CN103698879B - 一种实时对焦的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种实时对焦的装置及方法，包括显微扫描设备和测距传感器，测距传感器位于物镜相对于载玻片扫描移动方向的前方。测距传感器测量并计算所述第一点距离物镜的垂直距离，并通过所述控制器控制所述物镜移动以使所述第一点位于物镜的景深范围内，当所述物镜移动至所述扫描目标表面的第一点，所述测距传感器测量并计算所述第二点距离物镜的垂直距离，并通过所述控制器控制所述物镜移动以使所述第二点位于物镜的景深范围内。本发明的技术方案通过实时地获取目标距离信息,自动寻找计算最佳焦点位置以控制成像系统在垂直方向的移动，使目标表面总是处于物镜景深范围内，大大节约了时间及系统资源。
Description
技术领域
本发明属于机械制造领域，涉及一种对焦装置及方法，尤其涉及一种实时对焦的装置及方法。
背景技术
随着显微成像的发展要求，对微小目标的扫描成像向着高精度的方向发展。而在高分辨率的扫描系统中，目标表面微小的起伏均会导致各区域焦点的不同。现在的扫描系统均在不断改进、完善对目标表面不同位置进行对焦的技术。
作为主要部件，物镜在这一系统中扮演着及其重要的角色。而现有的物镜景深范围较小，故对于表面不平整的目标（表面起伏程度大于物镜景深），必须进行对焦（使目标表面始终处于物镜景深范围内），然后再根据焦点扫描，才能获得更高清晰度的图像。
在现有的高精度显微扫描设备中，均采用先对焦后扫描的方法进行指定区域拍摄。首先，在指定目标点垂直方向上对焦上下限之间连续等间距地拍摄出多张图片，再根据拍摄出的最清晰度的图像计算出焦点位置，然后再根据扫描区域中记录的焦点位置进行调焦扫描。
这种扫描技术既浪费了大量时间（扫描前需对指定的多点位置对焦），又浪费系统资源（需要更多内存存储对焦图片及更多资源计算对比图像清晰度），而且由于对焦点数量有限，而扫描区域相对较大，故需对整个扫描区域根据记录的对焦点进行地形处理或者最近点处理及其他相关处理，以进行后续的扫描工作，导致扫描得到的图像没有对焦的区域相对比较模糊。
发明内容
有鉴于此，本发明通过实时地获取目标距离信息,自动寻找计算最佳焦点位置以控制成像系统在垂直方向的移动，使目标表面总是处于物镜景深范围内，大大节约了时间及系统资源。
为达到上述目的，具体技术方案如下：
一方面，提供了一种实时对焦的装置，适用于显微扫描，包括显微扫描设备，所述显微扫描设备包括与控制器相连的可相对移动的物镜和载玻片，所述载玻片上置有扫描目标，还包括测量扫描目标表面与其之间距离的测距传感器，所述测距传感器位于所述物镜相对于载玻片扫描移动方向的前方，所述测距传感器与控制器相连并将其与扫描目标表面距离信息传递至控制器。
优选的，所述测距传感器的测量误差小于所述物镜的景深范围的1/2。
另一方面，提供了一种如上所述的实时对焦的装置的实时对焦方法，包括如下步骤：
步骤1，所述测距传感器测量所述扫描目标表面的第一点相对于测距传感器的距离Dt-1，并计算所述第一点距离物镜的垂直距离L3，并通过所述控制器控制所述物镜移动以使所述第一点位于物镜的景深范围内；
步骤2，当所述物镜移动至所述扫描目标表面的第一点，所述测距传感器测量所述扫描目标表面的第二点相对于测距传感器的距离Dt，并计算所述第二点距离物镜的垂直距离，并通过所述控制器控制所述物镜移动以使所述第二点位于物镜的景深范围内。
优选的，所述步骤1中控制器控制所述物镜移动以使所述第一点位于物镜的景深范围的中点。
优选的，所述步骤2中通过所述Dt-1和Dt之间的差以及测距传感器与物镜之间的夹角计算出所述物镜所需移动的距离，以使所述第二点位于物镜的景深范围内。
相对于现有技术，本发明的技术方案的优点有：
1，扫描过程中实时测焦，不需要在扫描前进行多点对焦及地形等其他算法的计算，故节约了大量时间；
2，扫描过程中实时测焦，每隔极小的移动距离测焦一次，再根据测量距离计算出来的焦点控制成像系统在垂直方向的移动，使目标表面总是接近于物镜景深的中心位置，使扫描出来的图片所有区域均非常清晰，解决了目标区域清晰度不均匀的问题。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明的装置实施例的示意图；
图2是本发明的方法实施例的实施示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下将结合附图对本发明的实施例做具体阐释。
如图1所示的本发明的实施例的一种实时对焦的装置，适用于显微扫描，包括显微扫描设备。显微扫描设备包括与控制器相连的可相对移动的物镜1和载玻片2，载玻片2上置有扫描目标3。
