CN106772983A - 一种自动对焦的显微镜 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种自动对焦显微镜，其特征在于，至少包括显微镜成像系统和自动对焦系统；显微镜成像系统包括显微物镜、调焦机构、成像物镜、光电探测器I；所述调焦机构与显微物镜相连和/或光电探测器I相连；自动对焦系统包括转折光路、光源光路、探测光路、控制器；所述控制器与光电探测器II和显微成像系统的调焦机构相连，根据光电探测器II的信号，通过调焦机构控制显微物镜和/或光电探测器I移动，使所成像清晰，达到自动对焦目的。所述自动对焦显微镜对焦精度高、速度快、稳定性好。

Description

一种自动对焦的显微镜
技术领域
本申请涉及一种自动对焦的显微镜。
背景技术
所谓的自动对焦就是通过电子和机械装置控制光路中元件移动，对目标物体对焦，从而达到清晰成像的功能。显微镜在很多领域都可以用到，一般对显微镜的操作都是人工的调整，人眼的对目标的观察，这样的对焦过程需要重复操作，容易使人疲劳出现偏差。目标需要长时间的显微镜成像拍摄时，由于震动、温度等环境变化可能使成像变得模糊，使试验达不到预期效果。为了减少震动、温度等外界环境引入的影响，显微镜成像系统自动对焦就尤为重要。
为了解决在显微试验过程中成像离焦的问题，本申请提供了一种自动对焦的显微镜。
发明内容
根据本申请的一个方面，提供一种自动对焦显微镜，可在样品成像过程中实现自动对焦，消除外部干扰对成像效果的影响，避免成像过程中人工的多次反复调节，提高了试验的准确性和稳定性，并可以实现对目标物体长时间连续清晰成像。
所述自动对焦显微镜，其特征在于，至少包括：
显微镜成像系统，包括显微物镜、调焦机构、成像物镜、光电探测器I；所述的显微物镜、成像物镜、光电探测器I同轴并顺序放在光路中；所述调焦机构与显微物镜相连和/或光电探测器I相连；
自动对焦系统，包括转折光路、光源光路、探测光路、控制器；所述转折光路，包括通透镜、滤光片、分光镜、调焦镜；所述的光源光路，包括准直镜、光阑、光源；所述的探测光路，包括透镜组、成像镜、光电探测器II；所述的控制器与光电探测器II和显微成像系统的调焦机构相连，根据光电探测器II的信号，通过调焦机构控制显微物镜和/或光电探测器I移动。
所述光学探测器I用于对样品的显微成像；所述光电探测器II用于检测自动对焦光信号。
所述探测光路中成像镜所成的像落在光电探测器II上，光电探测器II接收的是从样品返回的探测光。
所述探测光路通过探测显微镜成像系统在清晰成像和离焦后探测光路的改变量。所述调焦机构根据测得的改变量，通过控制器控制调焦机构移动，使成像回到清晰的位置。
优选地，所述调焦机构与显微物镜相连。
优选地，所述显微镜成像系统还包括滤光片。
优选地，所述显微镜成像系统还包括反射镜和/或棱镜。反射镜和/或棱镜用于改变光路方向，减小显微镜整体高度。
所述转折光路中的分光镜用于将一束光分成两束。本领域技术人员可根据实际要求，选择合适的分光镜。优选地，所述转折光路中的分光镜选自半反半透镜、棱镜中的至少一种。进一步优选地，所述转折光路中的分光镜使用半反半透镜。
优选地，所述转折光路中的滤光片只透过自动对焦系统中光源发出的探测光。进一步优选地，所述转折光路中的滤光片安装在光源光路和/或探测光路中。
优选地，所述转折光路中的通透镜透过样品的成像光，反射自动对焦系统光源光路中光源发出的探测光。
优选地，所述转折光路中通透镜安装在显微镜成像光路中，并与显微镜光轴成一定角度，可将探测光反射进入显微物镜，照射样品。进一步优选地，所述转折光路中通透镜安装在显微物镜和光电探测器I之间，与光轴成45°角安装。
优选地，所述转折光路中调焦镜为负透镜，沿光轴移动调节探测光出射角度。
所述自动对焦显微镜中，探测光的波长与成像光的波长相互不影响。所述自动对焦系统光源光路中光源发出的探测光波长在成像波长区间之外时，不影响显微镜成像系统的成像。本领域技术人员可按照实际需要，根据光电探测器II的具体类型，选择合适的自动对焦系统光源光路中的光源。
本领域技术人员可按照实际需要，根据光电探测器II的具体类型，选择光源光路中的光阑和探测光路中的成像镜。
优选地，所述控制器包括丝杆步进电机、超声电机、压电电机中的至少一种。
优选地，所述自动对焦显微镜还包含自动对焦系统工作开关。当自动对焦系统开关处于开启状态时，自动对焦系统处于工作状态；当自动对焦开关处于闭合状态时，自动对焦系统处于关闭状态。
优选地，所述自动对焦系统与显微镜成像系统同时工作。即所述自动对焦系统与显微镜成像系统同时开启，持续实现实时自动对焦。
本申请的有益效果包括但不限于：
本申请提供了一种显微镜自动对焦的方法，在显微镜成像时，由于外界环境的变化使成像离焦，通过探测光路测得改变量，通过控制器控制调焦机构移动，使成像清晰，达到自动对焦的目的。
附图说明
图1为本申请实施例1中自动对焦显微镜的光路图。
图2为方形光阑示意图。
图3为本申请实施例2中自动对焦显微镜的光路图。
图4为圆形光阑示意图。
图5为显微镜照片；其中，(a)、(b)、(c)和(d)分别为开启自动对焦系统的显微镜分别在时间为0s、10s、20s和30s拍摄的照片；(e)、(f)、(g)和(h)分别为未开启自动对焦系统的显微镜分别在时间为0s、10s、20s和30s拍摄的照片。
部件及附图标记列表
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明不局限于这些附图和实施例。
