台(198)的位置。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.22 US 61/868,8811.一种自动对焦装置，包括：
光源(110)；
具有第一端口、第二端口和第三端口的光耦合器(130)；其中在所述光耦合器中的光
信号基本上仅从第一端口至第二端口并且从第二端口至第三端口传播；其中所述光耦合器在
第一端口耦合至光源；
光准直器(150)，其用于引导光从所述光耦合器的第二端口输出，然后穿过分色镜(170)
和显微镜物镜(160)至样本(195)，其中样本(195)设置在由可调显微镜平台(198)支撑
的衬底上；
用于将光聚焦至沿轴线的多个焦点上的扫描工具(270)；
用于转换光信号为光强信号的光电二极管探测器(240)，所述光信号包括在沿轴线的
多个焦点上的衬底的光反射，其中所述光信号通过所述显微镜物镜(160)捕获、穿过分色镜
(170)、光准直器(150)、进入光耦合器(130)的第二端口、并从光耦合器的第三端口输出，
从而发送至光电二极管探测器(240)；
用于储存信号模板的存储设备；以及
微处理器(180)，该微处理器用于通过光强信号和信号模板的互相关以检测光强信号
的峰值；
其中，所述微处理器(180)生成命令，以基于检测光强信号中的峰值位置和参考信号
中的峰值位置的差异，沿轴线移动可调显微镜平台(198)的位置。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述微处理器持续检测光强信号中的峰值，并且生
成命令，以基于检测光强信号中的峰值位置和参考信号中的峰值位置的差异，沿轴线移动可
调显微镜平台的位置，从而保持期望的光学焦距。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述扫描工具包括电子调焦透镜和用于调节电子调
焦透镜的焦距的控制器。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述扫描工具包括具有不同传输延时的多个长度的
光纤。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述扫描工具包括多个激光器和对应的固定准直器，
所述固定准直器对应于不同焦点的多个激光器中的每一个。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述扫描工具包括压电准直器。
7.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·S·布鲁克，
申请(专利权)人：统雷有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US