一種自聚焦光路系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種自聚焦光路系統(tǒng)，其包括對焦光源、集光鏡、擋片、聚光鏡、第一物鏡或第一物鏡組件、第二物鏡及相機，所述集光鏡位于所述對焦光源和擋片之間，所述擋片位于所述聚光鏡和集光鏡之間，所述對焦光源位于所述集光鏡的焦面上，所述擋片位于所述聚光鏡物方焦平面上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的自聚焦光路系統(tǒng)，其對焦精準，也可縮短對焦回程距離，節(jié)約對焦時間，并且能夠有效避免第一物鏡或第一物鏡組件與探測目標相撞的情況出現(xiàn)。
【專利說明】
一種自聚焦光路系統(tǒng)【

【技術(shù)領(lǐng)域】
】
[0001]本發(fā)明涉及顯微鏡領(lǐng)域，尤其涉及一種自聚焦光路系統(tǒng)。
【【背景技術(shù)】】
[0002]光學(xué)顯微鏡由載物臺、照明系統(tǒng)、物鏡，目鏡和調(diào)焦機構(gòu)等組成。利用調(diào)焦控制器可以驅(qū)動調(diào)焦機構(gòu)，使物鏡升降運動，從而使被觀察物體能清晰成象。
[0003]以前在電動平移臺上下移動物鏡進行自動對焦過程中，相機為了準確判定最佳清晰成像點，電動平移臺在移動到最佳對焦點后還會移動一段距離S，在使用高倍物鏡時，由于物鏡工作距離很短，在移動S這段距離時可能會出現(xiàn)物鏡與探測目標相撞的情況；并且由于電動平移臺在整個過程中移動較慢，對焦過程中較費時間，如果平移臺移動較快又會影響對焦精度和出現(xiàn)物鏡與探測目標相撞的情況。
[0004]因此，有必要對現(xiàn)有技術(shù)提出一種新的改進方案。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種自聚焦光路系統(tǒng)，其對焦精準，節(jié)約對焦時間，并且能夠避免物鏡與探測目標相撞的情況出現(xiàn)。
[0006]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種自聚焦光路系統(tǒng)，其包括對焦光源、集光鏡、擋片、聚光鏡、第一物鏡或第一物鏡組件、第二物鏡及相機，所述集光鏡位于所述對焦光源和擋片之間，所述擋片位于所述聚光鏡和集光鏡之間，所述對焦光源位于所述集光鏡的焦面上，所述擋片位于所述聚光鏡物方焦平面上，
[0007]自聚焦時，所述對焦光源打開，所述對焦光源產(chǎn)生的光束依次經(jīng)過所述集光鏡、所述擋片、所述聚光鏡、第一物鏡或第一物鏡組件投射到探測目標上以形成擋片像，在探測目標上的擋片像再經(jīng)第一物鏡或第一物鏡組件和第二物鏡成像在相機上，所述相機感應(yīng)所述擋片像得到擋片圖像，
[0008]基于擋片圖像的清晰度來逐步調(diào)整第一物鏡或第一物鏡組件的位置直到所述擋片圖像的清晰度為最高。
[0009]作為本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例，其還包括有:圖像處理單元、對焦控制單元和對焦驅(qū)動單元，
[0010]所述對焦驅(qū)動單元，以預(yù)定步長來逐步調(diào)整所述第一物鏡或第一物鏡組件相對于所述探測目標的距離，所述相機在所述第一物鏡或第一物鏡組件的每個位置都得到該位置對應(yīng)的擋片圖像，
[0011]所述圖像處理單元對第一物鏡或第一物鏡組件的每個位置的擋片圖像進行圖像分析以得到所述擋片圖像的清晰度，
[0012]所述對焦控制單元基于第一物鏡或第一物鏡組件的各個位置的擋片圖像的清晰度找到最高清晰度的擋片圖像對應(yīng)的第一物鏡或第一物鏡組件的位置，并控制所述對焦驅(qū)動單元將第一物鏡或第一物鏡組件調(diào)整至最高清晰度的擋片圖像對應(yīng)的第一物鏡或第一物鏡組件的位置。
[0013]作為本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例，自聚焦開始時，所述對焦控制單元控制所述對焦驅(qū)動單元將第一物鏡或第一物鏡組件驅(qū)動至遠離所述探測目標的初始位置，
[0014]在自聚焦開始后，所述對焦控制單元控制所述對焦驅(qū)動單元以預(yù)定步長將第一物鏡或第一物鏡組件逐步朝向所述探測目標移動，此時所述對焦控制單元基于依次得到的第一物鏡或第一物鏡組件的各個位置的擋片圖像的清晰度確定所述擋片圖像的清晰度是否已經(jīng)經(jīng)過最高值，在確定所述擋片圖像的清晰度已經(jīng)最高值后，所述對焦控制單元控制所述對焦驅(qū)動單元以預(yù)定步長將第一物鏡或第一物鏡組件逐步遠離所述探測目標移動直到到達最高清晰度的擋片圖像對應(yīng)的第一物鏡或第一物鏡組件的位置。
[0015]進一步的，本發(fā)明一種自聚焦光路系統(tǒng)，其包括對焦光源、集光鏡、第一擋片、第二擋片、聚光鏡、第一物鏡或第一物鏡組件、第二物鏡及相機，所述集光鏡位于所述對焦光源和第一擋片之間，所述第一擋片和第二擋片位于所述聚光鏡和集光鏡之間，所述對焦光源位于所述集光鏡的焦面上，所述第一擋片位于所述聚光鏡物方焦平面上，
[0016]自聚焦時，所述對焦光源打開，所述對焦光源產(chǎn)生的光束依次經(jīng)過所述集光鏡、第一擋片、第二擋片、聚光鏡、第一物鏡或第一物鏡組件投射到探測目標上以形成第一擋片像和第二擋片像，在探測目標上的第一擋片像和第二擋片像再經(jīng)第一物鏡或第一物鏡組件和第二物鏡成像在相機上，所述相機感應(yīng)所述第一擋片像和第二擋片像得到第一擋片圖像和第二擋片圖像，
