一种光学对焦装置、对焦方法及显微镜制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光学对焦装置、对焦方法及显微镜，用于显微镜对焦的光学对焦装置包括处理器及用于辅助对焦的辅助光路，辅助光路的发射光路向显微镜的物镜发射光束，辅助光路的接收光路上配置有一相机，接收光路将透过物镜后被一样品反射的光束导向相机；辅助光路配置有至少一种可调的光学元件，处理器被配置为根据显微镜的参数，调节可调的光学元件以使辅助光路具有预设的线性工作范围，该线性工作范围的预设值根据显微镜参数而确定。本发明专利技术基于传统偏心光束法光路设置可调光学元件，实现实时调节自动对焦模块的对焦精度和线性工作范围，以适配不同的离焦量和对焦精度需求，对不同物镜的通用性强，响应速度快，对焦效率高。对焦效率高。对焦效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种光学对焦装置、对焦方法及显微镜


[0001]本申请涉及显微镜领域，尤其涉及一种光学对焦装置、对焦方法及显微镜。

技术介绍

[0002]偏心光束法是显微镜中应用广泛的一种主动式自动对焦方法。它通过将样品离焦量转化为辅助对焦光路中相机接收到的光斑质心的变化，建立起两者之间的线性关系，从而可以通过检测光斑质心，判断离焦量。
[0003]传统偏心光束法的光路如图7所示，其对焦原理如图8所示，通过光路设计使辅助对焦光路中相机接收到的光斑信息与样品离焦状态存在一一对应的关系，其中半圆光斑的方向对应于样品离焦的方向，光斑的质心坐标对应于离焦量δ：Centroid(X
centroid
,Y
centroid
)＝Aδ(A为与光路设计相关的参数，当辅助光路中各元件参数经设计确定后，对于同一物镜，A为一固定常数)。图9为一基于偏心光束法的辅助对焦光路中，光斑质心随离焦量变化的曲线，其中，[
‑
L,L]代表了对焦模块的线性工作范围，当离焦量δ>L或δ<
‑
L时，辅助对焦光路的光斑尺寸会超出接收相机的sensor面，光斑质心与离焦量的线性对应关系被破坏，辅助对焦光路无法再准确判断光斑质心位置，自动对焦模块无法确定离焦量；
‑
L至L之间线段的斜率代表了对焦精度，斜率越大，相同离焦量引起的光斑质心变化量越大，则对焦精度越高，但对应的线性工作范围越小。
[0004]基于偏心光束法的光学自动对焦方法虽然由于其精度高、响应速度快、对焦效率高等特点应用广泛，但在实际应用中，由于光路设计和相机传感器尺寸等限制，对于基于偏心光束法的自动对焦模块来说，对焦精度和线性工作范围这两点通常难以兼顾。传统偏心光束法很难同时具有高对焦精度和大线性工作范围；同时又由于显微物镜(特别是高倍物镜)的景深通常较小，即很小的离焦量就会导致图像模糊，因此显微镜对对焦精度的要求通常很高，对应的对焦模块的线性工作范围就会小。当样品离焦量超出线性工作范围很多时，通常需要很多次的电机运动来完成对焦，导致响应速度慢，对焦效率大幅降低，影响用户体验。
[0005]以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的专利技术构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，也不必然会给出技术教导；在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日之前已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种兼顾线性工作范围和对焦精度的光学对焦装置和对焦方法，结构简洁、响应速度快。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种用于显微镜对焦的光学对焦装置，包括处理器及用于辅助对焦的辅助光路，所述辅助光路包括发射光路和接收光路，所述接收光路上配置有一相机，所述发射光路被
配置为向显微镜的物镜发射光束，所述接收光路被配置为将透过所述物镜后被一样品反射的光束导向所述相机；
[0009]所述辅助光路配置有至少一种可调的光学元件，所述处理器被配置为根据显微镜的参数，调节所述可调的光学元件以使所述辅助光路具有预设的线性工作范围，该线性工作范围的预设值根据显微镜参数而确定。
