[发明专利]自动聚焦装置

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2009年10月16日提交的美国临时申请NO.61/252,263的优先权，其内容通过引用而结合在本文中。

技术领域

本发明一般地涉及一种显微镜装置，尤其涉及一种为获得合适聚焦而自动调整载台位置的技术。

背景技术

就像所有的光学系统一样，显微镜承受了由于成像透镜（物镜）的放大倍率和NA（数值孔径）的增加带来的景深的减少。当使用显微镜时，使用者要负责通过相对于物镜来移动样品而获得样品的合适的聚焦。当显微镜是自动化的，并且使用者不再参与到观察每个图像时，就需要一种自动聚焦的方法。在相关技术领域中，已经有通过测定前透镜和容器（例如，载片，孔板等等）底部的距离来获得自动聚焦方法的描述。这种技术是基于从第一表面反射的光束并测量该反射。但是这种技术的不足之处在于，如果样品所放置的容器的厚度不均匀，如同在大多数的塑料制品中一样，那么所产生的图像就会以基片的偏差量偏离焦点。

细胞的图像依赖于在玻璃或者塑料基片底部的细胞的生长。细胞平行于表面生长，并且分泌使得它们附着于基片的蛋白质。为了保持细胞的生长，加入有丰富营养的液体培养基来供给细胞并且保持合适的生理条件。在这个方案中，塑料的表面用一种用于检测细胞的位置的水溶液覆盖。塑料和液体之间折射率的改变可以通过使用低噪声、高灵敏度的反射光装备来确定。

发明内容

在本发明的实施例中，提供一种自动聚焦显微镜装置。该装置包括，光源；分束器，用于将由所述光源发出的光束分成光信号的第一部分和光信号的第二部分；具有第一端口，第二端口和第三端口的光纤环形器；其中在光纤环形器中的光信号仅从第一端口传播到第二端口以及从第二端口传播到第三端口；其中光纤环形器与光信号的第二部分在第一端口处耦合；光准直仪用于将从光纤环形器的第二端口输出的光线通过分色镜和显微镜物镜直接导向到样品上，其中样品是放置在可调整的显微镜载台上；平衡检波器，用于将从样品放置的基片反射离开的光信号转换成模拟电压信号，其中反射光信号被显微镜物镜捕获并通过分色镜、光准直仪，再从光纤环形器的第二端口输入且从第三端口输出，从而被送到平衡检波器；其中平衡检波器使用光信号的第一部分作为输入，微处理器用于处理来自平衡检波器的模拟电压信号。

在本发明的另一个实施例中，提供一种自动聚焦显微镜装置。该装置包括，光源，具有第一端口，第二端口和第三端口的光纤环形器；其中，光纤环形器中的光信号仅从所述第一端口传播到所述第二端口以及从第二端口传播到第三端口传输；其中光纤环形器在第一端口与光源发出的光信号耦合，光准直仪用于将从光纤环形器的第二端口输出的光通过分色镜和显微镜物镜导向到样品上，其中样品是放置在可调整的显微镜载台上；光电二极管检测器，用于将从放置样品的基片上反射离开的光信号转换成模拟电压信号，其中，反射光信号通过所述显微镜物镜被捕获，并且通过分色镜、光准直仪，再从光纤环形器的第二端口输入，并从光纤环形器的第三端口输出，从而被发送到光电二极管检测器，以及用于处理来自光电二极管检测器的模拟电压信号的微处理器。

在本发明的又一个实施例中，提供一种操作显微镜装置的方法。该方法包括以下步骤：向分束器发出一束光，该分束器用于将光束分成光信号的第一部分和光信号的第二部分；将光信号的第一部分输入到平衡检波器；将光纤环形器在第一端口与光信号的第二部分耦合，在第二端口与光准直仪耦合，在第三端口与平衡检波器耦合，其中光纤环形器中的光信号仅从第一端口传输到第二端口以及从第二端口传输到第三端口；利用光准直仪将从光纤环形器第二端口的光束通过分色镜和显微镜物镜导向到样品上，其中样品放置在可调整的显微镜载台上；通过显微镜物镜捕获反射的光束信号并通过光准直仪、再从光纤环形器的第二端口输入，且从第三端口输出，从而将反射光束信号发送到平衡检波器；利用平衡检波器将从样品放置的基片上反射的光信号转换为模拟电压信号，并且对平衡检波器的输出进行处理。

在一个实施例中，本发明可以作为自动聚焦显微镜装置来实现。微处理器可以根据平衡检波器的输出以及来自可调整的显微镜台的定位反馈产生用于移动可调整的显微镜台的位置的命令，以达到需要的光学聚焦。

在另一个实施例中，本发明可以作为跟踪装置来实现。微处理器可以连续监控模拟电压信号并且产生为了保持与样品的特定距离的命令，或者其中微处理器连续监控电压信号并且寻找样品和显微镜物镜之间的距离的改变，以将来自检波器的电压最大化，或者将电压保持在一个指定点。

在另一个实施例中，微处理器可以基于模拟电压信号以及定位反馈来确定样品的位置。