[0017]基于第一擋片圖像和第二擋片圖像的清晰度來逐步調(diào)整第一物鏡或第一物鏡組件的位置直到第一擋片圖像的清晰度為最高。
[0018]作為本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例，其還包括有:圖像處理單元、對焦控制單元和對焦驅(qū)動單元，
[0019]所述對焦驅(qū)動單元，以預(yù)定步長來逐步調(diào)整所述第一物鏡或第一物鏡組件相對于所述探測目標的距離，所述相機在所述第一物鏡或第一物鏡組件的每個位置都得到該位置對應(yīng)的第一擋片圖像和第二擋片圖像，
[0020]所述圖像處理單元對第一物鏡或第一物鏡組件的每個位置的第一擋片圖像和第二擋片圖像進行圖像分析以得到第一擋片圖像的清晰度和第二擋片圖像的清晰度，
[0021]所述對焦控制單元基于第一物鏡或第一物鏡組件的各個位置的第二擋片圖像和第一擋片圖像的清晰度找到最高清晰度的第一擋片圖像對應(yīng)的第一物鏡或第一物鏡組件的位置，并控制所述對焦驅(qū)動單元將第一物鏡或第一物鏡組件調(diào)整至最高清晰度的第一擋片圖像對應(yīng)的第一物鏡或第一物鏡組件的位置。
[0022]作為本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例，自聚焦開始時，所述對焦控制單元控制所述對焦驅(qū)動單元將第一物鏡或第一物鏡組件驅(qū)動至遠離所述探測目標的初始位置，
[0023]在自聚焦開始后，所述對焦控制單元控制所述對焦驅(qū)動單元以第一預(yù)定步長將第一物鏡或第一物鏡組件逐步朝向所述探測目標移動，此時所述對焦控制單元基于依次得到的第一物鏡或第一物鏡組件的各個位置的第二擋片圖像的清晰度確定所述第二擋片圖像的清晰度是否已經(jīng)經(jīng)過最高值，在確定所述第二擋片圖像的清晰度已經(jīng)最高值后，所述對焦控制單元控制所述對焦驅(qū)動單元以第二預(yù)定步長將第一物鏡或第一物鏡組件逐步朝向所述探測目標移動，此時所述對焦控制單元基于依次得到的第一物鏡或第一物鏡組件的各個位置的第一擋片圖像的清晰度確定所述第一擋片圖像的清晰度是否已經(jīng)經(jīng)過最高值，在確定所述第一擋片圖像的清晰度已經(jīng)最高值后，所述對焦控制單元控制所述對焦驅(qū)動單元以第一預(yù)定步長將第一物鏡或第一物鏡組件逐步遠離所述探測目標移動直到到達最高清晰度的第一擋片圖像對應(yīng)的第一物鏡或第一物鏡組件的位置。
[0024]作為本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例，在自聚焦完成后，關(guān)閉對焦光源，開啟照明光源。
[0025]作為本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例，所述照明光源產(chǎn)生的光束經(jīng)第二集光鏡后通過孔徑光闌，經(jīng)所述孔徑光闌限制的光束通過所述聚光鏡將光束成像在所述第一物鏡或第一物鏡組件的后焦面上，聚集到所述第一物鏡或第一物鏡組件后焦面上的光束通過所述第一物鏡或第一物鏡組件平行出射到探測目標上以在探測目標上形成均勻的光斑。
[0026]作為本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例，所述擋片為一個半圓片，所述擋片平面垂直于光軸，所述擋片位于所述光軸上方，所述光軸穿過所述擋片的圓心，所述擋片上開設(shè)有通孔，所述通孔占所述擋片的二分之一，所述擋片與所述第一物鏡或物鏡組件的物平面是呈共軛關(guān)系。
[0027]作為本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例，所述第一擋片和第二擋片均為半圓片，所述第一擋片和第二擋片的大小和形狀相同，
[0028]所述第一擋片位于光軸的正上方，其平面與光軸垂直，
[0029]所述第二擋片位于光軸的正下方，其平面與光軸垂直，所述第一擋片和第二擋片沿光軸方向上相距Λ L呈平行設(shè)置，所述第一擋片和第二擋片之間的垂直距離等于第一擋片或第二擋片直徑的三分之一。
[0030]作為本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例，自聚焦過程中圖像清晰度的算法包括空域評價函數(shù)算法和頻域評價函數(shù)算法，
[0031]所述空域評價函數(shù)算法的計算過程如下:所述擋片像中的每個象素點為(x，y)，梯度值為I ▽ f(x，y) I，取擋片像中每一象素點的梯度值的總和為:
[。。32] ΣΙ▽到=Σ掘、〔|:
[0033]用差分絕對值代替乘方和開方，即對點(X，y)及其鄰近點的灰度作差分運算，提取該點灰度值的變化大小，得出圖像灰度差分絕對值之和算子:
[0034]G= f (x, y) -f (x+1, y) | +f (x, y) -f (x, y+1)
[0035]= max Σ Σ C
X y
[0036]其中，Dtl所對應(yīng)的位置即為聚焦位置；
[0037]所述頻域評價函數(shù)算法過程如下:所述擋片像的大小為MXN，其中M為擋片像的行數(shù)，N為擋片像的列數(shù)，則二維離散傅里葉變換為:
I M-1 AM「(Y v Y
[0038]F{u,v)--V V f (x, v) exp - ]2π —^+^―
V } MN ^_ [mu Nv )_
[0039]其傅里葉譜為
