一种多通道共轭窄带差动显微自动对焦装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种多通道共轭窄带差动显微自动对焦装置，该装置的信号分析处理模块通过读取由离焦量测量辅助相机和带有N个窄带波段透光微孔的挡光片结合采集到的一帧样品离焦图像，并对N个不同窄带波段的平均灰度值I

【技术实现步骤摘要】
一种多通道共轭窄带差动显微自动对焦装置
本技术属于显微光学成像与检测
，具体涉及一种多通道共轭窄带差动显微自动对焦装置。
技术介绍
现有的显微自动对焦方法各存在自己的不足与适用范围。被动式显微自动对焦方法是直接根据成像结果进行调焦，主要包括离焦深度法和对焦深度法，被动式显微自动对焦方法主要存在的问题是，往往需要复杂的焦面搜索算法和图像清晰度评价算法。主动式显微自动对焦方法是通过借助额外硬件辅助设备来进行离焦量大小与方向的检测，往往需要复杂的安装过程或高精度的校准过程。如偏心光束法，在±500μm的工作范围内对焦精度可高达0.1μm。偏心光束法线性度好，测量范围大，但在实际光学系统中，入射激光束的直径对系统的灵敏度有一定影响；临界角法结构简单、灵敏度高，但工作范围太窄；激光三角法光学结构比较复杂，且对拦光板的位置安装精度要求较高；倾斜摄像头法由于需要特定的图像处理，对焦精度往往依赖于图像清晰度评价算法，速度与精度无法兼顾，且倾斜相机的倾斜角度需要高精度的标定过程。因此，为进一步提高显微自动对焦技术现有水平，更好的满足市场需求，本技术将提供一种多通道共轭窄带差动显微自动对焦装置。
技术实现思路
本技术目的在于提供一种多通道共轭窄带差动显微自动对焦装置，用于解决上述现有技术中存在的技术问题之一：被动式显微自动对焦方法是直接根据成像结果进行调焦，主要包括离焦深度法和对焦深度法，被动式显微自动对焦方法主要存在的问题是，往往需要复杂的焦面搜索算法和图像清晰度评价算法。主动式显微自动对焦方法是通过借助额外硬件辅助设备来进行离焦量大小与方向的检测，往往需要复杂的安装过程或高精度的校准过程。如偏心光束法，在±500μm的工作范围内对焦精度可高达0.1μm。偏心光束法线性度好，测量范围大，但在实际光学系统中，入射激光束的直径对系统的灵敏度有一定影响；临界角法结构简单、灵敏度高，但工作范围太窄；激光三角法光学结构比较复杂，且对拦光板的位置安装精度要求较高；倾斜摄像头法由于需要特定的图像处理，对焦精度往往依赖于图像清晰度评价算法，速度与精度无法兼顾，且倾斜相机的倾斜角度需要高精度的标定过程。为实现上述目的，本技术所采用的技术方案是：一种多通道共轭窄带差动显微自动对焦装置，包括复色光照明模块、光学成像模块、离焦量测量模块及载物台驱动控制模块；所述复色光照明模块按照光路传播方向依次设置有：复色光源、聚光镜、均匀准直光透镜、第一半反半透分光镜、物镜、待观测样品、高精度载物台；其中，复色光源经聚光镜、均匀准直光透镜作用后可获取均匀平行复色光，后由第一半反半透分光镜反射向下经物镜到达样品表面；所述光学成像模块按照光路传播方向依次设置有：高精度载物台、待观测样品、物镜、第一半反半透分光镜、第二半反半透分光镜、管镜、图像获取相机；所述图像获取相机与信号分析处理模块相连；所述复色光照明模块与所述光学成像模块共用所述第一半反半透分光镜和物镜；其中，样品反射光束沿原路返回到第一半反半透分光镜，透过向上到达第二半反半透分光镜，经第二半反半透分光镜分光后，一路反射光经管镜进入图像获取相机，便于实时观测样品清晰图像；所述离焦量测量模块按照光路传播方向依次设置有：第二半反半透分光镜、色散管镜、含有N个仅能透过窄带波段光的透光微孔的挡光片、离焦量测量辅助相机，其中N≥2；所述离焦量测量辅助相机与信号分析处理模块相连；所述离焦量测量模块与所述光学成像模块共用第二半反半透分光镜；其中，为增强轴向色散，适当增大轴向测量范围，在挡光片之前设置了一款纵向色散增强型的色散管镜；所述载物台驱动控制模块包含有：信号分析处理模块、电机驱动控制模块、高精度载物台；所述信号分析处理模块将计算所得差动信号给所述电机驱动控制模块；所述电机驱动控制模块根据接收的差动信号给电机发送相应脉冲指令来驱动压电陶瓷电机带动所述高精度载物台移至样品最佳对焦位置。通过上述方案，首先，复色光源经光学整形系统获取均匀平行光后由第一半反半透分光镜反射向下，后经物镜到达待观测样品表面，样品反射光束沿原路返回到第一半反半透分光镜，透过向上到达第二半反半透分光镜，经第二半反半透分光镜分光后，一路反射光经管镜进入图像获取相机，实现样品图像的在线观测；另一路反射光透过向上经色散管镜进入离焦量测量辅助相机(又称工业相机)，结合N(N≥2)个不同窄带波段透光微孔获取样品当下一帧离焦灰度图像，接着经由信号分析处理模块作去噪归一化处理并获取其中N个不同窄带波段微孔透光信号强度，即N个关于光轴对称分布的透光微孔对应区域像素平均灰度值In，两两相差得差动信号δInn’，其中，n≠n’,n∈N。根据预先刻度的通过透光微孔的光强差信号(又称差动信号)与离焦量之间的对应关系，即可快速获取样品在本帧图像采集时离焦量δZ大小及方向。电机驱动控制模块根据实测离焦量将载物台快速移至样品聚焦面，实现自动对焦。