【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及显微成像领域，具体涉及一种高精度双自聚焦装置、高精度显微成像系统和方法。
技术介绍
1、对于一套显微成像系统而言，聚焦精度及稳定性直接影响取图质量差异。常规普通显微镜系统，需要通过目镜，人眼分辨图像清晰度，判断焦面位置信息。这样会引入人为因素误差，导致取图效果不一，直接影响图像效果评判，并且采图速度缓慢，不能满足快速自动化采图需求。因此对于全自动显微成像系统而言，在实现自聚焦功能同时，还需要保证具有较高聚焦重复精度，进而实现全自动量测功能。
2、自聚焦功能是由成像系统中的发射装置发出信号，然后由接收装置接收从被摄景物所反射回来的反馈信号并利用通过计算得到的信息进行自动对焦。常见的自聚焦系统，分为外置及同轴内置两种形式。对于外置辅助自聚焦装置，通常使用激光测距，光谱共焦等距离测量手段，反馈当前位置距离信息。但受限于本身聚焦精度及与物镜相对位置关系影响，其聚焦精度一般为μm级，适用于低倍镜检测，无法达到高倍镜聚焦精度要求。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种高精度双自聚焦装置、高精度显微成像系统和方法，以满足快速聚焦速度同时，提升聚焦精度的要求。
2、本说明书实施例提供以下技术方案：
3、一种高精度双自聚焦装置，包括：
4、第一光束单元，所述第一光束单元生成粗聚焦阶段所需第一光学信号；
5、第二光束单元，所述第二光束单元生成精聚焦阶段所需第二光学信号；
6、光路转折单元，用于将所述第一光
7、焦点检测单元，用于接收所述第一光学信号和所述第二光学信号并生成第一光学反馈信息和第二光学反馈信息；
8、聚焦分析单元，用于接收所述第一光学反馈信息和所述第二光学反馈信息并进行分析得出第一控制信号和第二控制信号；
9、控制单元，用于接收所述第一控制信号和所述第二控制信号并执行焦点调节操作；
10、其中，所述焦点检测单元为同轴内置辅助聚焦装置，所述第一光学反馈信息为半圆束激光光斑的位置大小及强弱信息，所述聚焦分析单元根据所述第一光学反馈信息生成第一控制信号，所述控制单元对所述焦点检测单元进行快速聚焦调节，所述第二光学反馈信息为光栅线条边缘图像的清晰度或灰度梯度，所述聚焦分析单元根据所述第二光学反馈信息生成第二控制信号，所述控制单元对所述焦点检测单元进行精确聚焦调节。
11、进一步地，所述第一光束单元包括用于输出第一光束的第一光源和用于遮挡所述第一光束的遮挡片；所述第二光束单元包括用于输出第二光束的第二光源、光栅、用于收光的第一透镜和第二透镜。
12、进一步地，所述光栅为线条型光栅、二维结构光栅，其栅格间距优选1-50um。
13、进一步地，所述第一光源和所述第二光源为led光源、氙灯、卤素灯、激光光源中一种或多种的组合，所述第一光源和所述第二光源为波段是单波长窄波宽红光或近红外波段的光源。
14、进一步地，所述第一光源和所述第二光源波长范围为620-780nm波段。
15、进一步地，所述光路转折单元包括分束比例为半透半反分束的分束镜，所述聚焦分析单元前连通对所述第一光源和所述第二光源单波通镀膜处理的窗口片。
16、进一步地，所述聚焦分析单元包括线扫相机、面阵相机、光电二极管阵中一种或多种的组合。
17、进一步地，所述聚焦分析单元在所述粗聚焦阶段的判断逻辑为：当所述半圆束激光光斑位置偏移、所述半圆束激光光斑变大和/或所述半圆束激光光斑变弱，此时调整所述焦点检测单元与待测样品间相对距离；在所述精聚焦阶段的判断逻辑为：当所述光栅线条边缘图像变清晰和/或所述光栅线条边缘图像灰度梯度变大，此时所述待测样品靠近聚焦位置。
18、此外，本专利技术还公开了一种高精度显微成像系统，包括
19、检测模块：用于获取待测样品的数据；
20、控制模块：用于控制显微镜的参数调节、处理所述待测样品的数据；