[0040]F(u, v) I = [R2 (u, v)+I2(u, v)]1/2
[0041]能量譜為:
[0042]P (u, V) = IF (u, V) 12 = R2 (u, v) +I2 (u, v)
[0043]fO^maxZ Zy^v')
U V
[0044]其中，R(u，v)和I(u，v)分別是傅里葉變換的實部和虛部；匕所對應(yīng)的位置即為聚焦位置。
[0045]作為本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例，其還包括電磁控制單元，當自聚焦完成后，所述電磁控制單元控制所述擋片遠離所述自聚焦光路系統(tǒng)，所述對焦光源實現(xiàn)照明。
[0046]作為本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例，所述電磁控制單元包括電磁鐵，當自聚焦完成后，所述地磁控制單元控制所述電磁鐵通電，所述電磁鐵產(chǎn)生磁性吸附所述擋片，使得擋片遠離所述自聚焦光路系統(tǒng)，所述對焦光源實現(xiàn)照明。
[0047]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的自聚焦光路系統(tǒng)，其對焦精準，也可縮短對焦回程距離，節(jié)約對焦時間，并且能夠有效避免第一物鏡或第一物鏡組件與探測目標相撞的情況出現(xiàn)。
[0048]關(guān)于本發(fā)明的其他目的，特征以及優(yōu)點，下面將結(jié)合附圖在【具體實施方式】中詳細描述。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0049]結(jié)合參考附圖及接下來的詳細描述，本發(fā)明將更容易理解，其中同樣的附圖標記對應(yīng)同樣的結(jié)構(gòu)部件，其中:
[0050]圖1是本發(fā)明的自聚焦光路系統(tǒng)在一個具體實施例中的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0051]圖2是圖1中擋片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052]圖3是本發(fā)明的自聚焦光路系統(tǒng)與照明光源結(jié)合的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0053]圖4是圖3的照明光源的光路原理示意圖；
[0054]圖5是本發(fā)明的自聚焦光路系統(tǒng)在另一個具體實施例中的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0055]圖6是圖5中擋片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0056]圖7是圖6的右視圖；
[0057]圖8是承載本發(fā)明的自聚焦光路系統(tǒng)的承載主體部的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0058]圖9是本發(fā)明的自聚焦光路系統(tǒng)位于圖8中承載主體部上的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0059]圖10是本發(fā)明的自聚焦光路系統(tǒng)在再一個具體實施例中的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0060]圖11是圖10中環(huán)形光源的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0061]圖12為圖11的剖視圖，
[0062]其中，I為對焦光源、2為集光鏡、3為擋片、311為通孔、4為聚光鏡、5為第一物鏡或第一物鏡組件、6為探測目標、7為第二物鏡、8為相機、9為第一分光鏡、10為第一反射鏡、11為第二反射鏡、12為第二分光鏡、13為光軸、14為第一擋片、15為第二擋片、16為照明光源、17為第二集光鏡、18為第三反射鏡、19為孔徑光闌、20為第四反射鏡、21為視場光闌、22為平板、221為開孔、23為光束、24為第一物鏡或第一物鏡組件的后焦面、25為環(huán)形光源、251為PCB板、252為LED芯片、253為內(nèi)環(huán)擋板、254為外環(huán)擋板、255為第一環(huán)形通道、256為第三通道、26為環(huán)形單透鏡、261為第二環(huán)形通道、27為暗場環(huán)形拋物面反射鏡?！尽揪唧w實施方式】】
[0063]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0064]此處所稱的“一個實施例”或“實施例”是指與所述實施例相關(guān)的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性至少可包含于本發(fā)明至少一個實現(xiàn)方式中。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的“在一個實施例中”并非必須都指同一個實施例，也不必須是與其他實施例互相排斥的單獨或選擇實施例。此外，表示一個或多個實施例的方法、流程圖或功能框圖中的模塊順序并非固定的指代任何特定順序，也不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。