还包括测量扫描目标3表面与其之间距离的测距传感器4。测距传感器位于物镜1相对于载玻片2扫描移动方向（如图中箭头所示方向）的前方，测距传感器4与控制器相连并将其与扫描目标表面距离信息传递至控制器。
并结合如图2中所示，方法包括如下步骤：
步骤1，测距传感器4测量扫描目标3表面的第一点相对于测距传感器4的距离Dt-1，并计算第一点距离物镜1的垂直距离L3，并通过控制器控制物镜1移动以使第一点位于物镜1的景深范围内；
步骤2，当物镜1移动至扫描目标3表面的第一点，测距传感器4测量扫描目标3表面的第二点相对于测距传感器4的距离Dt，并计算第二点距离物镜1的垂直距离，并通过控制器控制所物镜1移动以使第二点位于物镜1的景深范围内。
本发明的实施例通过实时地获取目标距离信息,自动寻找计算最佳焦点位置以控制成像系统在垂直方向的移动，使目标表面总是处于物镜景深范围内，大大节约了时间及系统资源。
如图1所示，在本发明的实施例中，测距传感器4为高精度测距仪，可以对目标表面3进行高精度微距测量，测量误差至少小于物镜1景深范围的1/2。
如图1所示，在扫描移动方向上，测距传感器4总处于物镜1前方，实时目标测距点总处于实时扫描点的前面，即当物镜1移动至第一点，第二点处于第一点的前方。故在扫描时测距传感器4在前面测距，物镜1在后面扫描，扫描系统根据测距传感器4测出来的距离数据，调整物镜1在垂直方向与的位置，使扫描目标3表面总是处于物镜1景深范围中心点的附近，实时地扫描出清晰的图像
并结合如图2中所示，在本发明的实施例中，通过转动测距传感器4的旋转点可以改变测距传感器4测距的方向，改变其在扫描目标3表面的测距点，控制测距点与物镜之间的垂直距离。
如图2中所示，当已知测距传感器4旋转点与物镜1的垂直距离为L1，测距传感器4旋转点与物镜1景深范围中心点的在物镜中心线上的距离为L2，要求测距点与扫描点的水平距离为L3，则可计算出测距传感器4的测距方向的垂直夹角A满足：L1-L2×tanA=L3，可得A=tan-1[(L1–L3)/L2]，则可知要把测距点与扫描点的水平距离设置为L3，只需要把测距传感器的测距方向的垂直夹角A设置为tan-1[(L1–L3)/L2]。
由测距点与扫描点的水平距离为L3、扫描移动速度V可知：测距传感器4实时测量距离的时间T=L3/V，即隔时间T，测量一次扫描点在测量方向上到扫描目标3表面（即测距点）的距离。
以测距传感器4实时测量距离的周期时间T为基本时间单位，设时间为t-1时，测得实际距离为Dt-1（优选为某一参考点的距离）；时间为t时，测得实际距离为Dt，则可知在时间t到时间t+1的周期T内，物镜1在垂直方向上需要移动的距离为S=(Dt-Dt-1)×cosA的绝对值；当S>0时，物镜1需向上移动S的距离；当S<0时，物镜1需向下移动-S的距离；当S=0时，物镜1不需要移动。
因此，本发明的实施例通过每扫描移动T的时间就重新调整一次成像系统垂直位置来移动到最近测量计算得到的位置处的方法进行扫描过程中实时对焦及控制移动，扫描出来的图像即为高清晰度的扫描图像。
本发明的实施例用测距仪实时周期性地测量距离，再根据测得距离计算出下一扫描周期成像系统在垂直方向需要移动的方向、位置实现了扫描过程实时测距对焦。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (2)
1.一种实时对焦的装置的实时对焦方法，其特征在于，所述装置适用于显微扫描，包括显微扫描设备和测量扫描目标表面与其之间距离的测距传感器，所述显微扫描设备包括与控制器相连的可相对移动的物镜和载玻片，所述载玻片上置有扫描目标，所述测距传感器位于所述物镜相对于载玻片扫描移动方向的前方，所述测距传感器与控制器相连并将其与扫描目标表面距离信息传递至控制器；扫描时所述测距传感器在前面测距，所述物镜在后面扫描；且测距仪实时周期性地测量距离，所述方法包括如下步骤：
步骤1，所述测距传感器测量所述扫描目标表面的第一点相对于测距传感器的距离Dt-1，并计算所述第一点距离物镜的垂直距离L3，并通过所述控制器控制所述物镜移动以使所述第一点位于物镜的景深范围内；
步骤2，当所述物镜移动至所述扫描目标表面的第二点，所述测距传感器测量所述扫描目标表面的第二点相对于测距传感器的距离Dt，并计算所述第二点距离物镜的垂直距离，并通过所述控制器控制所述物镜移动以使所述第二点位于物镜的景深范围内；
所述步骤2中通过所述Dt-1和Dt之间的差以及测距传感器与物镜之间的夹角计算出所述物镜所需移动的距离，以使所述第二点位于物镜的景深范围内。
2.如权利要求1所述的实时对焦方法，其特征在于，所述步骤1中控制器控制所述物镜移动以使所述第一点位于物镜的景深范围的中点。
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