CN104317042B - 一种照明光路系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种照明光路系统，其包括明场照明装置，其包括照明光源、第一集光镜、孔径光阑、聚光镜、视场光阑及第一物镜或第一物镜组件，所述孔径光阑位于所述第一集光镜和聚光镜之间，所述视场光阑位于所述聚光镜和第一物镜或第一物镜组件之间，其中来自照明光源产生的光束经第一集光镜收集后通过所述孔径光阑，经所述孔径光阑限制的光束通过所述聚光镜及所述视场光阑将光束成像在所述第一物镜或第一物镜组件的后焦面上，聚集到所述第一物镜或第一物镜组件后焦面上的光束通过所述第一物镜或第一物镜组件平行出射到探测目标上以在探测目标上形成均匀的光斑。与现有技术相比，本发明光路短、照明均匀，光照利用率高，且易安装调试。

Description

一种照明光路系统

【技术领域】

本发明涉及显微镜领域，尤其涉及一种照明光路系统。

【背景技术】

光学显微镜由载物台、照明系统、物镜，目镜和调焦机构等组成。利用调焦控制器可以驱动调焦机构，使物镜升降运动，从而使被观察物体能清晰成象。

目前光学显微镜具有如下几个缺陷：(1)其照明光路较长，使得整个仪器体积较大，成长条形既不美观也占空间；(2)显微镜上的光学件采用筒装式固定，使得安装、调试难度很大；(3)暗场照明的照明光束不经过物镜，所以通过物镜成像的对比度比较好，但是由于明场光路中的暗场挡片挡住了大部分光线，并且在长光路中存在较大的光损，因此光能损耗较大。在实际使用过程中发现，需要的暗场光照强度大概是明场光照强度的10倍左右，过大的光照强度也会带来一些散热问题；(4)现有的显微镜在对被检测物进行检测时需要光源，但光源照射到被检测物上的光存在不均匀的情况。

因此，有必要对现有技术提出一种新的改进方案。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种照明光路系统，其光路短、照明均匀，光照利用率高，且易安装调试。

为了解决上述问题，本发明提供了一种照明光路系统，其包括明场照明装置，其包括照明光源、第一集光镜、孔径光阑、聚光镜、视场光阑及第一物镜或第一物镜组件，所述孔径光阑位于所述第一集光镜和聚光镜之间，所述视场光阑位于所述聚光镜和第一物镜或第一物镜组件之间，

其中来自照明光源产生的光束经第一集光镜收集后通过所述孔径光阑，经所述孔径光阑限制的光束通过所述聚光镜及所述视场光阑将光束成像在所述第一物镜或第一物镜组件的后焦面上，聚集到所述第一物镜或第一物镜组件后焦面上的光束通过所述第一物镜或第一物镜组件平行出射到探测目标上以在探测目标上形成均匀的光斑。

作为本发明一个优选的实施例，其还包括第一反射镜、与所述第一反射镜相对设置的第二反射镜、与所述第二反射镜相对平行设置的第一分光镜、与所 述第一分光镜相对设置的第三反射镜、与所述第三反射镜相对设置的第四反射镜、及与所述第四反射镜相平行设置的第二分光镜，所述第一反射镜与所述第二反射镜的延长线夹角为直角，所述第一分光镜与所述第三反射镜的延长线的夹角为直角，所述第三反射镜与所述第四反射镜的延长线的夹角为直角，

所述第一反射镜位于所述第一集光镜与所述孔径光阑之间，所述第二反射镜和第一分光镜依此设置在所述孔径光阑和聚光镜之间，所述第三反射镜和第四反射镜依此设置在所述聚光镜和视场光阑之间，所述第二分光镜设置在所述视场光阑与所述第一物镜或第一物镜组件之间。

作为本发明一个优选的实施例，经所述第一集光镜收集的光束经所述第一反射镜反射后通过所述孔径光阑，然后再经所述第二反射镜和第一分光镜反射后投射到所述聚光镜，经过聚光镜后的光束再通过第三反射镜和第四反射镜反射后通过所述视场光阑，通过所述视场光阑的光束经由所述第二分光镜反射至所述第一物镜或第一物镜组件。