[0065]請參閱圖1，其為本發(fā)明的自聚焦光路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。所述自聚焦光路系統(tǒng)包括對焦光源1、集光鏡2、擋片3、聚光鏡4、第一物鏡或第一物鏡組件5、第二物鏡7及相機8。所述集光鏡2位于所述對焦光源I和擋片3之間，所述擋片3位于所述聚光鏡4和集光鏡2之間，所述對焦光源I位于所述集光鏡4的焦面上，所述擋片3位于所述聚光鏡4物方焦平面上。自聚焦時，所述對焦光源I打開，所述對焦光源I產(chǎn)生的光束依次經(jīng)過所述集光鏡2、所述擋片3、所述聚光鏡4、第一物鏡或第一物鏡組件5投射到探測目標6上以形成擋片像，在探測目標6上的擋片像再經(jīng)第一物鏡或第一物鏡組件5和第二物鏡7成像在相機8上，所述相機8感應(yīng)所述擋片像得到擋片圖像，基于擋片圖像的清晰度來逐步調(diào)整第一物鏡或第一物鏡組件5的位置直到所述擋片圖像的清晰度為最高。
[0066]本發(fā)明的自聚焦光路系統(tǒng)還包括圖像處理單元(未圖示)、對焦控制單元(未圖示)和對焦驅(qū)動單元(未圖示)。
[0067]所述對焦驅(qū)動單元，以預(yù)定步長來逐步調(diào)整所述第一物鏡或第一物鏡組件5相對于所述探測目標6的距離，所述相機8在所述第一物鏡或第一物鏡組件5的每個位置都得到該位置對應(yīng)的擋片圖像。
[0068]所述圖像處理單元對第一物鏡或第一物鏡組件5的每個位置的擋片圖像進行圖像分析以得到所述擋片圖像的清晰度。
[0069]所述對焦控制單元基于第一物鏡或第一物鏡組件5的各個位置的擋片圖像的清晰度找到最高清晰度的擋片圖像對應(yīng)的第一物鏡或第一物鏡組件5的位置，并控制所述對焦驅(qū)動單元將第一物鏡或第一物鏡組件5調(diào)整至最高清晰度的擋片圖像對應(yīng)的第一物鏡或第一物鏡組件5的位置。自聚焦開始時，所述對焦控制單元控制所述對焦驅(qū)動單元將第一物鏡或第一物鏡組件5驅(qū)動至遠離所述探測目標6的初始位置。
[0070]在自聚焦開始后，所述對焦控制單元控制所述對焦驅(qū)動單元以預(yù)定步長將第一物鏡或第一物鏡組件5逐步朝向所述探測目標6移動，此時所述對焦控制單元基于依次得到的第一物鏡或第一物鏡組件5的各個位置的擋片圖像的清晰度確定所述擋片圖像的清晰度是否已經(jīng)經(jīng)過最高值，在確定所述擋片圖像的清晰度已經(jīng)最高值后，所述對焦控制單元控制所述對焦驅(qū)動單元以預(yù)定步長將第一物鏡或第一物鏡組件5逐步遠離所述探測目標6移動直到到達最高清晰度的擋片圖像對應(yīng)的第一物鏡或第一物鏡組件5的位置。
[0071]在該實施例中所述探測目標6為被檢測物，在其他實施例中，該探測目標不僅限于被檢測物。
[0072]請參閱圖2，其為圖1中擋片的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1至圖2所示，在該實施例中，所述擋片3為一個半圓片，所述半圓片3平面垂直于光軸13，所述半圓片3位于所述光軸13上方，所述光軸13穿過所述半圓片3的圓心，所述擋片3上開設(shè)有通孔311，所述通孔311占所述半圓片3的二分之一，所述半圓片3與所述第一物鏡或物鏡組件5的物平面是呈共軛關(guān)系。
[0073]自調(diào)焦時，首先將所述對焦光源I打開，所述對焦光源I產(chǎn)生的光束經(jīng)所述集光鏡2折射后變成平行光束投射到所述擋片3上，部分光束被所述擋片3遮擋，部分光束通過所述擋片3上的通孔311經(jīng)聚光鏡4投射到所述第一物鏡或第一物鏡組件5上，再經(jīng)所述第一物鏡或第一物鏡組件5成像到被檢測物6上以形成擋片像，此時擋片像在被檢測物6上顯示為亮面和暗面(未圖示)，在被檢測物6上的擋片像由被檢測物6反射通過第一物鏡或第一物鏡組件5和第二物鏡7成像在相機8上，所述相機8感應(yīng)所述擋片像得到擋片圖像，然后基于擋片圖像的清晰度來逐步調(diào)整第一物鏡或第一物鏡組件5的位置直到所述擋片圖像的清晰度為最高，此時即是對焦最準確的時候，關(guān)閉所述對焦光源1，完成調(diào)焦。
[0074]在自聚焦完成后，關(guān)閉對焦光源，開啟照明光源。請參閱圖3，其為本發(fā)明的自聚焦光路系統(tǒng)與照明光源結(jié)合的結(jié)構(gòu)示意圖。在自聚焦完成后，關(guān)閉對焦光源1，開啟照明光源16。所述照明光源16產(chǎn)生的光束經(jīng)第二集光鏡17后通過孔徑光闌19，經(jīng)所述孔徑光闌19限制的光束通過所述聚光鏡4將光束成像在所述第一物鏡或第一物鏡組件5的后焦面上，聚集到所述第一物鏡或第一物鏡組件5后焦面上的光束通過所述第一物鏡或第一物鏡組件5平行出射到探測目標6上以在探測目標6上形成均勻的光斑。
[0075]請參閱圖4，其為圖3的照明光源的光路原理示意圖。所述聚光鏡4和第一物鏡或第一物鏡組件5之間設(shè)置有視場光闌21，所述照明光源16發(fā)出的光束23經(jīng)過所述第二集光鏡17、孔徑光闌19、聚光鏡4及視場光闌21成像在所述第一物鏡或第一物鏡組件5的后焦面24上。
[0076]在一個實施例中，本發(fā)明的自聚焦光路系統(tǒng)還包括電磁控制單元，所述電磁控制單元(未圖示)包括電磁鐵(未圖示)，當自聚焦完成后，所述電磁控制單元控制所述電磁鐵通電，所述電磁鐵產(chǎn)生磁性吸附所述擋片3，使得擋片3遠離所述自聚焦光路系統(tǒng)，此時所述對焦光源I可作為照明光源實現(xiàn)照明作用，不僅實現(xiàn)了對焦精準，而且可實現(xiàn)對焦光源和照明光源合二為一，節(jié)約了資源，降低了生產(chǎn)成本，也提高了生產(chǎn)效率。