21、存储模块：用于存储所述显微镜的图像数据和相关数据；
22、其特征在于，还包括如上述任意一项的高精度双自聚焦装置。
23、进一步地，所述高精度双自聚焦装置的聚焦分析单元接至所述第一光束单元和/或第二光束单元的光路端。
24、进一步地，所述光路转折单元中聚焦光路和检测光路共用的分束镜为将窄波宽红光波段光源全反效果的分色镜，所述检测模块前连通对所述第一光源和所述第二光源具有全反效果的分色棱镜，所述检测模块中的探测器窗口片对第一光源和第二光源陷波全反镀膜处理。
25、此外，本专利技术还公开了一种高精度显微成像方法，包括如下步骤：
26、s1.第一光束单元生成粗聚焦阶段所需第一光学信号；
27、s2.所述第一光学信号在所述高精度双自聚焦装置中被传递至焦点检测单元生成第一光学反馈信息；
28、s3.所述第一光学反馈信息被传递至所述聚焦分析单元，分析得出第一控制信号；
29、s4.控制单元对所述焦点检测单元进行快速聚焦调节；
30、s5.第二光束单元生成精聚焦阶段所需第二光学信号；
31、s6.所述第二光学信号在所述高精度双自聚焦装置中被传递至所述焦点检测单元生成第二光学反馈信息；
32、s7.所述第二光学反馈信息被传递至所述聚焦分析单元，分析得出第二控制信号；
33、s8.所述控制单元对所述焦点检测单元进行精确聚焦调节；
34、s9.检测模块开始待测样品的检测。
35、进一步地，所述粗聚焦阶段根据半圆束激光光斑的位置大小及强弱信息进行控制：当所述半圆束激光光斑位置偏移、所述半圆束激光光斑变大和/或所述半圆束激光光斑变弱，此时调整所述焦点检测单元与待测样品间相对距离；当所述半圆束激光光斑位置不偏移、所述半圆束激光光斑变小和/或所述半圆束激光光斑变强，此时所述待测样品靠近聚焦位置。
36、进一步地，所述精聚焦阶段根据光栅线条边缘图像的清晰度或灰度梯度进行控制：当所述光栅线条边缘图像变清晰和/或所述光栅线条边缘图像灰度梯度变大，此时所述待测样品靠近聚焦位置。
37、与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：
38、1、本专利技术中高精度双自聚焦装置可在高倍物镜下实现双自聚焦效果，并且具有聚焦定位精度高，聚焦速度快的优势。解决了常规自聚焦系统聚焦定位精度低，重复定位精度差的问题。本专利技术满足高精度及高稳定性自聚焦要求，适用于对聚焦精度要求较高的半导体量测领域。
39、2、本专利技术中高精度双自聚焦装置的粗聚焦阶段采用半圆束激光光斑作为第一光学反馈信息，所述平行半圆激光光斑，具备激光方向一致性较好的优势，可在物镜焦深附近，更容易表现出显微镜的远焦或近焦位置，快速调整聚焦。
40、3、本专利技术中高精度双本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高精度双自聚焦装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的高精度双自聚焦装置，其特征在于，所述第一光束单元包括用于输出第一光束的第一光源和用于遮挡所述第一光束的遮挡片；所述第二光束单元包括用于输出第二光束的第二光源、光栅、用于收光的第一透镜和第二透镜。
3.根据权利要求2所述的高精度双自聚焦装置，其特征在于，所述光栅为线条型光栅、二维结构光栅，其栅格间距优选1-50um。
4.根据权利要求2所述的高精度双自聚焦装置，其特征在于，所述第一光源和所述第二光源为LED光源、氙灯、卤素灯、激光光源中一种或多种的组合，所述第一光源和所述第二光源为波段是单波长窄波宽红光或近红外波段的光源。
5.根据权利要求4所述的高精度双自聚焦装置，其特征在于，所述第一光源和所述第二光源波长范围为620-780nm波段。
6.根据权利要求1所述的高精度双自聚焦装置，其特征在于，所述光路转折单元包括分束比例为半透半反分束的分束镜，所述聚焦分析单元前连通对所述第一光源和所述第二光源单波通镀膜处理的窗口片。
