[发明专利]一种多通道共轭窄带差动显微自动对焦装置及方法

权利要求书

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。

2.根据权利要求1所述的一种多通道共轭窄带差动显微自动对焦装置，其特征在于，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(13)与离焦量测量辅助相机(14)的连接方式为：含有N个透光微孔的挡光片(13)与离焦量测量辅助相机(14)的图像传感器紧密贴合，其中N≥2；

所述挡光片(13)大小要完全覆盖所述离焦量测量辅助相机(14)的图像传感器有效面积；所述挡光片(13)除了N个能透过不同窄带波段光的微孔，所述挡光片(13)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。

3.根据权利要求1所述的一种多通道共轭窄带差动显微自动对焦装置，其特征在于，所述色散管镜(12)为纵向色散管镜。

4.根据权利要求1所述的一种多通道共轭窄带差动显微自动对焦装置，其特征在于，所述离焦量测量模块的离焦量测量辅助相机(14)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(13)安装在与样品待测表面共轭位置。

5.一种多通道共轭窄带差动显微自动对焦方法，其特征在于，采用权利要求1-4任意一项所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(8)；

步骤2，调节所述高精度载物台(8)，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(15)读取离焦量测量辅助相机(14)结合N个不同波段透光微孔采集到的一帧样品离焦图像L，对该帧图像L进行去噪归一化处理，获取其中N个窄带波段微孔透光信号强度，即N个孤立透光微孔对应区域像素平均灰度值I_n；

步骤4，所述信号分析处理模块(15)对N个不同窄带波段的平均灰度值I_n进行差动处理，即：使它们两两相差获得差动信号δI_nn’，其中，n≠n’,n∈N，n’∈N；

步骤5，根据预先刻度的样品差动信号δI_nn’与离焦量δZ之间的对应关系，建立样品在本帧图像L采集时刻离焦量δZ大小及方向，其中，n≠n’,n∈N,n’∈N；

步骤6，所述信号分析处理模块(15)根据测得的离焦量δZ，调节所述高精度载物台(8)移动消除离焦量，实现自动对焦；

步骤7，所述信号分析处理模块(15)通过所述图像获取相机(11)获取的样品图像为聚焦清晰图像。