[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

说明书

本发明公开了一种多通道共轭窄带差动显微自动对焦装置及方法，该装置的信号分析处理模块通过读取由离焦量测量辅助相机和带有N个窄带波段透光微孔的挡光片结合采集到的一帧样品离焦图像，并对N个不同窄带波段的平均灰度值I_n进行差动处理得归一化差动信号，根据预先刻度的样品差动信号与离焦量之间的对应关系，便可快速获取样品当前离焦量大小及方向，载物台驱动控制模块根据实测离焦量将载物台快速移至样品聚焦面，实现自动对焦同时，信号分析处理模块通过图像获取相机所获取的样品图像为清晰聚焦图像。结构简单、安装方便，对焦范围大，对焦精度高，对焦效率高，进一步提高了显微自动对焦技术现有水平，能更好的满足市场需求。

技术领域

本发明属于显微光学成像与检测技术领域，具体涉及一种多通道共轭窄带差动显微自动对焦装置及方法。

背景技术

现有的显微自动对焦方法各存在自己的不足与适用范围。被动式显微自动对焦方法是直接根据成像结果进行调焦，主要包括离焦深度法和对焦深度法，被动式显微自动对焦方法主要存在的问题是，往往需要复杂的焦面搜索算法和图像清晰度评价算法。主动式显微自动对焦方法是通过借助额外硬件辅助设备来进行离焦量大小与方向的检测，往往需要复杂的安装过程或高精度的校准过程。如偏心光束法，在±500μm的工作范围内对焦精度可高达0.1μm。偏心光束法线性度好，测量范围大，但在实际光学系统中，入射激光束的直径对系统的灵敏度有一定影响；临界角法结构简单、灵敏度高，但工作范围太窄；激光三角法光学结构比较复杂，且对拦光板的位置安装精度要求较高；倾斜摄像头法由于需要特定的图像处理，对焦精度往往依赖于图像清晰度评价算法，速度与精度无法兼顾，且倾斜相机的倾斜角度需要高精度的标定过程。

因此，为进一步提高显微自动对焦技术现有水平，更好的满足市场需求，本发明将提供一种多通道共轭窄带差动显微自动对焦装置及方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种多通道共轭窄带差动显微自动对焦装置及方法，用于解决上述现有技术中存在的技术问题之一：被动式显微自动对焦方法是直接根据成像结果进行调焦，主要包括离焦深度法和对焦深度法，被动式显微自动对焦方法主要存在的问题是，往往需要复杂的焦面搜索算法和图像清晰度评价算法。主动式显微自动对焦方法是通过借助额外硬件辅助设备来进行离焦量大小与方向的检测，往往需要复杂的安装过程或高精度的校准过程。如偏心光束法，在±500μm的工作范围内对焦精度可高达0.1μm。偏心光束法线性度好，测量范围大，但在实际光学系统中，入射激光束的直径对系统的灵敏度有一定影响；临界角法结构简单、灵敏度高，但工作范围太窄；激光三角法光学结构比较复杂，且对拦光板的位置安装精度要求较高；倾斜摄像头法由于需要特定的图像处理，对焦精度往往依赖于图像清晰度评价算法，速度与精度无法兼顾，且倾斜相机的倾斜角度需要高精度的标定过程。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种多通道共轭窄带差动显微自动对焦装置，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、聚光镜、均匀准直光透镜、第一半反半透分光镜、物镜、待观测样品、高精度载物台；其中，复色光源经聚光镜、均匀准直光透镜作用后可获取均匀平行复色光，后由第一半反半透分光镜反射向下经物镜到达样品表面；

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、待观测样品、物镜、第一半反半透分光镜、第二半反半透分光镜、管镜、图像获取相机；所述图像获取相机与信号分析处理模块相连；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和物镜；其中，样品反射光束沿原路返回到第一半反半透分光镜，透过向上到达第二半反半透分光镜，经第二半反半透分光镜分光后，一路反射光经管镜进入图像获取相机，便于实时观测样品清晰图像；