作为本发明一个优选的实施例，其还包括暗场照明装置，所述暗场照明装置包括：

环形光源，其包括环形PCB板及均匀安装于所述PCB板上的若干个LED芯片，自所述PCB板内环和外环边缘处沿所述LED芯片发光方向延伸有内环挡板和外环挡板，所述内环挡板内侧形成连通的第一环形通道；

环形单透镜，其具有第二环形通道，所述环形单透镜位于所述环形光源和第一物镜或第一物镜组件的后焦面之间，以使得所述环形光源成像在所述第一物镜或第一物镜组件的后焦面上，

所述环形光源产生的光线在所述内环挡板和外环挡板之间传播，所述照明光源产生的光线从所述第一环形通道和第二环形通道传播，使得所述环形光源产生的光束和照明光源产生的光束相互独立传播，进而实现明场照明与该暗场照明相互独立。

作为本发明一个优选的实施例，所述环形单透镜的焦距为f，所述环形光源距所述环形单透镜距离为2f，所述环形单透镜距所述第一物镜或第一物镜组件的后焦面距离为2f，以使得所述环形光源成像在所述第一物镜或第一物镜组件的后焦面上，然后再经位于所述第一物镜或第一物镜组件下端面的暗场环形抛物面反射镜将成像在所述第一物镜或第一物镜组件的后焦面上的光斑反射到所 述探测目标上。

作为本发明一个优选的实施例，所述环形光源的第一环形通道内直径等于所述环形单透镜的第二环形通道内直径。

作为本发明一个优选的实施例，所述内环挡板和外环挡板的长度相等。

作为本发明一个优选的实施例，其还包括用于承载照明光源、第一集光镜、孔径光阑、聚光镜、视场光阑、环形光源及环形单透镜的承载本体部，所述承载本体部为平板。

作为本发明一个优选的实施例，在照明光源打开之前打开对焦光源进行自动对焦。

作为本发明一个优选的实施例，所述照明光源为面光源。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明通过调整集光镜、聚光镜与物镜的相对位置，使照明光源成像在第一物镜或第一物镜组件后焦面上，最终经过第一物镜或第一物镜组件平行出射到被检测物上，这样可使照明光源的像成像在无限远，不会在被检测物上看到照明光源的影像，保证了物面照度的均匀性；此光路结构可达到我们对照明高均匀性和高纯净度的要求；

(2)在光路中大量加入反射镜、分光镜，在不影响效果的情况下，使光路结构缩短原来的三分之一，更加紧凑；

(3)将光学元件固定在一块竖直放置的光学平板上，光学元件之间取消筒装式结构，采用开放式结构，这给安装、调试带来了极大的便捷，同时在光学平板及光学元件上加入盖子，既不影响内部光路的正常工作也不影响外部美观；

(4)在照明光路系统中加入暗场照明装置，使得明场光源和暗场光源不再共用，解决了暗场照明光照利用率低的问题。

关于本发明的其他目的，特征以及优点，下面将结合附图在具体实施方式中详细描述。

【附图说明】

结合参考附图及接下来的详细描述，本发明将更容易理解，其中同样的附图标记对应同样的结构部件，其中：

图1为本发明的照明光路系统的原理示意图；

图2为本发明的照明光路系统在一个具体实施例中的结构示意图；

图3是图2的原理示意图；

图4为本发明的暗场照明光路系统的结构示意图；

图5为图4中环形光源的结构示意图；

图6为图5的剖视图；

图7为承载本发明的照明光路系统的承载主体部的结构示意图；

图8为本发明的照明光路系统位于图7中承载主体部上的结构示意图；

图9为本发明的照明光路系统与对焦光源结合在一个具体实施例中的结构示意图；

图10为图9中挡片的结构示意图；

图11为本发明的照明光路系统与对焦光源结合在另一个具体实施例中的结构示意图；

图12为图11中第一挡片和第二挡片的结构示意图，

1为照明光源、2为第一集光镜、3为孔径光阑、4为聚光镜、5为视场光阑、6为第一物镜或第一物镜组件、7为第一物镜或第一物镜组件的后焦面、8为探测目标、9为第一反射镜、10为第二反射镜、11为第三反射镜、12为第四反射镜、13为第一分光镜、14为第二分光镜、15为第二物镜、16为环形光源、161为PCB板、162为LED芯片、163为内环挡板、164为外环挡板、165为第一环形通道、166为第三通道、17为环形单透镜、171为第二环形通道、18为暗场环形抛物面反射镜、19为相机、20为承载本体部、201为开孔、21为盖板、22为光束、23为对焦光源、24为第二集光镜、25为挡片、251为通孔、26为光轴、27为第一挡片、28为第二挡片。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指与所述实施例相关的特定特征、结构或特性至少可包含于本发明至少一个实现方式中。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非必须都指同一个实施例，也不必须是与其他实施例互相排斥的单独或选择实施例。此外，表示一个或多个实施例的方法、流程图或功能框图中的模块顺序并非固定的指代任何特定顺序，也不构成对本发明的限制。