此时，信号分析处理模块通过图像获取相机所获取的样品图像为样品清晰聚焦图像。优选的，在所述离焦量测量模块中，所述含有N个透光微孔的挡光片与离焦量测量辅助相机的连接方式为：含有N个透光微孔的挡光片与离焦量测量辅助相机的图像传感器紧密贴合，两者之间距离越小越好，其中N≥2；所述挡光片大小要完全覆盖所述离焦量测量辅助相机的图像传感器有效面积；所述挡光片除了N个能透过不同窄带波段的微孔，所述挡光片其余部分不透光；其中N个带有窄带滤镜的透光微孔直径d相同，所述直径d大小在10～500微米之间，它们构成N个与物面共轭的透窄带波段光信号的微孔简称N个共轭透光微孔。通过上述方案，含有N个透光微孔的挡光片与相机图像传感器紧密结合的原因：为尽可能保证挡光片与相机的感光面能同时落在像方共轭面上。含有N个透光微孔的挡光片要能完全覆盖离焦量测量辅助相机的图像传感器有效面积的原因：如果挡光片不能完全覆盖图像传感器有效面积，则会有部分杂散光的衍射使得系统失去针孔效应。优选的，所述色散管镜为纵向色散强、横向色散弱的纵向色散管镜。通过上述方案，可以使复色光源色散开来，进一步增大系统轴向离焦量测量范围。优选的，所述离焦量测量模块的离焦量测量辅助相机的图像传感器、以及与所述图像传感器紧密贴合的带有N个透光微孔的阻挡片安装在与样品待测表面共轭位置，因此相机14和11的图像传感器都与样品待测表面共轭。相机14与待测表面共轭标志是，在共轭位置，绿色波段透光微孔对应像素平均灰度值I达到最大值。通过上述方案，要求三者共轭是为了实现图像获取相机与离焦量测量辅助相机和待观测样品享有同一聚焦面，即当系统测量出样品处于聚焦面时，此时图像获取相机获取的样品图象也是最清晰的。一种多通道共轭窄带差动显微自动对焦方法，采用上述的一种多通道共轭窄带差动显微自动对焦装置，其具体步骤如下：步骤1，将待观测样本放置于所述高精度载物台；步骤2，调节所述高精度载物台，使样品表面处于系统离焦量测量范围之内；步骤3，所述信号分析处理模块读取离焦量测量辅助相机结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多通道共轭窄带差动显微自动对焦装置，其特征在于，包括复色光照明模块、光学成像模块、离焦量测量模块及载物台驱动控制模块；/n所述复色光照明模块按照光路传播方向依次设置有：复色光源(1)、聚光镜(2)、均匀准直光透镜(3)、第一半反半透分光镜(4)、物镜(6)、待观测样品(7)、高精度载物台(8)；/n所述光学成像模块按照光路传播方向依次设置有：高精度载物台(8)、待观测样品(7)、物镜(6)、第一半反半透分光镜(4)、第二半反半透分光镜(9)、管镜(10)、图像获取相机(11)；所述图像获取相机(11)与信号分析处理模块(15)相连；所述复色光照明模块与所述光学成像模块共用所述第一半反半透分光镜(4)和物镜(6)；/n所述离焦量测量模块按照光路传播方向依次设置有：第二半反半透分光镜(9)、色散管镜(12)、含有N个仅能透过窄带波段光的透光微孔的挡光片(13)、离焦量测量辅助相机(14)，其中N≥2；所述离焦量测量辅助相机(14)与信号分析处理模块(15)相连；所述离焦量测量模块与所述光学成像模块共用第二半反半透分光镜(9)；/n所述载物台驱动控制模块包含有：信号分析处理模块、电机驱动控制模块、高精度载物台；所述信号分析处理模块将计算所得差动信号给所述电机驱动控制模块；所述电机驱动控制模块根据接收的差动信号给电机发送相应的脉冲指令来驱动压电陶瓷电机带动所述高精度载物台移至样品最佳对焦位置。/n...

【技术特征摘要】
1.一种多通道共轭窄带差动显微自动对焦装置，其特征在于，包括复色光照明模块、光学成像模块、离焦量测量模块及载物台驱动控制模块；
所述复色光照明模块按照光路传播方向依次设置有：复色光源(1)、聚光镜(2)、均匀准直光透镜(3)、第一半反半透分光镜(4)、物镜(6)、待观测样品(7)、高精度载物台(8)；
所述光学成像模块按照光路传播方向依次设置有：高精度载物台(8)、待观测样品(7)、物镜(6)、第一半反半透分光镜(4)、第二半反半透分光镜(9)、管镜(10)、图像获取相机(11)；所述图像获取相机(11)与信号分析处理模块(15)相连；所述复色光照明模块与所述光学成像模块共用所述第一半反半透分光镜(4)和物镜(6)；
所述离焦量测量模块按照光路传播方向依次设置有：第二半反半透分光镜(9)、色散管镜(12)、含有N个仅能透过窄带波段光的透光微孔的挡光片(13)、离焦量测量辅助相机(14)，其中N≥2；所述离焦量测量辅助相机(14)与信号分析处理模块(15)相连；所述离焦量测量模块与所述光学成像模块共用第二半反半透分光镜(9)；
所述载物台驱动控制模块包含有：信号分析处理模块、电机驱动控制模块、高精度载物台；所述信号分析处理模块将计算所得差动信号给所...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭娅囡，易定容，朱星星，蒋威，孔令华，
申请(专利权)人：宁波五维检测科技有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33