[0077]請參閱圖5，圖5為本發(fā)明的自聚焦光路系統(tǒng)在另一個具體實施例中的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所不，自聚焦光路系統(tǒng)包括對焦光源1、集光鏡2、第一擋片14、第二擋片15、聚光鏡4、第一物鏡或第一物鏡組件5、第二物鏡7及相機8。所述集光鏡2位于所述對焦光源I和第一擋片14之間,所述第一擋片14和第二擋片15位于所述聚光鏡4和集光鏡2之間，所述對焦光源I位于所述集光鏡2的焦面上，所述第二擋片15位于所述聚光鏡4物方焦平面上。
[0078]自聚焦時，所述對焦光源I打開，所述對焦光源I產(chǎn)生的光束依次經(jīng)過所述集光鏡2、第一擋片14、第二擋片15，所述聚光鏡4、第一物鏡或第一物鏡組件5投射到探測目標6上以形成第一擋片像和第二擋片像，在探測目標6上的第一擋片像和第二擋片像再經(jīng)第一物鏡或第一物鏡組件5和第二物鏡7成像在相機8上，所述相機8感應(yīng)所述第一擋片像和第二擋片像得到第一擋片圖像和第二擋片圖像，基于第一擋片圖像和第二擋片圖像的清晰度來逐步調(diào)整第一物鏡或第一物鏡組件5的位置直到第一擋片圖像的清晰度為最高。
[0079]在該實施例中，所述自聚焦光路系統(tǒng)還包括圖像處理單元(未圖示)、對焦控制單元(未圖示)和對焦驅(qū)動單元(未圖示)。
[0080]所述對焦驅(qū)動單元，以預(yù)定步長來逐步調(diào)整所述第一物鏡或第一物鏡組件5相對于所述探測目標6的距離，所述相機8在所述第一物鏡或第一物鏡組件5的每個位置都得到該位置對應(yīng)的第一擋片圖像和第二擋片圖像。
[0081]所述圖像處理單元對第一物鏡或第一物鏡組件5的每個位置的第一擋片圖像和第二擋片圖像進行圖像分析以得到第一擋片圖像的清晰度和第二擋片圖像的清晰度。
[0082]所述對焦控制單元基于第一物鏡或第一物鏡組件5的各個位置的第二擋片圖像和第一擋片圖像的清晰度找到最高清晰度的第一擋片圖像對應(yīng)的第一物鏡或第一物鏡組件5的位置，并控制所述對焦驅(qū)動單元將第一物鏡或第一物鏡組件5調(diào)整至最高清晰度的第一擋片圖像對應(yīng)的第一物鏡或第一物鏡組件5的位置。
[0083]自聚焦開始時，所述對焦控制單元控制所述對焦驅(qū)動單元將第一物鏡或第一物鏡組件5驅(qū)動至遠離所述探測目標6的初始位置，
[0084]在自聚焦開始后，所述對焦控制單元控制所述對焦驅(qū)動單元以第一預(yù)定步長將第一物鏡或第一物鏡組件5逐步朝向所述探測目標6移動，此時所述對焦控制單元基于依次得到的第一物鏡或第一物鏡組件5的各個位置的第二擋片圖像的清晰度確定所述第二擋片圖像的清晰度是否已經(jīng)經(jīng)過最高值，在確定所述第二擋片圖像的清晰度已經(jīng)最高值后，所述對焦控制單元控制所述對焦驅(qū)動單元以第二預(yù)定步長將第一物鏡或第一物鏡組件5逐步朝向所述探測目標6移動，此時所述對焦控制單元基于依次得到的第一物鏡或第一物鏡組件5的各個位置的第一擋片圖像的清晰度確定所述第一擋片圖像的清晰度是否已經(jīng)經(jīng)過最高值，在確定所述第一擋片圖像的清晰度已經(jīng)最高值后，所述對焦控制單元控制所述對焦驅(qū)動單元以第一預(yù)定步長將第一物鏡或第一物鏡組件5逐步遠離所述探測目標6移動直到到達最高清晰度的第一擋片圖像對應(yīng)的第一物鏡或第一物鏡組件5的位置。
[0085]請參閱圖6，其為圖5中擋片的結(jié)構(gòu)示意圖。請參閱圖7，其為圖6的右視圖。如圖5至7所示，在該實施例中，所述擋片為兩個半圓片，其分別為第一擋片14和第二擋片15，所述第一擋片14和第二擋片15的大小和形狀相同。
[0086]所述第一擋片14位于光軸13的正上方，其平面與光軸13垂直，所述第二擋片15位于光軸的正下方，其平面與光軸13垂直，所述第一擋片14和第二擋片15沿光軸13方向上相距Λ L呈平行設(shè)置，所述第一擋片14和第二擋片15之間的垂直距離等于第一擋片14或第二擋片15直徑的三分之一。
[0087]本發(fā)明在進行自聚焦的過程中，自聚焦過程中圖像清晰度的算法包括空域評價函數(shù)算法和頻域評價函數(shù)算法。
[0088]所述空域評價函數(shù)算法的計算過程如下:所述擋片像中的每個象素點為U，y)，梯度值為I ▽ f(x，y) I，取擋片像中每一象素點的梯度值的總和為:
—Σ|ν/Μ=Σ!.〔| J
[0090] 用差分絕對值代替乘方和開方，即對點(X，y)及其鄰近點的灰度作差分運算，提取該點灰度值的變化大小，得出圖像灰度差分絕對值之和算子:
[0091 ] G= I f (x, y) -f (x+1, y) I +1 f (x, y) ~f (x, y+1)
[0092]A) = max Σ Σ G
XV
[0093]其中，Dtl所對應(yīng)的位置即為聚焦位置；
[0094]所述頻域評價函數(shù)算法過程如下:所述擋片像的大小為MXN，其中M為擋片像的行數(shù)，N為擋片像的列數(shù)，則二維離散傅里葉變換為:
I M-1 N-1「廣 χY
_5] Η^) = — Σ Z/(x,v)exp^-12^—
[0096]其傅里葉譜為
[0097]IF (U，V) I = [R2 (U，V)+I2 (U，V)]1/2
[0098]能量譜為:
[0099]P (U，V) = F (U，V) 12 = R2 (u, v) +I2 (u, v)
