CN106842534B - 基于双ccd的自动对焦显微镜及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于双CCD的自动对焦显微镜及测量方法，该显微镜的光路部分由激光光源、物镜、分光镜BS1、分光镜BS2组成，激光光束通过狭缝进入光筒中，由分光镜BS1反射向下经物镜到达样品平面，样品反射光束经原路返回到分光镜BS1透过向上到达分光镜BS2后分成二路，一路透过向上被CCD2接收，另一路反射后经反射镜折返向上被CCD1接收；电路部分由CCD1、CCD2、计算机、控制箱和步进电机构成，两个CCD前后错开放置，分别接收完整光束信号，且具有重叠接收区域，CCD接收光信号后由光电转换器转换成电信号，并传输到计算机，计算机将指令信号发送到控制箱，控制箱控制步进电机带动光路部分上下移动寻找最佳对焦位置。

Description

基于双CCD的自动对焦显微镜及测量方法

技术领域

本发明涉及一种自动对焦显微镜，特别涉及一种基于双CCD的自动对焦显微镜及测量方法。

背景技术

对于任何成像光学系统，成像质量都是人们关心的重要问题之一。由光学系统成像理论可知，只有当像位于对焦面时才最清晰，具有更多的细节，而偏离对焦面时图像将变模糊，图像质量下降。随着科学研究和实际生产领域的不断发展，显微视觉系统在制造和检测中发挥着举足轻重的作用，这都依赖于显微系统快速高效地实现自动对焦，获取目标物体的清晰图像。传统的自动对焦显微镜存在对焦速度慢，图像不清晰等问题。

发明内容

本发明是针对传统的自动对焦显微镜对焦速度慢，图像不清晰的技术问题，提出一种基于双CCD的自动对焦显微镜及测量方法，与目前已经存在的自动对焦显微镜有相似的原理和结构，但利用分光形成双光路结构，由两个CCD同时接收并形成重叠区域，采集到的重叠图像分别用作标定和补偿，对焦速度提高了一倍，图像经分割补偿后清晰度大大提高，可以达到快速高精度自动对焦的目标。

本发明的技术方案为：一种基于双CCD的自动对焦显微镜，包括光路部分、电路部分，样品平面，所述光路部分由激光光源、物镜、分光镜BS1、分光镜BS2组成，激光光束通过狭缝进入光筒中，由分光镜BS1反射向下经物镜到达样品平面，样品反射光束经原路返回到分光镜BS1透过向上到达分光镜BS2后分成二路，一路透过向上被CCD2接收，另一路反射后经反射镜折返向上被CCD1接收；所述电路部分由CCD1、CCD2、计算机、控制箱和步进电机构成，CCD1和CCD2前后错开放置，分别接收完整光束信号，并且 CCD1和CCD2具有重叠接收区域，CCD1和CCD2接收光信号后由光电转换器转换成电信号，并传输到计算机，计算机将指令信号发送到控制箱，控制箱控制步进电机带动光路部分上下移动寻找最佳对焦位置。

一种采用基于双CCD的自动对焦显微镜的测量方法，具体步骤如下：

1)打开电源，清空样品平面后，将基于双CCD的自动对焦显微镜调整到默认初始状态；

2)在样品平面上放置待测样品，激光光源发出的测试光通过光路部分将样品图片经CCD1和CCD2传输到计算机；

3)计算机经过波形对比得出对焦位置的评价，并将评价参数转化为信号指令发送到控制箱；

4)控制箱根据指令信号控制步进电机带动光路部分上下快速移动找到对焦最佳位置。

所述CCD1和CCD2在重复区域采集到的图像信息一幅用作标定，另一幅用作增补，使基于双CCD的自动对焦显微镜在寻焦时速度提高一倍，以及在对焦完成时通过算法将图像分割拼接得到清晰度更高的最终图像。

本发明的有益效果在于：本装置采用分光镜将样品反射光束分成两路，被两个CCD分别接收。双CCD同平面前后错位放置，保证可同时接收完整的光信号，并且接收的信号有重复的区域。重复区域采集到的图像信息一幅用作标定，另一幅用作增补，一方面在寻焦时速度可提高一倍，另一方面在对焦完成时通过算法将图像分割拼接可以得到清晰度更高的最终图像。