请参阅图1，其为本发明的照明光路系统的原理示意图。所述照明光路系统包括明场照明装置，其包括照明光源1、第一集光镜2、孔径光阑3、聚光镜4、视场光阑5及第一物镜或第一物镜组件6，所述孔径光阑3位于所述第一集光镜2和聚光镜4之间，所述视场光阑5位于所述聚光镜4和第一物镜或第一物镜组件6之间。其中来自照明光源1产生的光束22经第一集光镜2收集后通过所述孔径光阑3，经所述孔径光阑3限制的光束通过所述聚光镜4及所述视场光阑5将光束成像在所述第一物镜或第一物镜组件6的后焦面7上，聚集到所述第一物镜或第一物镜组件6后焦面7上的光束22通过所述第一物镜或第一物镜组件平行出射到探测目标8上以在探测目标8上形成均匀的光斑。

请参阅图2，其为本发明的照明光路系统在一个具体实施例中的结构示意图。在该实施例中加入了第一反射镜9、第二反射镜10、第三反射镜11、第四反射镜12、第一分光镜13及第二分光镜14。所述第一反射镜9和第二反射镜10相对设置，所述第一分光镜13与第二反射镜10相对平行设置。所述第三反射镜11和第一分光镜13相对设置，所述第四反射镜12与所述第三反射镜11相对设置，所述第二分光镜13与所述第四反射镜12相平行设置。所述第一反射镜9与所述第二反射镜10的延长线夹角为直角，所述第一分光镜13与所述第三反射镜11的延长线的夹角为直角，所述第三反射镜11与所述第四反射镜12的延长线的夹角为直角。

所述第一反射镜9位于所述第一集光镜2与所述孔径光阑3之间，所述第二反射镜10和第一分光镜13依此设置在所述孔径光阑3和聚光镜4之间，所述第三反射镜11和第四反射镜12依此设置在所述聚光镜4和视场光阑5之间，所述第二分光镜13设置在所述视场光阑5与所述第一物镜或第一物镜组件6之间。本发明对反射镜和分光镜的数量和设置位置不做限制，可根据实际情况而定。在该实施例中，所述探测目标8为被检测物，在其他实施例中，所述探测目标不仅限于被检测物。

请参阅图3，其为图2的原理示意图。如图1至3所示，经所述第一集光镜2收集的光束22经所述第一反射镜9反射后通过所述孔径光阑3，然后再经所述第二反射镜10和第一分光镜13反射后投射到所述聚光镜4，经过聚光镜4后的光束22再通过第三反射镜11和第四反射镜12反射后通过所述视场光阑5，通过所述视场光阑5的光束22经由所述第二分光镜14均匀聚集到所述第一物 镜或第一物镜组件6的后焦面7上。本发明中，可通过调整第一集光镜2、聚光镜4与第一物镜或第一物镜组件6的相对位置，使照明光源1成像在第一物镜或第一物镜组件6后焦面7上，最终经过第一物镜或第一物镜组件6平行出射到被检测物8上，这样可使照明光源的像成像在无限远，不会在被检测物上看到光源的影像，保证了物面照度的均匀性，本发明的此结构可达到对照明高均匀性和高纯净度的要求。

