CN102692700A

CN102692700A - 液体透镜自动变焦显微镜

Info

Publication number: CN102692700A
Application number: CN2012101334049A
Authority: CN
Inventors: 杨波; 魏葰
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2012-04-28
Filing date: 2012-04-28
Publication date: 2012-09-26

Abstract

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种显微镜。液体透镜自动变焦显微镜，包括一成像光学镜头、一成像传感器、一自动对焦控制器，自动对焦控制器包括一图像处理模块，自动对焦控制器还包括一电压控制器，图像处理模块的信号输入端连接成像传感器，图像处理模块的信号输出端连接电压控制器。成像光学镜头包括一液体变焦透镜，液体变焦透镜的信号输入端连接电压控制器的输出端。液体变焦透镜的后方为成像传感器。由于采用上述技术方案，本发明具有自动对焦功能，且自动对焦速度快、对焦精确。

Description

液体透镜自动变焦显微镜

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种显微镜。

背景技术

显微镜是一种通过放大作用显示被观察对象的微观组织结构的光学仪器。显微镜无论是用于医学研究如生物学、病理学、组织细胞、临床诊断、地质考古，还是用于工业生产如材料检测、电子元器件检测分析等，在获取清晰图像之前，都要对显示图像进行调焦。如果仅仅依靠人为的主观判断来完成显微镜的调焦，很容易带来人为误差，且人为调焦速度慢，获取图像过程缓慢，自动化程度低。

随着科技的发展，现有的显微镜采用一种自动对焦的方式进行自动对焦，现有的对焦方式一般如下：自动对焦系统通常包括成像光学镜头、成像传感器、自动对焦控制器和驱动电机。自动对焦控制器分析成像传感器获取的图像，计算出对焦点位置，通过控制驱动电机，对成像光学镜头进行移动，在移动过程中，进行对焦。上述这种方法，成像光学镜头占用的空间较大。另外，电机驱动存在对焦速度慢等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液体透镜自动变焦显微镜，以解决上述技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

液体透镜自动变焦显微镜，包括一成像光学镜头、一成像传感器、一自动对焦控制器，所述自动对焦控制器包括一图像处理模块，其特征在于，所述自动对焦控制器还包括一电压控制器，所述图像处理模块的信号输入端连接所述成像传感器，所述图像处理模块的信号输出端连接所述电压控制器；

所述成像光学镜头包括一液体变焦透镜，所述液体变焦透镜的信号输入端连接所述电压控制器的输出端；

所述液体变焦透镜的后方为所述成像传感器，所述成像传感器获取图像，并将图像信息传送给所述图像处理模块，所述图像处理模块对图像信息进行处理后，计算出对焦信号，并将对焦信号传送给所述电压控制器，通过所述电压控制器控制所述液体变焦透镜变焦。

本发明采用液体变焦透镜替换了传统的成像光学镜头，采用电压控制器替换了传统的驱动电机驱动，和传统机械变焦方法相比，具有可靠性高、结构小巧、响应速度快、变焦精准等优点，可以有效缩小显微镜的成像光学镜头的尺寸，也大大缩小了整个显微镜的尺寸。另外，采用本发明的方式，也避免了采用电机驱动存在的噪音和震动问题。

所述图像处理模块采用一调位爬山法计算对焦信号，初始状态下，所述图像处理模块预先设定一变压方向和变压步长，所述图像处理模块驱动所述液体变焦透镜每调整一个变压步长，获取一成像传感器传送的图像信息；所述图像处理模块根据内置的评价函数计算图像信息的评价函数值，并与内置的初始评价函数值进行比较，比较评价函数值变化趋势，确定下一次的变压步长，并将此次的评价函数值作为初始评价函数值；

在逐渐靠近焦面过程中，评价函数值逐渐增大，当后一次获得的评价函数值小于前一次获得的评价函数值时，所述图像处理模块认为已经越过最佳对焦位置，此时，改变变压方向，并减少变压步长，继续进行对焦位置确定，直至变压步长达到一最小值时，所述图像处理模块认为此时是最佳对焦位置。

