一种显微成像系统及其实时对焦方法技术方案

本发明专利技术涉及一种显微成像系统，包括：光源单元；成像单元，包括物镜和分束镜；对焦单元，包括对焦镜头和对焦相机；所述对焦单元还包括光阑，所述光阑设有两个通光孔。本发明专利技术的显微成像系统结构简单，通过在对焦单元中设置具有两个通光孔的光阑，使得在离焦状态下能够拍摄到更多的高频信息，保证了最终获得的离焦关系曲线的准确性，实现对显微成像系统的实时对焦，节约了对焦时间，保证了显微成像系统对焦的精度和效率。

【技术实现步骤摘要】
一种显微成像系统及其实时对焦方法
本专利技术涉及显微成像
，尤其涉及一种显微成像系统及其实时对焦方法。
技术介绍
在使用显微镜对病理切片观察的显微成像过程中，需要时刻保持物镜能够对样品进行清晰成像。因此，显微成像系统中的对焦显得尤为重要。现有的显微对焦技术中，自动对焦技术主要分为以下几种：一种是基于图像灰度对比度分析法的被动对焦方法。此方法是通过改变相机与目标物间的距离获取多幅图像，分析图像特征实现的。这种方法需要使镜头的移动距离长，以及连续采集多幅图像计算相应位置清晰度来构成一条曲线，根据该曲线极大值判定焦点位置。被动对焦方法计算量较大,需要镜头多次位移，难以满足实时对焦过程中快速精准的要求。另一种是基于测距法的主动对焦方法。主动对焦方法通过添加额外的信号发射接收装置实现对焦,常见的有红外测距、超声波测距和三角测距法等。当被测目标对红外光或超声波有较强的吸收作用时，主动对焦方法容易失灵或对焦不准确。特别是对于显微对焦而言，高倍率物镜的使用使得焦深大幅降低(微米级)，红外测距、超声测距以及三角测距的精度都很难满足该要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种结构简单、对焦精度高的显微成像系统及其实时对焦方法。为实现上述目的，本专利技术提供一种显微成像系统，包括：光源单元；成像单元，包括物镜和分束镜；对焦单元，包括对焦镜头和对焦相机；所述对焦单元还包括光阑，所述光阑设有两个通光孔。根据本专利技术的一个方面，所述光阑位于所述对焦镜头和对焦相机之间。根据本专利技术的一个方面，所述光阑位于所述对焦镜头的光瞳面上。根据本专利技术的一个方面，所述分束镜将光路分成投射光路和反射光路，所述两个通光孔的中心轴与所述反射光路的光轴相互平行地相间设置。根据本专利技术的一个方面，所述两个通光孔相对所述反射光路的光轴镜像对称设置。根据本专利技术的一个方面，所述两个通光孔之间的距离与所述对焦镜头的焦距之比等于所述物镜的数值孔径。根据本专利技术的一个方面，所述两个通光孔的孔径小于所述对焦镜头聚焦光斑的直径。根据本专利技术的一个方面，所述两个通光孔的孔径相同。根据本专利技术的一个方面，所述对焦镜头至少为两个，所述光阑设置在相邻的两个所述对焦镜头之间。根据本专利技术的一个方面，所述显微成像系统还包括：驱动单元，与所述成像单元连接；中央控制单元，与所述驱动单元、成像单元、对焦单元连接。为实现上述目的，本专利技术提供一种实时对焦方法，包括：S1.通过对焦相机对载物台上样品进行拍摄，获取离焦关系曲线；S2.基于所述离焦关系曲线，通过对焦相机实时获取像素偏差值，控制所述载物台位于所述物镜的焦点位置。根据本专利技术的一个方面，所述步骤S1包括：打开光源单元，使所述载物台上样品位于所述物镜的焦点位置，调整光阑的位置，使所述对焦相机成像最清晰；以预定间隔调整所述物镜与所述载物台之间的距离，通过对焦相机获取离焦图像；根据所述离焦图像生成具有样品图像和两个样品偏移图像的离焦自相关图像；根据所述样品图像图所述样品偏移图像之间的位置对光阑的两通光孔的位置进行校正，获取所述样品图像与所述样品偏移图像之间的距离；重复所述获取离焦图像、离焦自相关图像、样品图像与样品偏移图像之间距离的步骤，获取多组对应的所述预定间隔与所述样品图像和样品偏移图像之间的距离，绘制离焦关系曲线。根据本专利技术的一个方面，所述预定间隔范围为1微米—30微米。根据本专利技术的显微成像系统，通过在对焦单元中设置具有两个通光的光阑，并且通光孔的中心轴线与对焦光轴相互平行地相间设置，然后通过调整光阑的位置，由对焦相机拍摄到像面的不同位置的相位信息，再根据相位信息的不同求取像素偏差值和离焦量，保证了显微成像系统能够实时的对焦，并且机构简单，对焦方便快捷。此外，光阑上设有两个相距一定距离、孔径相同的通光孔，并且两通光孔满足：两通光孔之间的距离与对焦镜头的焦距的比值等于物镜的数值孔径、两通光孔的孔径小于对焦镜头聚焦光斑的直径等条件，相比于现有的对焦技术而言，采用本专利技术的双通光孔的光阑，可以使对焦相机拍摄的离焦图像留下更多了高频信息，有利于对于离焦图像的处理，保证了离焦量与像素偏差值线性对应关系的准确性，从而保证后续对焦的精确性。根据本专利技术的显微成像系统，对焦单元的结构简单，装拆方便。而将对焦单元安装到成像单元中分束镜的分光路径上，操作简单，对显微成像系统的改动小，从而保证了显微成像系统的成像稳定性，以及显微成像系统的结构稳定性。附图说明图1是示意性表示根据本专利技术的显微成像系统的组成图；图2是示意性表示根据本专利技术的显微成像系统的对焦方法流程图；图3是示意性表示采用本专利技术的显微成像系统观测到样品的离焦图像自相关处理图；图4是示意性表示采用本专利技术的显微成像系统观测到样品的离焦图像光强分布图；图5示意性表示根据本专利技术的显微成像系统的离焦曲线的坐标图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施方式，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。在针对本专利技术的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本专利技术的限制。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本专利技术的实施方式并不因此限定于以下实施方式。图1是示意性表示根据本专利技术的显微成像系统的组成图。如图1所示，在本实施方式中，根据本专利技术的显微成像系统包括光源单元1、成像单元2和对焦单元3。在本实施方式中，光源单元1包括光源101和聚光镜102，聚光镜102的光轴与光源101光轴相互重合，聚光镜102设置在光源101的上方，成像单元2设置在聚光镜102的上方。成像单元2包括物镜201、分束镜202、聚合镜203和成像相机204，沿着光源101光轴延伸的方向，物镜201、分束镜202、聚合镜203和成像相机204依次与光源单元1光轴同轴地设置，载物台6设置在光源单元1和成像单元2之间。如图1所示，在本实施方式中，打开光源单元1中的光源101后，光线经过聚光镜102的作用为载物台6上的样品提供光源，光线依次经过物镜201、分束镜202，经过聚合镜203作用后到达成像相机204，成像相机204获取样品观测图像。此外，光线在分束镜202处会产生与光源单元1光轴垂直地分光路径，本专利技术的对焦单元3设置在分束镜202的分光路径上。如图1所示，在本实施方式中，对焦单元3包括沿分束镜202的分光路径依次设置的对焦镜头301、光阑4和对焦相机302，其中对焦镜头301和对焦相机302的光轴与分束镜202的分光路径的光轴相互重合。根据本专利技术对焦单元3，光阑4设有两个通光孔5，光阑4设置在对焦镜头301的光瞳面上，即光阑4设置在对焦镜头301的后截距处。对焦单元3用于在观测样品处于离焦状态时，拍摄样品的离焦图像。此外，本专利技术的显微成像系统还包括驱动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种显微成像系统，包括：光源单元(1)；成像单元(2)，包括物镜(201)和分束镜(202)；对焦单元(3)，包括对焦镜头(301)和对焦相机(302)；其特征在于，所述对焦单元(3)还包括光阑(4)，所述光阑(4)设有两个通光孔(5)。