需要说明的是，本发明在打开照明光源1进行照明成像时，本发明中加入的第一反射镜9、第二反射镜10、第三反射镜11及第四反射镜12能使整个物空间理想成像，并且物与像大小相等、形状对称，不影响光学照明效果，起到光路无损偏折的效果。本发明中加入的第一分光镜13和第二分光镜14是一种半反半透的平面镜，它能按一定比例反射和透射入射光，能起到光路复用的作用。本发明加入的反射镜和分光镜在不影响效果的情况下，使光路结构缩短原来的三分之一，更加紧凑，因此在该实施例中对照明光路原理的描述中省略了对所述第一反射镜9、第二反射镜10、第三反射镜11、第四反射镜12、第一分光镜13及第二分光镜14的描述。在该实施例中，由于出射到反射镜上的光斑为椭圆形，所述第三反射镜11为椭圆反射镜，第四反射镜12为圆形反射镜，在其他实施例中，所述第一反射镜9、第二反射镜10、第三反射镜11及第四反射镜12的形状也可以都是椭圆形和/或圆形的。

请参阅图4，其为本发明的暗场照明光路系统的结构示意图。图5为图4中环形光源的结构示意图；图6为图5的剖视图。如图4至图6所示，本发明的照明光路系统还包括暗场照明装置，所述暗场照明装置包括环形光源16、环形单透镜17及环形抛物面反射镜18。

所述环形光源16，其包括环形PCB板161及均匀安装于所述PCB板161上的若干个LED芯片162，自所述PCB板161内环和外环边缘处沿所述LED芯片162发光方向延伸有内环挡板163和外环挡板164，所述内环挡板163内侧形成连通的第一环形通道165。

所述环形单透镜17，其具有第二环形通道171，所述环形单透镜17其位于所述环形光源16和第一物镜或第一物镜组件8的后焦面7之间，以使得所述环形光源16成像在所述第一物镜或第一物镜组件6的后焦面7上，所述环形光源16产生的光线在所述内环挡板163和外环挡板164之间传播，所述照明光源1 产生的光线从所述第一环形通道165和第二环形通道171传播，使得所述环形光源16产生的光束和照明光源1产生的光束相互独立传播，进而实现明场照明与该暗场照明相互独立。

设所述环形单透镜17的焦距为f(未图示)，所述环形光源16距所述环形单透镜17距离为2f，所述环形单透镜距17所述第一物镜或第一物镜组件6的后焦面7距离为2f，根据近轴光学相关公式，所述环形光源16恰好成像在所述第一物镜或第一物镜组件6的后焦面7上，然后再经位于所述第一物镜或第一物镜组件6下端面的暗场环形抛物面反射镜将成像在所述第一物镜或第一物镜组件6的后焦面7上的光斑反射到所述第一物镜或第一物镜组件6的物平面(探测目标8)上。在该实施例中，所述环形光源16的第一环形通道165内直径等于所述环形单透镜17的第二环形通道171内直径。该第一环形通道165和第二环形通道171的内直径恰好不影响第一物镜或第一物镜组件6照明和成像的有效口径。

在该实施例中，所述内环挡板163和外环挡板164的长度相等。

请继续参阅图1至图6。本发明的照明原理如下：

打开所述照明光源1和环形光源16，所述环形光源16产生的光束经过内环形挡板163与外环形挡板164之间的第三通道166及环形单透镜17出射到所述被检测物8上，所述照明光源1产生的光束22经第一集光镜2、第一反射镜9、孔径光阑3、第二反射镜10、第一分光镜13、聚光镜4、第三反射镜、第四反射镜、视场光阑5、第二分光镜14、第一环形通道165及第二环形通道18将光束均匀聚集在第一物镜或第一物镜组件6的后焦面7上(参阅图1)，聚集到所述第一物镜或第一物镜组件6后焦面7上的光束再通过所述第一物镜或第一物镜组件6平行出射到被检测物8上以在被检测物8上形成均匀的光斑，该光斑再经由被检测物8反射回所述第一物镜或第一物镜组件6并依次通过所述第一物镜或第一物镜组件6、第二分光镜14和第二物镜15成像在相机19的像面上。这样可使照明光源1的像成像在无限远，不会在被检测物8上看到照明光源1的影像，保证了物面照度的均匀性，进而可达到对照明高均匀性和高纯净度的要求。需要说明的是，本发明中加入的反射镜及分光镜并不影响照明及成像的实际效果，也可以忽略其来描述本发明光路的原理。