[0100]Fo = niax Σ ΣΡ(ι,，ν)
UV
[0101]其中，R(u，v)和I(u，v)分別是傅里葉變換的實部和虛部A所對應(yīng)的位置即為聚焦位置。
[0102]本發(fā)明中，所述對焦光源I和照明光源16都為面光源。
[0103]需要說明的是，本發(fā)明中，在所述擋片3與聚光鏡4之間設(shè)置有第一分光鏡9，在所述聚光鏡4和第一物鏡或第一物鏡組件5之間設(shè)置有第一反射鏡10、第二反射鏡11和第二分光鏡12,在所述第二集光鏡17和第一分光鏡9之間設(shè)置有第三反射鏡18和第四反射鏡20。其中，加入的第一反射鏡10、第二反射鏡11、第三反射鏡18及第四反射鏡20能使整個物空間理想成像，并且物與像大小相等、形狀對稱，不影響光學(xué)照明效果，起到光路無損偏折的效果；加入的第一分光鏡9和第二分光鏡12是一種半反半透的平面鏡，它能按一定比例反射和透射入射光，能起到光路復(fù)用的作用。本發(fā)明加入的第一反射鏡10、第二反射鏡11、第三反射鏡18、第四反射鏡20、第一分光鏡9和第二分光鏡12在不影響效果的情況下，使光路結(jié)構(gòu)更加緊湊。本發(fā)明對加入的反射鏡和分光鏡的數(shù)量、形狀及設(shè)置位置不做限制，可根據(jù)實際情況而定。
[0104]請參閱圖8，其為承載本發(fā)明的自聚焦光路系統(tǒng)的承載主體部的結(jié)構(gòu)示意圖。在該實施例中，所述承載本體部為平板22，所述平板22上開設(shè)有若干個開孔221。請參閱圖9，其為本發(fā)明的自聚焦光路系統(tǒng)位于圖8中承載主體部上的結(jié)構(gòu)示意圖。所述平板22上通過開孔221固定安裝有所述對焦光源1、集光鏡2、照明光源16、第二集光鏡17、孔徑光闌19、聚光鏡4、第二物鏡7及相機8。其中該平板22上通過開孔221還固定安裝有第一反射鏡10、第二反射鏡11、第三反射鏡18、第四反射鏡20、第一分光鏡9及第二分光鏡12。在一個實施例中，所述對焦光源1、集光鏡2、第二集光鏡17、孔徑光闌19、聚光鏡4、第二物鏡7、相機8、第一反射鏡10、第二反射鏡11、第三反射鏡18、第四反射鏡20、第一分光鏡9及第二分光鏡12是先固定于所述固定裝置上，然后再通過所述固定裝置將其固定于所述平板22上的。
[0105]請繼續(xù)參閱圖3。本發(fā)明中所述對焦光源I和照明光源16產(chǎn)生的光束，其通過各光學(xué)部件的光軸13形成的平面與所述平板22的平面相平行。
[0106]在一個實施例中，所述平板22上連接有蓋板(未圖示)。所述蓋板是通過緊固件與平板22上的開孔221連接進而來實現(xiàn)固定，在該實施例中，所述蓋板是覆蓋所述對焦光源1、集光鏡2、第二集光鏡17、孔徑光闌19、聚光鏡4、第二物鏡7、相機8、第一反射鏡10、第二反射鏡11、第三反射鏡18、第四反射鏡20、第一分光鏡9及第二分光鏡12的。在另一實施例中，該蓋板還同時覆蓋住平板22裸露出來的部分。
[0107]本發(fā)明將上述光學(xué)元件固定在一塊豎直放置的光學(xué)平板22上，光學(xué)元件之間取消筒裝式結(jié)構(gòu)，采用開放式結(jié)構(gòu)，這給安裝、調(diào)試帶來了極大的便捷，同時在光學(xué)平板22及光學(xué)元件上加入蓋子，既不影響內(nèi)部光路的正常工作也不影響外部美觀。
[0108]請參閱圖10，其為本發(fā)明的自聚焦光路系統(tǒng)在再一個具體實施例中的結(jié)構(gòu)示意圖。在該實施例中，所述照明系統(tǒng)還包括暗場照明裝置，所述暗場照明裝置包括環(huán)形光源25和環(huán)形單透鏡26。
[0109]請參閱圖11，其為圖10中環(huán)形光源的結(jié)構(gòu)示意圖。請參閱圖12，其為圖11的剖視圖。如圖11至12所示，所述環(huán)形光源25，其包括環(huán)形PCB板251及均勻安裝于所述PCB板151上的若干個LED芯片252，自所述PCB板251內(nèi)環(huán)和外環(huán)邊緣處沿所述LED芯片252發(fā)光方向延伸有內(nèi)環(huán)擋板253和外環(huán)擋板254，所述內(nèi)環(huán)擋板253內(nèi)側(cè)形成連通的第一環(huán)形通道255。
[0110]所述環(huán)形單透鏡26具有第二環(huán)形通道261，所述環(huán)形單透鏡26位于所述環(huán)形光源25和第一物鏡或第一物鏡組件5的后焦面之間，以使得所述環(huán)形光源25成像在所述第一物鏡或第一物鏡組件5的后焦面上。所述環(huán)形光源25產(chǎn)生的光線在所述內(nèi)環(huán)擋板253和外環(huán)擋板254之間傳播，所述照明光源16產(chǎn)生的光線從所述第一環(huán)形通道255和第二環(huán)形通道261傳播，使得所述環(huán)形光源25產(chǎn)生的光束和照明光源16產(chǎn)生的光束相互獨立傳播，進而實現(xiàn)明場照明與該暗場照明相互獨立。設(shè)所述環(huán)形單透鏡26的焦距為f，所述環(huán)形光源25距所述環(huán)形單透鏡26距離為2f，所述環(huán)形單透鏡26距所述第一物鏡或第一物鏡組件5的后焦面距離為2f，以使得所述環(huán)形光源25成像在所述第一物鏡或第一物鏡組件5的后焦面上，然后再經(jīng)位于所述第一物鏡或第一物鏡組件5下端面的暗場環(huán)形拋物面反射鏡27將成像在所述第一物鏡或第一物鏡組件5的后焦面上的光斑反射到所述探測目標6上。所述環(huán)形光源25的第一環(huán)形通道255內(nèi)直徑大于或略大于所述環(huán)形單透鏡26的第二環(huán)形通道261內(nèi)直徑。
