[发明专利]自动对焦装置

说明书

本发明公开了一种自动对焦装置，包括：发射模块，其包括光源；反射模块，其包括反射镜，反射镜的边缘与光源的光轴相切，用于产生半圆形的偏心光束；准直镜模块，其包括准直镜，准直镜安装在反射镜与物镜的光路之间，并且准直镜的中心轴与物镜的光轴重合，光源与准直镜的反射焦点重合；以及接收模块，其包括光电传感器、信号处理电路和信号输出端。本发明通过反射镜的边缘与光源的光轴相切，巧妙地使得光源和光电传感器都能处于准直镜的焦点上，简化了光路设计，降低了硬件成本，提高了准确度。另外，本自动对焦装置通过对测量光的反射光进行处理运算，计算出离焦量，进而快速调整物镜的位置，减少了对焦所需的时间，提高自动对焦的速度和精度。

技术领域

本发明涉及显微成像技术，具体涉及一种用于基因测序仪或显微镜的自动对焦装置。

背景技术

随着生物技术的发展，对显微成像的要求也越来越高，需要对目标进行扫描成像。但是高倍数大数值孔径的物镜景深很小，通常只有几个微米，样本表面的起伏波动对成像有很大的影响，因此需要一个快速高精度的实时自动对焦装置。

目前用于显微镜以及基因测序仪的自动对焦方法大概分为两种，一种是使用图像分析方法找到最佳焦面，该方法需要进行后期的图像处理，缺点是速度慢，硬件以及算法成本高，无法实时对焦。特别是对于基因测序仪，芯片具有淬灭性，不能采取拍摄多张图片的方式；另外一种是使用激光三角测距法，该方法缺点是精度低。

现有技术中有一种对焦方法是采集多幅图像后通过不同的算法进行图像后处理，进而确定焦面的位置，如申请号为201510330475.1的发明专利《无刀口后焦偏置的偏心光束法主动离焦量探测装置及方法》、申请号为201510330496.3的发明专利《基于偏心光束法的自动对焦显微镜及其对焦方法》及申请号为201410183535.7的发明专利《用于显微镜的自动对焦方法和装置》，上述三种方法缺点是成本高、速度慢、不能实时对焦。

现有技术中的另一对焦方法是通过测距传感器测量计算物镜与样本的垂直距离实现自动对焦调整，如申请号为201310704218.0的发明专利《一种实时对焦的装置及方法》，该方法使用的测距传感器位于物镜一侧，对于高倍的物镜而言，物镜工作距离很短，测量光束不能接近物镜。这种方法实则为延时对焦，精度不高。

发明内容

本申请提供一种快速、高精度的实时自动对焦装置。

一种实施例中提供一种自动对焦装置，包括：

发射模块，其包括光源；

反射模块，其包括反射镜，反射镜的边缘与光源的光轴相切，用于产生半圆形的偏心光束；

准直镜模块，其包括准直镜，准直镜安装在反射镜与物镜的光路之间，并且准直镜的中心轴与物镜的光轴重合，光源与准直镜的反射焦点重合；

以及接收模块，其包括光电传感器、信号处理电路和信号输出端，光电传感器位于准直镜的焦点处，光电传感器、信号处理电路和信号输出端依次信号连接，光电传感器用于接收样本反射的信号光并生成相应的光信号，信号处理电路用于处理运算光信号，信号输出端用于输出处理后的光信号。

进一步地，光电传感器为二像元光电二极管，二像元光电二极管的两个像元以物镜的光轴为中心对称分布，二像元光电二极管根据两个像元的感光输出两路光信号。

进一步地，信号处理电路对二像元光电二极管输出的两路光信号进行放大、过滤和运算，运算包括求差、求和及差和求除运算，并分别运算得到求差信号、求和信号以及差和求除信号，信号输出端输出求差信号、求和信号以及差和求除信号。

进一步地，求差信号为DIFF＝M*(S1-S2)，求和信号为SUM＝M*(S1+S2)，差和求除信号为DIV＝(S1-S2)/(S1+S2)，其中，S1和S2为二像元光电二极管输出的两路光信号，M为放大倍数，并且M≥5000。