请参阅图7，其为承载本发明的照明光路系统的承载主体部的结构示意图。 在该实施例中，所述承载本体部为平板20，所述平板20上开设有若干个开孔201。请参阅图8，其为本发明的照明光路系统位于图7中承载主体部上的结构示意图。所述平板上通过开孔201固定安装有所述照明光源1、第一集光镜2、孔径光阑3、聚光镜4、视场光阑(未图示)环形光源16及环形单透镜17。其中该平板上通过开孔201还固定安装有第一反射镜9、第二反射镜10、第三反射镜11、第四反射镜12、第一分光镜13及第二分光镜14。在一个实施例中，所述照明光源1、第一集光镜2、孔径光阑3、聚光镜4、视场光阑5、环形光源16、环形单透镜17、第一反射镜9、第二反射镜10、第三反射镜11、第四反射镜12、第一分光镜13及第二分光镜14是先固定于所述固定装置上，然后再通过所述固定装置将其固定于所述平板20上的。

在一个实施例中，所述平板20上连接有盖板(未图示)。所述盖板是通过紧固件与平板20上的开孔210连接进而来实现固定，在该实施例中，所述盖板是覆盖所述照明光源1、第一集光镜2、孔径光阑3、聚光镜4、视场光阑5、环形光源16、环形单透镜17、第一反射镜9、第二反射镜10、第三反射镜11、第四反射镜12、第一分光镜13及第二分光14镜的。在另一实施例中，该盖板还同时覆盖住平板20裸露出来的部分。本发明中将上述光学元件固定在一块竖直放置的光学平板20上，光学元件之间取消筒装式结构，采用开放式结构，这给安装、调试带来了极大的便捷，同时在光学平板20及光学元件上加入盖子，既不影响内部光路的正常工作也不影响外部美观。

在该实施例中，所述探测目标8为被检测物，所述照明光源1为面光源。在其他实施例中，所述探测目标8还可以为其他待检测平面物体。

在一个具体实施例中，本发明在进行照明之前还需要先进行自动调焦，完成调焦后再进行照明。请参阅图9，其为本发明的照明光路系统与对焦光源结合在一个具体实施例中的结构示意图。在该实施例中，自动调焦系统包括对焦光源23、第二集光镜24、挡片25、第二物镜15及相机19。所述第二物镜15位于所述第一物镜或第一物镜组件6和相机19之间。所述第二集光镜24位于所述挡片25和对焦光源23之间，所述挡片25位于所述聚光镜4和第二集光镜24之间，所述对焦光源23位于所述第二集光镜24的焦面上，所述挡片25位于所述聚光镜4物方焦平面上。所述对焦光源23、第二集光镜24、挡片25、第二物镜15及相机19通过固定装置固定于所述平板20上。自聚焦时，所述对焦光源 23打开，所述对焦光源23产生的光束依次经过所述第二集光镜24、所述挡片25、所述聚光镜4、第一物镜或第一物镜组件6投射到探测目标8上以形成挡片像，在探测目标8上的挡片像再经第一物镜或第一物镜组件6和第二物镜15成像在相机19上，所述相机19感应所述挡片像得到挡片图像，基于挡片图像的清晰度来逐步调整第一物镜或第一物镜组件6的位置直到所述挡片图像的清晰度为最高。

所述自动调焦系统还包括有：图像处理单元(未图示)、对焦控制单元(未图示)和对焦驱动单元(未图示)。所述对焦驱动单元，以预定步长来逐步调整所述第一物镜或第一物镜组件6相对于所述探测目标8的距离，所述相机19在所述第一物镜或第一物镜组件6的每个位置都得到该位置对应的挡片图像；所述图像处理单元对第一物镜或第一物镜组件6的每个位置的挡片图像进行图像分析以得到所述挡片图像的清晰度；所述对焦控制单元基于第一物镜或第一物镜组件6的各个位置的挡片图像的清晰度找到最高清晰度的挡片图像对应的第一物镜或第一物镜组件6的位置，并控制所述对焦驱动单元将第一物镜或第一物镜组件6调整至最高清晰度的挡片图像对应的第一物镜或第一物镜组件6的位置。

自聚焦开始时，所述对焦控制单元控制所述对焦驱动单元将第一物镜或第一物镜组件6驱动至远离所述探测目标8的初始位置，在自聚焦开始后，所述对焦控制单元控制所述对焦驱动单元以预定步长将第一物镜或第一物镜组件6逐步朝向所述探测目标8移动，此时所述对焦控制单元基于依次得到的第一物镜或第一物镜组件6的各个位置的挡片图像的清晰度确定所述挡片图像的清晰度是否已经经过最高值，在确定所述挡片图像的清晰度已经最高值后，所述对焦控制单元控制所述对焦驱动单元以预定步长将第一物镜或第一物镜组件6逐步远离所述探测目标8移动直到到达最高清晰度的挡片图像对应的第一物镜或第一物镜组件6的位置。在自聚焦完成后，关闭对焦光源23，开启照明光源1。

