[发明专利]拉曼光谱仪自动对焦系统

说明书

技术领域

本发明涉及激光拉曼光谱仪，尤其是涉及一种拉曼光谱仪自动对焦系统。

背景技术

激光拉曼光谱仪应用于检测各种物质成份，是一种无损检测技术，具有测试样品非接触性、非破坏性、所需样品用量少、检测时间短、样品无需事先制备等特点，因此广泛应用在医药、文物考古、宝石鉴定、食品安全和刑事侦查等领域。但由于所测样品产生的拉曼光谱非常微弱，大约只有激光激发主线光強的10^-10～10^-6，因此，需要拉曼光谱仪准确对焦在被测样品上，尽最大可能提高拉曼光强的收集效率。

目前的对焦方式基本是手持样品或者通过机械机构手动调节物镜与样品间距离，肉眼判断被测样品上激光光斑大小，对焦是否准确的判断由光谱仪中CCD采集图像后再根据得到的拉曼光谱进行人工判断，其效率较低，若对焦效果不理想，则需要多次调整物镜，会浪费大量时间，由此需要一种自动快速的对焦方法。

中国专利CN204374086U公开一种激光拉曼光谱仪固体及液体样品对焦微动平台装置，中国专利CN103743721B公开等离激元增强拉曼光谱动态检测系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种拉曼光谱仪自动对焦系统。

本发明设有全反镜、低通分光镜、物镜、对焦摄像头、控制器和对焦执行机构；

绿光LED的绿光光束穿过全反镜经低通分光镜反射，低通分光镜的反射光穿过物镜照在样品上，样品的反射光穿过物镜被低通分光镜反射，低通分光镜的反射光经全反镜反射到对焦摄像头，在对焦摄像头上成像，对焦摄像头采集样品图像传给控制器，控制器的控制信号输出端接对焦执行机构，对焦执行机构的驱动信号控制物镜移动，直至完成对焦。

本发明通过低通分光镜和视觉摄像头专门采集样品的对焦特征图像，然后通过图像处理算法分析焦距状态，并控制镜头焦距调整机构，进行自动快速对焦。由于拉曼光谱仪与视觉采集装置公用同一套物镜，所以实际上也实现了拉曼光谱仪自动快速对焦，从而提高了拉曼光强的收集效率。

本发明在激光光源与透镜之间增加一低通分光镜，在低通分光镜上方设置全反镜与补光LED，全反镜反射方向设置一对焦摄像头。低通分光镜可以通过拉曼激光而反射补光光源，补光LED光路穿过全反镜，经低通分光镜反射，穿过物镜照在样品上，反射的图像光路穿过物镜，被低通分光镜反射，再经全反镜反射到达对焦摄像头，在对焦摄像头上成像。对焦摄像头采集速度快，控制器通过图像识别算法识别对焦摄像头传回的图像并判断焦点是否准确，据此来控制物镜前后运动调节焦点，实现自动快速对焦。拉曼光谱仪的激光穿过低通分光镜与物镜到达样品，拉曼信号经过物镜，由于波长较长，能够穿过低通分光镜基本无衰减到达拉曼光谱仪。

附图说明

图1为本发明实施例的结构组成示意图。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1，本发明实施例设有全反镜1、低通分光镜2、物镜3、对焦摄像头4、控制器5和对焦执行机构6；绿光LED的绿光光束G穿过全反镜1经低通分光镜2反射，低通分光镜2的反射光穿过物镜3照在样品A上，样品A的反射光穿过物镜3被低通分光镜2反射，低通分光镜2的反射光经全反镜1反射到对焦摄像头4，在对焦摄像头4上成像，对焦摄像头4采集样品图像传给控制器5，控制器5的控制信号输出端接对焦执行机构6，对焦执行机构6的驱动信号控制物镜3移动，直至完成对焦。在图1中，标记P表示拉曼光谱仪。

以下给出具体实施例：

假定所用的拉曼光谱仪激光波长为785nm，设计补光LED为绿光(绿光波长小于光谱仪拉曼激光785nm)，低通分光镜可分离绿光与拉曼激光，将绿光完全反射。控制器包含CPU与运动控制核心，CPU运行嵌入式操作系统，执行图像识别算法，判断对焦状态是否准确。对焦执行机构包括电机、电机驱动电路，控制物镜移动。

光谱仪采集前，点亮绿光LED，绿光光路穿过全反镜，经低通分光镜反射，穿过物镜照在样品上，样品反射的图像光路穿过物镜，被低通分光镜反射，再经全反镜反射到达对焦摄像头，在对焦摄像头上成像，对焦摄像头采集样品图像传给控制器。控制器通过相应图像算法判断当前焦距是否正确。若不正确，控制器通过对焦执行机构控制物镜移动，再不断通过对焦摄像头判断当前焦距状态并调整物镜，直至完成对焦。对焦完成后，关闭绿光，开始采集拉曼光谱。