[0010]进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述可调的光学元件为可变光阑。
[0011]进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述可变光阑设置在所述辅助光路的发射光路上，所述处理器被配置为通过以下方式调节所述可变光阑的通光口径：
[0012]确定所述辅助光路所需达到的线性工作范围；
[0013]计算出达到所述线性工作范围的所述辅助光路所需的光束半径；
[0014]根据所述辅助光路的光束半径设置所述可变光阑的通光口径。
[0015]进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述处理器还被配置为通过以下方式调节所述可变光阑的通光口径：
[0016]确定所述辅助光路所需达到的对焦精度；
[0017]计算出达到所述对焦精度的所述辅助光路所需的光束半径；
[0018]根据所述辅助光路的光束半径设置所述可变光阑的通光口径。
[0019]进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，通过以下方式设置所述可变光阑的光束半径：
[0020]若所需的光束半径的计算结果在预设的界限范围内，则以所述光束半径的计算结果作为所述可变光阑的通光口径；或者，
[0021]若所需的光束半径的计算结果小于预设的界限范围的下限值，则以所述界限范围的下限值作为所述可变光阑的通光口径；或者，
[0022]若所需的光束半径的计算结果大于预设的界限范围的上限值，则以所述界限范围的上限值作为所述可变光阑的通光口径。
[0023]进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述可调的光学元件为变焦镜头。
[0024]进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述变焦镜头设置在所述辅助光路的接收光路上，且所述变焦镜头设置在所述相机的入光侧，所述处理器被配置为通过以下方式调节所述变焦镜头的焦距：
[0025]确定所述辅助光路所需达到的线性工作范围；
[0026]计算出达到所述线性工作范围的所述辅助光路所需的放大率；
[0027]根据所述辅助光路的放大率和所述物镜的焦距计算所述变焦镜头所需的焦距。
[0028]进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述处理器还被配置为通过以下方式调节所述变焦镜头的焦距：
[0029]确定所述辅助光路所需达到的对焦精度；
[0030]计算出达到所述对焦精度的所述辅助光路所需的放大率；
[0031]根据所述辅助光路的放大率和所述物镜的焦距计算所述变焦镜头所需的焦距。
[0032]进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，通过以下方式确定所述辅助光路的放大率：
[0033]根据所述变焦镜头的焦距范围和所述物镜的焦距，确定所述辅助光路的放大率的界限范围；
[0034]若所述辅助光路所需的放大率的计算结果在所述界限范围内，则以所述放大率的计算结果作为所述辅助光路的放大率；或者，
[0035]若所述辅助光路所需的放大率的计算结果小于所述界限范围的下限值，则以所述界限范围的下限值作为所述辅助光路的放大率；或者，
[0036]若所述辅助光路所需的放大率的计算结果大于所述界限范围的上限值，则以所述界限范围的上限值作为所述辅助光路的放大率。
[0037]进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述可调的光学元件包括设置在所述辅助光路的发射光路上的可变光阑和设置在所述辅助光路的接收光路上的变焦镜头，所述处理器被配置为通过以下方式调节所述可变光阑的通光口径和所述变焦镜头的焦距：