请参阅图10，其为图9中挡片的结构示意图。在该实施例中，所述挡片25为一个半圆片，所述挡片25平面垂直于光轴26，所述挡片25位于所述光轴26上方，所述光轴26穿过所述挡片25的圆心，所述挡片25上开设有通孔251，所述通孔251占所述挡片25的二分之一，所述挡片25与所述第一物镜或物镜组件6的物平面是呈共轭关系。

在一个实施例中，所述自动调焦系统还包括电磁控制单元，所述电磁控制单元(未图示)包括电磁铁(未图示)，当自聚焦完成后，所述电磁控制单元控制所述电磁铁通电，所述电磁铁产生磁性吸附所述挡片25，使得挡片25远离所述自动调焦系统，此时所述对焦光源23可作为照明光源实现照明作用，不仅实现了对焦精准，而且可实现对焦光源和照明光源合二为一，节约了资源，降低了生产成本，也提高了生产效率。

请参阅图11，其为本发明的照明光路系统与对焦光源结合在另一个具体实施例中的结构示意图。在该实施例中，自聚焦光路系统，其包括对焦光源23、第二集光镜24、第一挡片27、第二挡片28、聚光镜4、第一物镜或第一物镜组件6、第二物镜15及相机19，所述第二集光镜24位于所述对焦光源23和第一挡片之间，所述第一挡片27和第二挡片28位于所述聚光镜4和第二集光镜24之间，所述对焦光源23位于所述第二集光镜24的焦面上，所述第一挡片27位于所述聚光镜4物方焦平面上。自聚焦时，所述对焦光源23打开，所述对焦光源23产生的光束依次经过所述第二集光镜24、第一挡片27、第二挡片28、聚光镜4、第一物镜或第一物镜组件6投射到探测目标8上以形成第一挡片像和第二挡片像，在探测目标8上的第一挡片像和第二挡片像再经第一物镜或第一物镜组件6和第二物镜15成像在相机19上，所述相机19感应所述第一挡片像和第二挡片像得到第一挡片图像和第二挡片图像，基于第一挡片图像和第二挡片图像的清晰度来逐步调整第一物镜或第一物镜组件6的位置直到第一挡片图像的清晰度为最高。所述对焦驱动单元，以预定步长来逐步调整所述第一物镜或第一物镜组件6相对于所述探测目标8的距离，所述相机19在所述第一物镜或第一物镜组件6的每个位置都得到该位置对应的第一挡片图像和第二挡片图像；所述图像处理单元对第一物镜或第一物镜组件6的每个位置的第一挡片图像和第二挡片图像进行图像分析以得到第一挡片图像的清晰度和第二挡片图像的清晰度；所述对焦控制单元基于第一物镜或第一物镜组件6的各个位置的第二挡片图像和第一挡片图像的清晰度找到最高清晰度的第一挡片图像对应的第一物镜或第一物镜组件6的位置，并控制所述对焦驱动单元将第一物镜或第一物镜组件6调整至最高清晰度的第一挡片图像对应的第一物镜或第一物镜组件6的位置。

自聚焦开始时，所述对焦控制单元控制所述对焦驱动单元将第一物镜或第 一物镜组件6驱动至远离所述探测目标8的初始位置，在自聚焦开始后，所述对焦控制单元控制所述对焦驱动单元以第一预定步长将第一物镜或第一物镜组件6逐步朝向所述探测目标8移动，此时所述对焦控制单元基于依次得到的第一物镜或第一物镜组件6的各个位置的第二挡片图像的清晰度确定所述第二挡片图像的清晰度是否已经经过最高值，在确定所述第二挡片图像的清晰度已经最高值后，所述对焦控制单元控制所述对焦驱动单元以第二预定步长将第一物镜或第一物镜组件6逐步朝向所述探测目标8移动，此时所述对焦控制单元基于依次得到的第一物镜或第一物镜组件6的各个位置的第一挡片图像的清晰度确定所述第一挡片图像的清晰度是否已经经过最高值，在确定所述第一挡片图像的清晰度已经最高值后，所述对焦控制单元控制所述对焦驱动单元以第一预定步长将第一物镜或第一物镜组件6逐步远离所述探测目标8移动直到到达最高清晰度的第一挡片图像对应的第一物镜或第一物镜组件6的位置。在自聚焦完成后，关闭对焦光源23，开启照明光源1。

