一種實(shí)時(shí)對(duì)焦的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種實(shí)時(shí)對(duì)焦的裝置及方法，包括顯微掃描設(shè)備和測(cè)距傳感器，測(cè)距傳感器位于物鏡相對(duì)于載玻片掃描移動(dòng)方向的前方。測(cè)距傳感器測(cè)量并計(jì)算所述第一點(diǎn)距離物鏡的垂直距離，并通過所述控制器控制所述物鏡移動(dòng)以使所述第一點(diǎn)位于物鏡的景深范圍內(nèi)，當(dāng)所述物鏡移動(dòng)至所述掃描目標(biāo)表面的第一點(diǎn)，所述測(cè)距傳感器測(cè)量并計(jì)算所述第二點(diǎn)距離物鏡的垂直距離，并通過所述控制器控制所述物鏡移動(dòng)以使所述第二點(diǎn)位于物鏡的景深范圍內(nèi)。本發(fā)明的技術(shù)方案通過實(shí)時(shí)地獲取目標(biāo)距離信息,自動(dòng)尋找計(jì)算最佳焦點(diǎn)位置以控制成像系統(tǒng)在垂直方向的移動(dòng)，使目標(biāo)表面總是處于物鏡景深范圍內(nèi)，大大節(jié)約了時(shí)間及系統(tǒng)資源。
【專利說明】一種實(shí)時(shí)對(duì)焦的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械制造領(lǐng)域，涉及一種對(duì)焦裝置及方法，尤其涉及一種實(shí)時(shí)對(duì)焦的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著顯微成像的發(fā)展要求，對(duì)微小目標(biāo)的掃描成像向著高精度的方向發(fā)展。而在高分辨率的掃描系統(tǒng)中，目標(biāo)表面微小的起伏均會(huì)導(dǎo)致各區(qū)域焦點(diǎn)的不同?，F(xiàn)在的掃描系統(tǒng)均在不斷改進(jìn)、完善對(duì)目標(biāo)表面不同位置進(jìn)行對(duì)焦的技術(shù)。
[0003]作為主要部件，物鏡在這一系統(tǒng)中扮演著及其重要的角色。而現(xiàn)有的物鏡景深范圍較小，故對(duì)于表面不平整的目標(biāo)(表面起伏程度大于物鏡景深)，必須進(jìn)行對(duì)焦(使目標(biāo)表面始終處于物鏡景深范圍內(nèi))，然后再根據(jù)焦點(diǎn)掃描，才能獲得更高清晰度的圖像。
[0004]在現(xiàn)有的高精度顯微掃描設(shè)備中，均采用先對(duì)焦后掃描的方法進(jìn)行指定區(qū)域拍攝。首先，在指定目標(biāo)點(diǎn)垂直方向上對(duì)焦上下限之間連續(xù)等間距地拍攝出多張圖片，再根據(jù)拍攝出的最清晰度的圖像計(jì)算出焦點(diǎn)位置，然后再根據(jù)掃描區(qū)域中記錄的焦點(diǎn)位置進(jìn)行調(diào)焦掃描。
[0005]這種掃描技術(shù)既浪費(fèi)了大量時(shí)間(掃描前需對(duì)指定的多點(diǎn)位置對(duì)焦)，又浪費(fèi)系統(tǒng)資源(需要更多內(nèi)存存儲(chǔ)對(duì)焦圖片及更多資源計(jì)算對(duì)比圖像清晰度)，而且由于對(duì)焦點(diǎn)數(shù)量有限，而掃描區(qū)域相對(duì)較大，故需對(duì)整個(gè)掃描區(qū)域根據(jù)記錄的對(duì)焦點(diǎn)進(jìn)行地形處理或者最近點(diǎn)處理及其他相關(guān)處理，以進(jìn)行后續(xù)的掃描工作，導(dǎo)致掃描得到的圖像沒有對(duì)焦的區(qū)域相對(duì)比較模糊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明通過實(shí)時(shí)地獲取目標(biāo)距離信息，自動(dòng)尋找計(jì)算最佳焦點(diǎn)位置以控制成像系統(tǒng)在垂直方向的移動(dòng)，使目標(biāo)表面總是處于物鏡景深范圍內(nèi)，大大節(jié)約了時(shí)間及系統(tǒng)資源。
[0007]為達(dá)到上述目的，具體技術(shù)方案如下:
[0008]—方面，提供了一種實(shí)時(shí)對(duì)焦的裝置，適用于顯微掃描，包括顯微掃描設(shè)備，所述顯微掃描設(shè)備包括與控制器相連的可相對(duì)移動(dòng)的物鏡和載玻片，所述載玻片上置有掃描目標(biāo)，還包括測(cè)量掃描目標(biāo)表面與其之間距離的測(cè)距傳感器，所述測(cè)距傳感器位于所述物鏡相對(duì)于載玻片掃描移動(dòng)方向的前方，所述測(cè)距傳感器與控制器相連并將其與掃描目標(biāo)表面距離信息傳遞至控制器。
[0009]優(yōu)選的，所述測(cè)距傳感器的測(cè)量誤差小于所述物鏡的景深范圍的1/2。
[0010]另一方面，提供了一種如上所述的實(shí)時(shí)對(duì)焦的裝置的實(shí)時(shí)對(duì)焦方法，包括如下步驟:
[0011]步驟1，所述測(cè)距傳感器測(cè)量所述掃描目標(biāo)表面的第一點(diǎn)相對(duì)于測(cè)距傳感器的距離Dt-Ι，并計(jì)算所述第一點(diǎn)距離物鏡的垂直距離L3，并通過所述控制器控制所述物鏡移動(dòng)以使所述第一點(diǎn)位于物鏡的景深范圍內(nèi)；
[0012]步驟2，當(dāng)所述物鏡移動(dòng)至所述掃描目標(biāo)表面的第一點(diǎn)，所述測(cè)距傳感器測(cè)量所述掃描目標(biāo)表面的第二點(diǎn)相對(duì)于測(cè)距傳感器的距離Dt，并計(jì)算所述第二點(diǎn)距離物鏡的垂直距離，并通過所述控制器控制所述物鏡移動(dòng)以使所述第二點(diǎn)位于物鏡的景深范圍內(nèi)。
[0013]優(yōu)選的，所述步驟I中控制器控制所述物鏡移動(dòng)以使所述第一點(diǎn)位于物鏡的景深范圍的中點(diǎn)。
[0014]優(yōu)選的，所述步驟2中通過所述Dt-1和Dt之間的差以及測(cè)距傳感器與物鏡之間的夾角計(jì)算出所述物鏡所需移動(dòng)的距離，以使所述第二點(diǎn)位于物鏡的景深范圍內(nèi)。
[0015]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)有:
[0016]1，掃描過程中實(shí)時(shí)測(cè)焦，不需要在掃描前進(jìn)行多點(diǎn)對(duì)焦及地形等其他算法的計(jì)算，故節(jié)約了大量時(shí)間；
[0017]2，掃描過程中實(shí)時(shí)測(cè)焦，每隔極小的移動(dòng)距離測(cè)焦一次，再根據(jù)測(cè)量距離計(jì)算出來的焦點(diǎn)控制成像系統(tǒng)在垂直方向的移動(dòng)，使目標(biāo)表面總是接近于物鏡景深的中心位置，使掃描出來的圖片所有區(qū)域均非常清晰，解決了目標(biāo)區(qū)域清晰度不均勻的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0019]圖1是本發(fā)明的裝置實(shí)施例的示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明的方法實(shí)施例的實(shí)施示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0022]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相
互組合。
[0023]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例做具體闡釋。
[0024]如圖1所示的本發(fā)明的實(shí)施例的一種實(shí)時(shí)對(duì)焦的裝置，適用于顯微掃描，包括顯微掃描設(shè)備。顯微掃描設(shè)備包括與控制器相連的可相對(duì)移動(dòng)的物鏡I和載玻片2,載玻片2上置有掃描目標(biāo)3。
[0025]還包括測(cè)量掃描目標(biāo)3表面與其之間距離的測(cè)距傳感器4。測(cè)距傳感器位于物鏡I相對(duì)于載玻片2掃描移動(dòng)方向(如圖中箭頭所示方向)的前方，測(cè)距傳感器4與控制器相連并將其與掃描目標(biāo)表面距離信息傳遞至控制器。
[0026]并結(jié)合如圖2中所示，方法包括如下步驟:
[0027]步驟1，測(cè)距傳感器4測(cè)量掃描目標(biāo)3表面的第一點(diǎn)相對(duì)于測(cè)距傳感器4的距離Dt-1，并計(jì)算第一點(diǎn)距離物鏡I的垂直距離L3，并通過控制器控制物鏡I移動(dòng)以使第一點(diǎn)位于物鏡I的景深范圍內(nèi)；[0028]步驟2，當(dāng)物鏡I移動(dòng)至掃描目標(biāo)3表面的第一點(diǎn)，測(cè)距傳感器4測(cè)量掃描目標(biāo)3表面的第二點(diǎn)相對(duì)于測(cè)距傳感器4的距離Dt，并計(jì)算第二點(diǎn)距離物鏡I的垂直距離，并通過控制器控制所物鏡I移動(dòng)以使第二點(diǎn)位于物鏡I的景深范圍內(nèi)。
[0029]本發(fā)明的實(shí)施例通過實(shí)時(shí)地獲取目標(biāo)距離信息，自動(dòng)尋找計(jì)算最佳焦點(diǎn)位置以控制成像系統(tǒng)在垂直方向的移動(dòng)，使目標(biāo)表面總是處于物鏡景深范圍內(nèi)，大大節(jié)約了時(shí)間及系統(tǒng)資源。
[0030]如圖1所示，在本發(fā)明的實(shí)施例中，測(cè)距傳感器4為高精度測(cè)距儀，可以對(duì)目標(biāo)表面3進(jìn)行高精度微距測(cè)量，測(cè)量誤差至少小于物鏡I景深范圍的1/2。
[0031]如圖1所示，在掃描移動(dòng)方向上，測(cè)距傳感器4總處于物鏡I前方，實(shí)時(shí)目標(biāo)測(cè)距點(diǎn)總處于實(shí)時(shí)掃描點(diǎn)的前面，即當(dāng)物鏡I移動(dòng)至第一點(diǎn)，第二點(diǎn)處于第一點(diǎn)的前方。故在掃描時(shí)測(cè)距傳感器4在前面測(cè)距，物鏡I在后面掃描，掃描系統(tǒng)根據(jù)測(cè)距傳感器4測(cè)出來的距離數(shù)據(jù)，調(diào)整物鏡I在垂直方向與的位置，使掃描目標(biāo)3表面總是處于物鏡I景深范圍中心點(diǎn)的附近，實(shí)時(shí)地掃描出清晰的圖像
[0032]并結(jié)合如圖2中所示，在本發(fā)明的實(shí)施例中，通過轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)距傳感器4的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)可以改變測(cè)距傳感器4測(cè)距的方向，改變其在掃描目標(biāo)3表面的測(cè)距點(diǎn)，控制測(cè)距點(diǎn)與物鏡之間的垂直距離。
[0033]如圖2中所示，當(dāng)已知測(cè)距傳感器4旋轉(zhuǎn)點(diǎn)與物鏡I的垂直距離為L(zhǎng)I，測(cè)距傳感器4旋轉(zhuǎn)點(diǎn)與物鏡I景深范圍中心點(diǎn)的在物鏡中心線上的距離為L(zhǎng)2，要求測(cè)距點(diǎn)與掃描點(diǎn)的水平距離為L(zhǎng)3，則可計(jì)算出測(cè)距傳感器4的測(cè)距方向的垂直夾角A滿足:Ll-L2XtanA=L3，可得A=tan-1 [ (L1- L3) /L2]，則可知要把測(cè)距點(diǎn)與掃描點(diǎn)的水平距離設(shè)置為L(zhǎng)3，只需要把測(cè)距傳感器的測(cè)距方向的垂直夾角A設(shè)置為tarT1 [ (L1- L3) /L2]。
[0034]由測(cè)距點(diǎn)與掃描點(diǎn)的水平距離為L(zhǎng)3、掃描移動(dòng)速度V可知:測(cè)距傳感器4實(shí)時(shí)測(cè)量距離的時(shí)間T=L3/V，即隔時(shí)間T，測(cè)量一次掃描點(diǎn)在測(cè)量方向上到掃描目標(biāo)3表面(SP測(cè)距點(diǎn))的距離。
[0035]以測(cè)距傳感器4實(shí)時(shí)測(cè)量距離的周期時(shí)間T為基本時(shí)間單位，設(shè)時(shí)間為t-Ι時(shí)，測(cè)得實(shí)際距離為Dw (優(yōu)選為某一參考點(diǎn)的距離)；時(shí)間為t時(shí)，測(cè)得實(shí)際距離為Dt，則可知在時(shí)間t到時(shí)間t+Ι的周期T內(nèi)，物鏡I在垂直方向上需要移動(dòng)的距離為S=(Dt-Dw) XcosA的絕對(duì)值；當(dāng)S>0時(shí)，物鏡I需向上移動(dòng)S的距離；當(dāng)S〈0時(shí)，物鏡I需向下移動(dòng)-S的距離；當(dāng)S=O時(shí)，物鏡I不需要移動(dòng)。