【技术特征摘要】
1.一种显微成像系统，包括：光源单元(1)；成像单元(2)，包括物镜(201)和分束镜(202)；对焦单元(3)，包括对焦镜头(301)和对焦相机(302)；其特征在于，所述对焦单元(3)还包括光阑(4)，所述光阑(4)设有两个通光孔(5)。2.根据权利要求1所述显微成像系统，其特征在于，所述光阑(4)位于所述对焦镜头(301)和对焦相机(302)之间。3.根据权利要求2所述的显微成像系统，其特征在于，所述光阑(4)位于所述对焦镜头(301)的光瞳面上。4.根据权利要求1所述的显微成像系统，其特征在于，所述分束镜(202)将光路分成透射光路和反射光路，所述两个通光孔(5)的中心轴与所述反射光路的光轴相互平行地相间设置。5.根据权利要求4所述的显微成像系统，其特征在于，所述两个通光孔(5)相对所述反射光路的光轴镜像对称设置。6.根据权利要求5所述的显微成像系统，其特征在于，所述两个通光孔(5)之间的距离与所述对焦镜头(301)的焦距之比等于所述物镜(201)的数值孔径。7.根据权利要求1所述的显微成像系统，其特征在于，所述两个通光孔(5)的孔径均小于所述对焦镜头(301)聚焦光斑的直径。8.根据权利要求7所述的显微成像系统，其特征在于，所述两个通光孔(5)的孔径相同。9.根据权利1所述的显微成像系统，其特征在于，所述对焦镜头(301)至少为两个，所述光阑(4)设置在相邻的两个所述对焦镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅蓉，郭亮，余乐，
申请(专利权)人：宁波舜宇仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33