请参阅图12，其为图11中第一挡片和第二挡片的结构示意图。在该实施例中，所述第一挡片27和第二挡片28均为半圆片，所述第一挡片27和第二挡片28的大小和形状相同，所述第一挡片27位于光轴26的正上方，其平面与光轴26垂直，所述第二挡片28位于光轴26的正下方，其平面与光轴26垂直，所述第一挡片27和第二挡片28沿光轴26方向上相距△L呈平行设置，所述第一挡片27和第二挡片28之间的垂直距离等于第一挡片27或第二挡片28直径的三分之一。

本发明中，自聚焦过程中图像清晰度的算法包括空域评价函数算法和频域评价函数算法，

所述空域评价函数算法的计算过程如下：所述挡片像中的每个象素点为(x,y)，梯度值为取挡片像中每一象素点的梯度值的总和为：

$\mathrm{\Σ}|\▿f(x,y)|=\mathrm{\Σ}\sqrt{{\left(\frac{\∂x}{\∂y}\right)}^2+{\left(\frac{\∂f}{\∂y}\right)}^2},$

用差分绝对值代替乘方和开方,即对点(x,y)及其邻近点的灰度作差分运算,提取该点灰度值的变化大小,得出图像灰度差分绝对值之和算子：

G＝|f(x,y)-f(x+1,y)|+|f(x,y)-f(x,y+1)|

$D_0=\max \underset{x}{\mathrm{\Σ}}\underset{y}{\mathrm{\Σ}}G$

其中，D₀所对应的位置即为聚焦位置；

所述频域评价函数算法过程如下：所述挡片像的大小为M×N，其中M为挡片像的行数，N为挡片像的列数，则二维离散傅里叶变换为：

$F(u,v)=\frac{1}{\mathrm{MN}}\underset{x=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{y=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}f(x,y)\exp [-j2\mathrm{\π}(\frac{x}{M^u}+\frac{y}{N^v})]$

其傅里叶谱为

|F(u,v)|＝[R²(u,v)+I²(u,v)]^1/2

能量谱为：

P(u,v)＝|F(u,v)|²＝R²(u,v)+I²(u,v)

$F_0=\max \underset{u}{\mathrm{\Σ}}\underset{v}{\mathrm{\Σ}}P(u,v)$

其中，R(u,v)和I(u,v)分别是傅里叶变换的实部和虚部；F₀所对应的位置即为聚焦位置。

本发明中所述照明光源1和对焦光源23产生的光束，其光轴26形成的平面与所述平板20的平面平行。

本发明具有如下优点：

(1)本发明通过调整集光镜、聚光镜与物镜的相对位置，使照明光源成像在第一物镜或第一物镜组件后焦面上，最终经过第一物镜或第一物镜组件平行出射到被检测物上，这样可使照明光源的像成像在无限远，不会在被检测物上看到照明光源的影像，保证了物面照度的均匀性；此光路结构可达到我们对照明高均匀性和高纯净度的要求；

(2)在光路中大量加入反射镜、分光镜，在不影响效果的情况下，使光路结构缩短原来的三分之一，更加紧凑；

(3)将光学元件固定在一块竖直放置的光学平板上，光学元件之间取消筒装式结构，采用开放式结构，这给安装、调试带来了极大的便捷，同时在光学平板及光学元件上加入盖子，既不影响内部光路的正常工作也不影响外部美观；

(4)在照明光路系统中加入暗场照明装置，使得明场光源和暗场光源不再共用，解决了暗场照明光照利用率低的问题。

上文对本发明进行了足够详细的具有一定特殊性的描述。所属领域内的普通技术人员应该理解，实施例中的描述仅仅是示例性的，在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下做出所有改变都应该属于本发明的保护范围。本发明所要求保护的范围是由所述的权利要求书进行限定的，而不是由实施例中的上述描述来限定的。