由于采用电压驱动液体变焦透镜改变形状进而实现变焦，因此采用上述调位爬山法进行对焦，响应速度快、对焦精确。

所述成像传感器可以采用CCD传感器。CCD传感器具有低影像失真、体积小、重量轻等的优点。

所述成像传感器可以采用CMOS传感器。CMOS传感器较CCD传感器的制造成本更低、功耗更低。

有益效果：由于采用上述技术方案，本发明具有自动对焦功能，且自动对焦速度快、对焦精确。

附图说明

图1为本发明图像采集模块的电路连接示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。

参照图1，液体透镜自动变焦显微镜，包括一成像光学镜头、一成像传感器2、一自动对焦控制器，自动对焦控制器包括一图像处理模块3，自动对焦控制器还包括一电压控制器4，图像处理模块3的信号输入端连接成像传感器2，图像处理模块3的信号输出端连接电压控制器4。成像光学镜头包括一液体变焦透镜1，液体变焦透镜1的信号输入端连接电压控制器4的输出端。液体变焦透镜1的后方为成像传感器2，成像传感器2获取图像，并将图像信息传送给图像处理模块3，图像处理模块3对图像信息进行处理后，计算出对焦信号，并将对焦信号传送给电压控制器4，通过电压控制器4控制液体变焦透镜1变焦。本发明采用液体变焦透镜1替换了传统的成像光学镜头，采用电压控制器4替换了传统的驱动电机驱动，和传统机械变焦方法相比，具有可靠性高、结构小巧、响应速度快、变焦精准等优点，可以有效缩小显微镜的成像光学镜头的尺寸，也大大缩小了整个显微镜的尺寸。另外，采用本发明的方式，也避免了采用电机驱动存在的噪音和震动问题。

参照图2，坐标X轴表示对焦位置，坐标Y轴表示评价函数值。在理想模型中，对焦函数的曲线与抛物线形状类似，会在最佳对焦位置达到峰值，在远离最佳对焦面时，对焦函数逐渐减小，在左右两侧分别单调递减。根据上述曲线特效，本发明的图像处理模块3采用一调位爬山法计算对焦信号：初始状态下，图像处理模块3预先设定一变压方向和变压步长，图像处理模块3驱动液体变焦透镜1每调整一个变压步长，获取一成像传感器2传送的图像信息。图像处理模块3根据内置的评价函数计算图像信息的评价函数值，并与内置的初始评价函数值进行比较，比较评价函数值变化趋势，确定下一次的变压步长，并将此次的评价函数值作为初始评价函数值。在逐渐靠近焦面过程中，评价函数值逐渐增大，当后一次获得的评价函数值小于前一次获得的评价函数值时，图像处理模块3认为已经越过最佳对焦位置，此时，改变变压方向，并减少变压步长，继续进行对焦位置确定，直至变压步长达到一最小值时，图像处理模块3认为此时是最佳对焦位置。

由于采用电压驱动液体变焦透镜1改变形状进而实现变焦，因此采用上述调位爬山法进行对焦，响应速度快、对焦精确。

成像传感器2可以采用CCD传感器。CCD传感器具有低影像失真、体积小、重量轻等的优点。成像传感器2也可以采用CMOS传感器。CMOS传感器较CCD传感器的制造成本更低、功耗更低。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.液体透镜自动变焦显微镜，包括一成像光学镜头、一成像传感器、一自动对焦控制器，所述自动对焦控制器包括一图像处理模块，其特征在于，所述自动对焦控制器还包括一电压控制器，所述图像处理模块的信号输入端连接所述成像传感器，所述图像处理模块的信号输出端连接所述电压控制器；

2.根据权利要求1所述的液体透镜自动变焦显微镜，其特征在于，所述图像处理模块采用一调位爬山法计算对焦信号，初始状态下，所述图像处理模块预先设定一变压方向和变压步长，所述图像处理模块驱动所述液体变焦透镜每调整一个变压步长，获取一成像传感器传送的图像信息；所述图像处理模块根据内置的评价函数计算图像信息的评价函数值，并与内置的初始评价函数值进行比较，比较评价函数值变化趋势，确定下一次的变压步长，并将此次的评价函数值作为初始评价函数值；

3.根据权利要求1或2所述的液体透镜自动变焦显微镜，其特征在于，所述成像传感器采用CCD传感器。

4.根据权利要求1或2所述的液体透镜自动变焦显微镜，其特征在于，所述成像传感器采用CMOS传感器。