[0111]請繼續(xù)參閱圖9。所述環(huán)形光源25及環(huán)形單透鏡26 (未圖示)通過固定裝置固定安裝在所述平板22上。
[0112]本發(fā)明的自聚焦光路系統(tǒng)，其對焦精準，也可縮短對焦回程距離，節(jié)約對焦時間，并且能夠有效避免第一物鏡或第一物鏡組件與探測目標相撞的情況出現(xiàn)。
[0113]上文對本發(fā)明進行了足夠詳細的具有一定特殊性的描述。所屬領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，實施例中的描述僅僅是示例性的，在不偏離本發(fā)明的真實精神和范圍的前提下做出所有改變都應(yīng)該屬于本發(fā)明的保護范圍。本發(fā)明所要求保護的范圍是由所述的權(quán)利要求書進行限定的，而不是由實施例中的上述描述來限定的。
【權(quán)利要求】
1.一種自聚焦光路系統(tǒng)，其特征在于，其包括對焦光源、集光鏡、擋片、聚光鏡、第一物鏡或第一物鏡組件、第二物鏡及相機，所述集光鏡位于所述對焦光源和擋片之間，所述擋片位于所述聚光鏡和集光鏡之間，所述對焦光源位于所述集光鏡的焦面上，所述擋片位于所述聚光鏡物方焦平面上， 自聚焦時，所述對焦光源打開，所述對焦光源產(chǎn)生的光束依次經(jīng)過所述集光鏡、所述擋片、所述聚光鏡、第一物鏡或第一物鏡組件投射到探測目標上以形成擋片像，在探測目標上的擋片像再經(jīng)第一物鏡或第一物鏡組件和第二物鏡成像在相機上，所述相機感應(yīng)所述擋片像得到擋片圖像， 基于擋片圖像的清晰度來逐步調(diào)整第一物鏡或第一物鏡組件的位置直到所述擋片圖像的清晰度為最高。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自聚焦光路系統(tǒng)，其特征在于:其還包括有:圖像處理單元、對焦控制單元和對焦驅(qū)動單元， 所述對焦驅(qū)動單元，以預(yù)定步長來逐步調(diào)整所述第一物鏡或第一物鏡組件相對于所述探測目標的距離，所述相機在所述第一物鏡或第一物鏡組件的每個位置都得到該位置對應(yīng)的擋片圖像， 所述圖像處理單元對第一物鏡或第一物鏡組件的每個位置的擋片圖像進行圖像分析以得到所述擋片圖像的清晰度， 所述對焦控制單元基于第一物鏡或第一物鏡組件的各個位置的擋片圖像的清晰度找到最高清晰度的擋片圖像對應(yīng)的第一物鏡或第一物鏡組件的位置，并控制所述對焦驅(qū)動單元將第一物鏡或第一物鏡組件調(diào)整至最高清晰度的擋片圖像對應(yīng)的第一物鏡或第一物鏡組件的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自聚焦光路系統(tǒng)，其特征在于: 自聚焦開始時，所述對焦控制單元控制所述對焦驅(qū)動單元將第一物鏡或第一物鏡組件驅(qū)動至遠離所述探測目標的初始位置， 在自聚焦開始后，所述對焦控制單元控制所述對焦驅(qū)動單元以預(yù)定步長將第一物鏡或第一物鏡組件逐步朝向所述探測目標移動，此時所述對焦控制單元基于依次得到的第一物鏡或第一物鏡組件的各個位置的擋片圖像的清晰度確定所述擋片圖像的清晰度是否已經(jīng)經(jīng)過最高值，在確定所述擋片圖像的清晰度已經(jīng)最高值后，所述對焦控制單元控制所述對焦驅(qū)動單元以預(yù)定步長將第一物鏡或第一物鏡組件逐步遠離所述探測目標移動直到到達最高清晰度的擋片圖像對應(yīng)的第一物鏡或第一物鏡組件的位置。
4.一種自聚焦光路系統(tǒng)，其特征在于，其包括對焦光源、集光鏡、第一擋片、第二擋片、聚光鏡、第一物鏡或第一物鏡組件、第二物鏡及相機，所述集光鏡位于所述對焦光源和第一擋片之間，所述第一擋片和第二擋片位于所述聚光鏡和集光鏡之間，所述對焦光源位于所述集光鏡的焦面上，所述第一擋片位于所述聚光鏡物方焦平面上， 自聚焦時，所述對焦光源打開，所述對焦光源產(chǎn)生的光束依次經(jīng)過所述集光鏡、第一擋片、第二擋片、聚光鏡、第一物鏡或第一物鏡組件投射到探測目標上以形成第一擋片像和第二擋片像，在探測目標上的第一擋片像和第二擋片像再經(jīng)第一物鏡或第一物鏡組件和第二物鏡成像在相機上，所述相機感應(yīng)所述第一擋片像和第二擋片像得到第一擋片圖像和第二擋片圖像， 基于第一擋片圖像和第二擋片圖像的清晰度來逐步調(diào)整第一物鏡或第一物鏡組件的位置直到第一擋片圖像的清晰度為最高。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自聚焦光路系統(tǒng)，其特征在于:其還包括有:圖像處理單元、對焦控制單元和對焦驅(qū)動單元， 所述對焦驅(qū)動單元，以預(yù)定步長來逐步調(diào)整所述第一物鏡或第一物鏡組件相對于所述探測目標的距離，所述相機在所述第一物鏡或第一物鏡組件的每個位置都得到該位置對應(yīng)的第一擋片圖像和第二擋片圖像， 所述圖像處理單元對第一物鏡或第一物鏡組件的每個位置的第一擋片圖像和第二擋片圖像進行圖像分析以得到第一擋片圖像的清晰度和第二擋片圖像的清晰度， 所述對焦控制單元基于第一物鏡或第一物鏡組件的各個位置的第二擋片圖像和第一擋片圖像的清晰度找到最高清晰度的第一擋片圖像對應(yīng)的第一物鏡或第一物鏡組件的位置，并控制所述對焦驅(qū)動單元將第一物鏡或第一物鏡組件調(diào)整至最高清晰度的第一擋片圖像對應(yīng)的第一物鏡或第一物鏡組件的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自聚焦光路系統(tǒng)，其特征在于: 