[0038]确定所述辅助光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于显微镜对焦的光学对焦装置，其特征在于，包括处理器(140)及用于辅助对焦的辅助光路，所述辅助光路包括发射光路和接收光路，所述接收光路上配置有一相机(121)，所述发射光路被配置为向显微镜的物镜(132)发射光束，所述接收光路被配置为将透过所述物镜(132)后被一样品(134)反射的光束导向所述相机(121)；所述辅助光路配置有至少一种可调的光学元件，所述处理器(140)被配置为根据显微镜的参数，调节所述可调的光学元件以使所述辅助光路具有预设的线性工作范围。2.根据权利要求1所述的光学对焦装置，其特征在于，所述可调的光学元件为可变光阑(110)。3.根据权利要求2所述的光学对焦装置，其特征在于，所述可变光阑(110)设置在所述辅助光路的发射光路上，所述处理器(140)被配置为通过以下方式调节所述可变光阑(110)的通光口径：确定所述辅助光路所需达到的线性工作范围；计算出达到所述线性工作范围的所述辅助光路所需的光束半径；根据所述辅助光路的光束半径设置所述可变光阑(110)的通光口径。4.根据权利要求3所述的光学对焦装置，其特征在于，所述处理器(140)还被配置为通过以下方式调节所述可变光阑(110)的通光口径：确定所述辅助光路所需达到的对焦精度；计算出达到所述对焦精度的所述辅助光路所需的光束半径；根据所述辅助光路的光束半径设置所述可变光阑(110)的通光口径。5.根据权利要求3或4所述的光学对焦装置，其特征在于，通过以下方式设置所述可变光阑(110)的光束半径：若所需的光束半径的计算结果在预设的界限范围内，则以所述光束半径的计算结果作为所述可变光阑(110)的通光口径；或者，若所需的光束半径的计算结果小于预设的界限范围的下限值，则以所述界限范围的下限值作为所述可变光阑(110)的通光口径；或者，若所需的光束半径的计算结果大于预设的界限范围的上限值，则以所述界限范围的上限值作为所述可变光阑(110)的通光口径。6.根据权利要求1所述的光学对焦装置，其特征在于，所述可调的光学元件为变焦镜头(125)。7.根据权利要求6所述的光学对焦装置，其特征在于，所述变焦镜头(125)设置在所述辅助光路的接收光路上，且所述变焦镜头(125)设置在所述相机(121)的入光侧，所述处理器(140)被配置为通过以下方式调节所述变焦镜头(125)的焦距：确定所述辅助光路所需达到的线性工作范围；计算出达到所述线性工作范围的所述辅助光路所需的放大率；根据所述辅助光路的放大率和所述物镜(132)的焦距计算所述变焦镜头(125)所需的焦距。8.根据权利要求7所述的光学对焦装置，其特征在于，所述处理器(140)还被配置为通过以下方式调节所述变焦镜头(125)的焦距：确定所述辅助光路所需达到的对焦精度；
计算出达到所述对焦精度的所述辅助光路所需的放大率；根据所述辅助光路的放大率和所述物镜(132)的焦距计算所述变焦镜头(125)所需的焦距。9.根据权利要求7或8所述的光学对焦装置，其特征在于，通过以下方式确定所述辅助光路的放大率：根据所述变焦镜头(125)的焦距范围和所述物镜(132)的焦距，确定所述辅助光路的放大率的界限范围；若所述辅助光路所需的放大率的计算结果在所述界限范围内，则以所述放大率的计算结果作为所述辅助光路的放大率；或者，若所述辅助光路所需的放大率的计算结果小于所述界限范围的下限值，则以所述界限范围的下限值作为所述辅助光路的放大率；或者，若所述辅助光路所需的放大率的计算结果大于所述界限范围的上限值，则以所述界限范围的上限值作为所述辅助光路的放大率。10.根据权利要求1所述的光学对焦装置，其特征在于，所述可调的光学元件包括设置在所述辅助光路的发射光路上的可变光阑(110)和设置在所述辅助光路的接收光路上的变焦镜头(125)，所述处理器(140)被配置为通过以下方式调节所述可变光阑(110)的通光口径和所述变焦镜头(125)的焦距：确定所述辅助光路所需达到的线性工作范围；计算出达到所述线性工作范围的所述辅助光路所需的光束半径与放大率的乘积值；在满足所述乘积值的条件下，在所述光束半径与放大率各自的界限范围内选取所述辅助光路所需的光束半径和放大率；按照所述光束半径的选取结果设置所述可变光阑(110)的通光口径，以及根据所述放大率的选取结果和所述物镜(132)的焦距设置所述变焦镜头(125)的焦距。11.根据权利要求10所述的光学对...

【专利技术属性】
技术研发人员：王馨，张大伟，吴平，
申请(专利权)人：徕卡显微系统科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：