Claims (9)

1.一种照明光路系统，其特征在于，其包括明场照明装置，其包括照明光源、第一集光镜、孔径光阑、聚光镜、视场光阑及第一物镜或第一物镜组件，所述孔径光阑位于所述第一集光镜和聚光镜之间，所述视场光阑位于所述聚光镜和第一物镜或第一物镜组件之间，

其中来自照明光源产生的光束经第一集光镜收集后通过所述孔径光阑，经所述孔径光阑限制的光束通过所述聚光镜及所述视场光阑将光束成像在所述第一物镜或第一物镜组件的后焦面上，聚集到所述第一物镜或第一物镜组件后焦面上的光束通过所述第一物镜或第一物镜组件平行出射到探测目标上以在探测目标上形成均匀的光斑，

其还包括第一反射镜、与所述第一反射镜相对设置的第二反射镜、与所述第二反射镜相对平行设置的第一分光镜、与所述第一分光镜相对设置的第三反射镜、与所述第三反射镜相对设置的第四反射镜、及与所述第四反射镜相平行设置的第二分光镜，所述第一反射镜与所述第二反射镜的延长线夹角为直角，所述第一分光镜与所述第三反射镜的延长线的夹角为直角，所述第三反射镜与所述第四反射镜的延长线的夹角为直角，

所述第一反射镜位于所述第一集光镜与所述孔径光阑之间，所述第二反射镜和第一分光镜依此设置在所述孔径光阑和聚光镜之间，所述第三反射镜和第四反射镜依次设置在所述聚光镜和视场光阑之间，所述第二分光镜设置在所述视场光阑与所述第一物镜或第一物镜组件之间。

2.根据权利要求1所述的照明光路系统，其特征在于：经所述第一集光镜收集的光束经所述第一反射镜反射后通过所述孔径光阑，然后再经所述第二反射镜和第一分光镜反射后投射到所述聚光镜，经过聚光镜后的光束再通过第三反射镜和第四反射镜反射后通过所述视场光阑，通过所述视场光阑的光束经由所述第二分光镜反射至所述第一物镜或第一物镜组件。

3.根据权利要求1所述的照明光路系统，其特征在于：其还包括暗场照明装置，所述暗场照明装置包括：

环形光源，其包括环形PCB板及均匀安装于所述PCB板上的若干个LED芯片，自所述PCB板内环和外环边缘处沿所述LED芯片发光方向延伸有内环挡板和外环挡板，所述内环挡板内侧形成连通的第一环形通道；

环形单透镜，其具有第二环形通道，所述环形单透镜位于所述环形光源和第一物镜或第一物镜组件的后焦面之间，以使得所述环形光源成像在所述第一物镜或第一物镜组件的后焦面上，

所述环形光源产生的光线在所述内环挡板和外环挡板之间传播，所述照明光源产生的光线从所述第一环形通道和第二环形通道传播，使得所述环形光源产生的光束和照明光源产生的光束相互独立传播，进而实现明场照明与该暗场照明相互独立。

4.根据权利要求3所述的照明光路系统，其特征在于：所述环形单透镜的焦距为f，所述环形光源距所述环形单透镜距离为2f，所述环形单透镜距所述第一物镜或第一物镜组件的后焦面距离为2f，以使得所述环形光源成像在所述第一物镜或第一物镜组件的后焦面上，然后再经位于所述第一物镜或第一物镜组件下端面的暗场环形抛物面反射镜将成像在所述第一物镜或第一物镜组件的后焦面上的光斑反射到所述探测目标上。

5.根据权利要求3所述的照明光路系统，其特征在于：所述环形光源的第一环形通道内直径等于所述环形单透镜的第二环形通道内直径。

6.根据权利要求3所述的照明光路系统，其特征在于：所述内环挡板和外环挡板的长度相等。

7.根据权利要求3所述的照明光路系统，其特征在于：其还包括用于承载照明光源、第一集光镜、孔径光阑、聚光镜、视场光阑、环形光源及环形单透镜的承载本体部，所述承载本体部为平板。

8.根据权利要求1所述的照明光路系统，其特征在于：在照明光源打开之前打开对焦光源进行自动对焦。

9.根据权利要求1所述的照明光路系统，其特征在于：所述照明光源为面光源。