附图说明

图1为基于双CCD的自动对焦显微镜结构示意图；

图2为双CCD重叠接收区域放大示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行进一步详细说明。

一种基于双CCD的自动对焦显微镜，包括光路部分和电路部分，其构造（参见附图1）与工作方式如下：光路部分由激光光源1、物镜2、分光镜BS1、分光镜BS2组成。激光光束1通过狭缝进入光筒中，由分光镜BS1分成两路，一路透过向前忽略不计，一路反射向下经物镜2到达样品平面3。激光光束1经样品反射后原路返回到分光镜BS1，光束又被分成两路，一路反射忽略不计，一路透过向上到达分光镜BS2，再次分光，一路透过向上被CCD2接收，一路反射后再经反射镜4折返向上被CCD1接收。这样CCD1和CCD2能够接收经同一样品反射的光束，只是这两束光之间有一个光程差。电路部分由CCD1、CCD2、计算机、控制箱和步进电机构成。两个CCD前后错开放置，以便能够分别接收到完整光束信号，同时两CCD有重叠接收区域M（图2中虚线框区域）。两个CCD接收光信号后由光电转换器（与CCD封装在一起）转换成电信号，控制箱根据信号做出判断，控制步进电机带动光路部分（图1中黑色虚线框部分）上下移动寻找最佳对焦位置。

一种采用基于双CCD的自动对焦显微镜的测量方法，如下所述：

首先打开电源，在样品平面空置的情况下将系统调整到默认初始状态，然后在样品平面上放置待测样品，光源发出的测试光经上文所述光路将样品图片经CCD传输到计算机，计算机经过波形对比得出对焦位置的评价，并将评价参数转化为信号指令发送到控制箱，控制箱根据指令信号控制步进电机带动整个光路部分上下快速移动找到对焦最佳位置。

本发明采用分光镜将样品反射光束分成两路，被两个CCD分别接收。双CCD同平面前后错位放置，保证可同时接收完整的光信号，并且接收的信号有重复的区域。两个CCD重复区域采集到的图像信息一幅用作标定，另一幅用作增补，一方面在寻焦时速度可提高一倍，另一方面在对焦完成时通过算法将图像分割拼接可以得到清晰度更高的最终图像。

Claims (3)

1.一种基于双CCD的自动对焦显微镜，包括光路部分、电路部分，清空的样品平面，其特征在于：所述光路部分由激光光源、物镜、分光镜BS1、分光镜BS2组成，激光光束通过狭缝进入光筒中，由分光镜BS1反射向下经物镜到达样品平面，样品反射光束经原路返回到分光镜BS1透过向上到达分光镜BS2后分成二路，一路透过向上被CCD2接收，另一路反射后经反射镜折返向上被CCD1接收；所述电路部分由CCD1、CCD2、计算机、控制箱和步进电机构成，CCD1和CCD2沿垂直光轴方向前后错开放置，分别接收完整光束信号，并且CCD1和CCD2具有重叠接收区域，CCD1和CCD2接收光信号后由光电转换器转换成电信号，并传输到计算机，计算机将指令信号发送到控制箱，控制箱控制步进电机带动光路部分上下移动寻找最佳对焦位置。

2.一种采用权利要求1所述的基于双CCD的自动对焦显微镜的测量方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)打开电源，清空样品平面后，将基于双CCD的自动对焦显微镜调整到默认的初始状态；

2)在样品平面上放置待测样品，激光光源发出的测试光通过光路部分将样品图片经CCD1和CCD2传输到计算机；

3)计算机经过波形对比得出对焦位置的评价，并将评价参数转化为信号指令发送到控制箱；

4)控制箱根据指令信号控制步进电机带动光路部分上下快速移动找到对焦最佳位置。

3.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于：所述CCD1和CCD2在重复区域采集到的图像信息一幅用作标定，另一幅用作增补，使基于双CCD的自动对焦显微镜在寻焦时速度提高一倍，以及在对焦完成时通过算法将图像分割拼接得到清晰度更高的最终图像。