自聚焦開始時，所述對焦控制單元控制所述對焦驅(qū)動單元將第一物鏡或第一物鏡組件驅(qū)動至遠離所述探測目標的初始位置， 在自聚焦開始后，所述對焦控制單元控制所述對焦驅(qū)動單元以第一預(yù)定步長將第一物鏡或第一物鏡組件逐步朝向所述探測目標移動，此時所述對焦控制單元基于依次得到的第一物鏡或第一物鏡組件的各個位置的第二擋片圖像的清晰度確定所述第二擋片圖像的清晰度是否已經(jīng)經(jīng)過最高值，在確定所述第二擋片圖像的清晰度已經(jīng)最高值后，所述對焦控制單元控制所述對焦驅(qū)動單元以第二預(yù)定步長將第一物鏡或第一物鏡組件逐步朝向所述探測目標移動，此時所述對焦控制單元基于依次得到的第一物鏡或第一物鏡組件的各個位置的第一擋片圖像的清晰度確定所述第一擋片圖像的清晰度是否已經(jīng)經(jīng)過最高值，在確定所述第一擋片圖像的清晰度已經(jīng)最高值后，所述對焦控制單元控制所述對焦驅(qū)動單元以第一預(yù)定步長將第一物鏡或第一物鏡組件逐步遠離所述探測目標移動直到到達最高清晰度的第一擋片圖像對應(yīng)的第一物鏡或第一物鏡組件的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自聚焦光路系統(tǒng)，其特征在于:在自聚焦完成后，關(guān)閉對焦光源，開啟照明光源。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自聚焦光路系統(tǒng)，其特征在于:所述照明光源產(chǎn)生的光束經(jīng)第二集光鏡后通過孔徑光闌，經(jīng)所述孔徑光闌限制的光束通過所述聚光鏡將光束成像在所述第一物鏡或第一物鏡組件的后焦面上，聚集到所述第一物鏡或第一物鏡組件后焦面上的光束通過所述第一物鏡或第一物鏡組件平行出射到探測目標上以在探測目標上形成均勻的光斑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自聚焦光路系統(tǒng)，其特征在于:所述擋片為一個半圓片，所述擋片平面垂直于光軸，所述擋片位于所述光軸上方，所述光軸穿過所述擋片的圓心，所述擋片上開設(shè)有通孔，所述通孔占所述擋片的二分之一，所述擋片與所述第一物鏡或物鏡組件的物平面是呈共軛關(guān)系。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自聚焦光路系統(tǒng)，其特征在于:所述第一擋片和第二擋片均為半圓片，所述第一擋片和第二擋片的大小和形狀相同， 所述第一擋片位于光軸的正上方，其平面與光軸垂直， 所述第二擋片位于光軸的正下方，其平面與光軸垂直，所述第一擋片和第二擋片沿光軸方向上相距Λ L呈平行設(shè)置，所述第一擋片和第二擋片之間的垂直距離等于第一擋片或第二擋片直徑的三分之一。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自聚焦光路系統(tǒng)，其特征在于:自聚焦過程中圖像清晰度的算法包括空域評價函數(shù)算法和頻域評價函數(shù)算法， 所述空域評價函數(shù)算法的計算過程如下:所述擋片像中的每個象素點為(x，y)，梯度值為I ▽ f(x，y) I，取擋片像中每一象素點的梯度值的總和為: ΣΙ▽財Σ.).用差分絕對值代替乘方和開方，即對點(x，y)及其鄰近點的灰度作差分運算，提取該點灰度值的變化大小，得出圖像灰度差分絕對值之和算子:
G=|f (X，y)-f (x+1, y) +If (x, y)(x, y+1) D ^maxX X G
X y 其中，Dtl所對應(yīng)的位置即為聚焦位置； 所述頻域評價函數(shù)算法過程如下:所述擋片像的大小為MXN，其中M為擋片像的行數(shù)，N為擋片像的列數(shù)，則二維離散傅里葉變換為:
I M-1 N-XΓT V V ^(w,v) = —Σ/(^ V) exp ~βπ
MN ^L \MU N1)_ 其傅里葉譜為
IF (u，V) I = [R2 (u，V)+I2 (u，V)]1/2
能量譜為:
P (U，V) = F (U，V) 12 = R2 (U，V) +I2 (U，V)
F0 = max Y I P(u, v)
U V 其中，R(u，V)和I(u，V)分別是傅里葉變換的實部和虛部所對應(yīng)的位置即為聚焦位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自聚焦光路系統(tǒng)，其特征在于:其還包括電磁控制單元，當自聚焦完成后，所述電磁控制單元控制所述擋片遠離所述自聚焦光路系統(tǒng)，所述對焦光源實現(xiàn)照明。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的自聚焦光路系統(tǒng)，其特征在于:所述電磁控制單元包括電磁鐵，當自聚焦完成后，所述地磁控制單元控制所述電磁鐵通電，所述電磁鐵產(chǎn)生磁性吸附所述擋片，使得擋片遠離所述自聚焦光路系統(tǒng)，所述對焦光源實現(xiàn)照明。
【文檔編號】G02B21/00GK104317041SQ201410529707
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】何繼中 申請人:無錫微焦科技有限公司