实施例1
本申请的一种实施方式如图1所示，所述自动对焦显微镜包括显微镜成像系统和自动对焦系统。显微镜成像系统完成对目标物体的放大，并在光电探测器I 28上成像。自动对焦系统对成像过程中的离焦现象进行自动对焦，保证清晰成像。
具体而言，显微镜成像系统包括：显微物镜20、调焦机构22、反射镜24、成像物镜26、光电探测器I 28。显微物镜20在光路最上方，与目标物体1相连，对样品台1上的样品成像；显微物镜20固定在调焦机构22上，通过调节调焦机构22使成像清晰。由显微物镜20出来的成像光线经由反射镜24，由成像物镜26成像在光电探测器I 28上。
具体而言，自动对焦系统包括：转折光路、光源光路、探测光路。转折光路包括通透镜40、调焦镜42、滤光片44、分光镜46(本实施例中采用半反半透镜)；光源光路包括：光源64(本实施例中采用发光二极管灯LED)、准直镜62(本实施中采用非球面镜)、光阑I 60(本实施例中采用方形光阑，如图2所示)；探测光路包括：透镜80、光阑II 82(本实施例中采用方形光阑)、透镜84、成像镜86(本实施例中采用柱面镜)、光电探测器II 88(本实施例中采用线阵图像传感器CCD)。
由LED光源64发出的探测光，经过非球面镜62准直为平行光，经过方形光阑60变为方形光，在经过半反半透镜46、滤光片44、调焦镜42，通透镜40反射改变方向，在经过反射镜24、显微物镜20射向物体，当物体在显微物镜20的焦面上时，探测光平行返回，经过半反半透镜46反射，通过透镜80、光阑82、透镜84，经柱面镜86成像在线阵CCD88上。当样品台1上的样品由于震动等影响离开焦面时，探测光反射回来的光线发生偏转，这时落在线阵CCD88上的像发生了位置移动，通过对线阵CCD88得到的差异数据处理，通过控制器(图中未示出)控制调焦机构22，调焦机构22带动显微物镜20做微小移动，使成像清晰。在显微镜成像过程中，自动对焦系统实时运行，使对焦保持在焦平面，保持长时间清晰成像。
实施例2
本申请的一种实施方式如图3所示，与实施例1不同之处在于，其光源64为激光，透镜组62为准直扩束系统，光阑60为圆形光阑(如图4所示)，成像镜86为圆形透镜，光电探测器II 88为位置敏感探测器(PositionSensitive Detector，简写为PSD)。其余部分均与实施例1相同，在此不做赘述。
实施例3
分别在开启、未开启自动对焦系统的情况下，对显微镜的持续成像效果进行测试，结果如图5所示。图5中，(a)、(b)、(c)和(d)分别为开启自动对焦系统的显微镜分别在时间为0s、10s、20s和30s拍摄的照片；(e)、(f)、(g)和(h)分别为未开启自动对焦系统的显微镜分别在时间为0s、10s、20s和30s拍摄的照片。由图可以看出，随着时间加长，开启了自动对焦系统的显微镜可以持续清晰成像；而未开启自动对焦系统的显微镜，随着时间加长，成像变得模糊，出现离焦现象。由上述结果可以看出，本申请所提供的自动对焦显微镜，可以很好的解决在长时间成像、观察、拍照等试验中像面的漂移，离焦等情况，减少了人工的复杂操作带来的误差的影响。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种自动对焦显微镜，其特征在于，至少包括：
显微镜成像系统，包括显微物镜、调焦机构、成像物镜、光电探测器I；所述的显微物镜、成像物镜、光电探测器I同轴并顺序放在光路中；所述调焦机构与显微物镜相连和/或光电探测器I相连；
自动对焦系统，包括转折光路、光源光路、探测光路、控制器；所述转折光路，包括通透镜、滤光片、分光镜、调焦镜；所述的光源光路，包括准直镜、光阑、光源；所述的探测光路，包括透镜组、成像镜、光电探测器II；所述的控制器与光电探测器II和显微成像系统的调焦机构相连，根据光电探测器II的信号，通过调焦机构控制显微物镜和/或光电探测器I移动。
2.根据权利要求1所述的自动对焦显微镜，其特征在于：所述显微镜成像系统还包括滤光片。
3.根据权利要求1所述的自动对焦显微镜，其特征在于：其中所述显微镜成像系统还包括反射镜和/或棱镜。
4.根据权利要求1所述的自动对焦显微镜，其特征在于：其中所述转折光路中的分光镜选自半反半透镜、棱镜中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的自动对焦显微镜，其特征在于：其中所述转折光路中的滤光片只透过自动对焦系统中光源发出的探测光。
6.根据权利要求1所述的自动对焦显微镜，其特征在于：其中所述转折光路中的通透镜透过样品的成像光，反射自动对焦系统光源光路中光源发出的探测光。
7.根据权利要求1所述的自动对焦显微镜，其特征在于：其中所述转折光路中通透镜安装在显微镜成像光路中，并与显微镜光轴成一定角度，可将探测光反射进入显微镜物镜，照射样品。
8.根据权利要求1所述的自动对焦显微镜，其特征在于：其中所述转折光路中调焦镜为负透镜，沿光轴移动调节探测光出射角度。
9.根据权利要求1所述的自动对焦显微镜，其特征在于：其中所述自动对焦系统光源光路中光源发出的探测光波长在成像波长区间之外时，不影响显微镜成像系统的成像。
10.根据权利要求1所述的自动对焦显微镜，其特征在于：其中所述自动对焦系统与显微镜成像系统同时工作。
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