[0036]因此，本發(fā)明的實(shí)施例通過每掃描移動(dòng)T的時(shí)間就重新調(diào)整一次成像系統(tǒng)垂直位置來移動(dòng)到最近測(cè)量計(jì)算得到的位置處的方法進(jìn)行掃描過程中實(shí)時(shí)對(duì)焦及控制移動(dòng)，掃描出來的圖像即為高清晰度的掃描圖像。
[0037]本發(fā)明的實(shí)施例用測(cè)距儀實(shí)時(shí)周期性地測(cè)量距離，再根據(jù)測(cè)得距離計(jì)算出下一掃描周期成像系統(tǒng)在垂直方向需要移動(dòng)的方向、位置實(shí)現(xiàn)了掃描過程實(shí)時(shí)測(cè)距對(duì)焦。
[0038]以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但其只作為范例，本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實(shí)施例。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對(duì)該實(shí)用進(jìn)行的等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種實(shí)時(shí)對(duì)焦的裝置，適用于顯微掃描，包括顯微掃描設(shè)備，所述顯微掃描設(shè)備包括與控制器相連的可相對(duì)移動(dòng)的物鏡和載玻片，所述載玻片上置有掃描目標(biāo)，其特征在于，還包括測(cè)量掃描目標(biāo)表面與其之間距離的測(cè)距傳感器，所述測(cè)距傳感器位于所述物鏡相對(duì)于載玻片掃描移動(dòng)方向的前方，所述測(cè)距傳感器與控制器相連并將其與掃描目標(biāo)表面距離信息傳遞至控制器。
2.如權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)對(duì)焦的裝置，其特征在于，所述測(cè)距傳感器的測(cè)量誤差小于所述物鏡的景深范圍的1/2。
3.—種如權(quán)利要求1至2任一項(xiàng)所述的實(shí)時(shí)對(duì)焦的裝置的實(shí)時(shí)對(duì)焦方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1，所述測(cè)距傳感器測(cè)量所述掃描目標(biāo)表面的第一點(diǎn)相對(duì)于測(cè)距傳感器的距離Dw，并計(jì)算所述第一點(diǎn)距離物鏡的垂直距離L3，并通過所述控制器控制所述物鏡移動(dòng)以使所述第一點(diǎn)位于物鏡的景深范圍內(nèi)； 步驟2，當(dāng)所述物鏡移動(dòng)至所述掃描目標(biāo)表面的第一點(diǎn)，所述測(cè)距傳感器測(cè)量所述掃描目標(biāo)表面的第二點(diǎn)相對(duì)于測(cè)距傳感器的距離Dt，并計(jì)算所述第二點(diǎn)距離物鏡的垂直距離，并通過所述控制器控制所述物鏡移動(dòng)以使所述第二點(diǎn)位于物鏡的景深范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求3所述的實(shí)時(shí)對(duì)焦方法，其特征在于，所述步驟I中控制器控制所述物鏡移動(dòng)以使所述第一點(diǎn)位于物鏡的景深范圍的中點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求4所述的實(shí)時(shí)對(duì)焦方法，其特征在于，所述步驟2中通過所述Dw和Dt之間的差以及測(cè)距傳感器與物鏡之間的夾角計(jì)算出所述物鏡所需移動(dòng)的距離，以使所述第二點(diǎn)位于物鏡的景深范圍內(nèi)。
【文檔編號(hào)】G02B21/00GK103698879SQ201310704218
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】劉炳憲, 謝菊元, 王炎輝, 王克惠, 向新銘 申請(qǐng)人:寧波江豐生物信息技術(shù)有限公司