7.根据权利要求1所
8.根据权利要求1所述的高精度双自聚焦装置，其特征在于，所述聚焦分析单元在所述粗聚焦阶段的判断逻辑为：当所述半圆束激光光斑位置偏移、所述半圆束激光光斑变大和/或所述半圆束激光光斑变弱，此时调整所述焦点检测单元与待测样品间相对距离；在所述精聚焦阶段的判断逻辑为：当所述光栅线条边缘图像变清晰和/或所述光栅线条边缘图像灰度梯度变大，此时所述待测样品靠近聚焦位置。
9.一种高精度显微成像系统，包括
10.根据权利要求9所述的高精度显微成像系统，其特征在于，所述高精度双自聚焦装置的聚焦分析单元接至所述第一光束单元和/或第二光束单元的光路端。
11.根据权利要求9所述的高精度显微成像系统，其特征在于，所述光路转折单元中聚焦光路和检测光路共用的分束镜为将窄波宽红光波段光源全反效果的分色镜，所述检测模块前连通对所述第一光源和所述第二光源具有全反效果的分色棱镜，所述检测模块中的探测器窗口片对第一光源和第二光源陷波全反镀膜处理。
12.一种高精度显微成像方法，其特征在于，包括如下步骤：
13.根据权利要求12所述的高精度显微成像方法，其特征在于，所述粗聚焦阶段根据半圆束激光光斑的位置大小及强弱信息进行控制：当所述半圆束激光光斑位置偏移、所述半圆束激光光斑变大和/或所述半圆束激光光斑变弱，此时调整所述焦点检测单元与待测样品间相对距离；当所述半圆束激光光斑位置不偏移、所述半圆束激光光斑变小和/或所述半圆束激光光斑变强，此时所述待测样品靠近聚焦位置。
14.根据权利要求12所述的高精度显微成像方法，其特征在于，所述精聚焦阶段根据光栅线条边缘图像的清晰度或灰度梯度进行控制：当所述光栅线条边缘图像变清晰和/或所述光栅线条边缘图像灰度梯度变大，此时所述待测样品靠近聚焦位置。
...【技术特征摘要】
1.一种高精度双自聚焦装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的高精度双自聚焦装置，其特征在于，所述第一光束单元包括用于输出第一光束的第一光源和用于遮挡所述第一光束的遮挡片；所述第二光束单元包括用于输出第二光束的第二光源、光栅、用于收光的第一透镜和第二透镜。
3.根据权利要求2所述的高精度双自聚焦装置，其特征在于，所述光栅为线条型光栅、二维结构光栅，其栅格间距优选1-50um。
4.根据权利要求2所述的高精度双自聚焦装置，其特征在于，所述第一光源和所述第二光源为led光源、氙灯、卤素灯、激光光源中一种或多种的组合，所述第一光源和所述第二光源为波段是单波长窄波宽红光或近红外波段的光源。
5.根据权利要求4所述的高精度双自聚焦装置，其特征在于，所述第一光源和所述第二光源波长范围为620-780nm波段。
6.根据权利要求1所述的高精度双自聚焦装置，其特征在于，所述光路转折单元包括分束比例为半透半反分束的分束镜，所述聚焦分析单元前连通对所述第一光源和所述第二光源单波通镀膜处理的窗口片。
7.根据权利要求1所述的高精度双自聚焦装置，其特征在于，所述聚焦分析单元包括线扫相机、面阵相机、光电二极管阵中一种或多种的组合。
8.根据权利要求1所述的高精度双自聚焦装置，其特征在于，所述聚焦分析单元在所述粗聚焦阶段的判断逻辑为：当所述半圆束激光光斑位置偏移、所述半圆束激光光斑变大和/或所述半圆束激光光斑变弱，此时调整所述焦点检测单元与待...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁安生，任晓静，
申请(专利权)人：魅杰光电科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：
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