[发明专利]一种基于分时图像的显微成像自动对焦装置及其方法

说明书

本发明公开了一种基于分时图像的显微成像自动对焦装置及其方法，旨在解决现有技术中显微镜自动聚焦精度不足的技术问题。所述装置包括激光器、CCD相机、第一平面镜、反射式光斩波器、第二平面镜、第三平面镜、第四平面镜、第一分束镜、第二分束镜、凸透镜、第三分束镜、显微物镜和被测物体；所述方法为：将两条不同时刻的光束投射到被测物体上，再通过相机接收两条光束，获得两张光束图像，通过分析两张光束图像推算出当前物镜的位置以及离焦距离，利用电机移动物镜实现自动对焦。本发明能够在保证自动对焦速度、降低自动对焦成本的基础上，提高显微成像自动对焦的精度。

技术领域

本发明涉及一种基于分时图像的显微成像自动对焦装置及其方法，属于显微镜自动聚焦技术领域。

背景技术

显微镜的自动聚焦，被广泛的应用在工业检测，如半导体、液晶屏等领域。传统的聚焦判断方法，如图像清晰度函数、距离测量等，由于速度慢(清晰度函数)、成本高(距离测量)没有办法在工业生产中大规模的使用。WDI公司采用光束主动投影，利用在被测物表面形成图像，利用图像的信息作为聚焦情况的判断依据，解决了速度与成本问题。但是单幅图像处理时易收到外界因素的影响，如背景光、测量物体表面、测量物体安装等，导致测量精度的下降，在实际使用中，无法满足工业检测需求。

发明内容

为了解决现有技术中显微镜自动聚焦精度不足的问题，本发明提出了一种基于分时图像的显微成像自动对焦装置及其方法，将两条不同时刻的光束投影到被测物体表面，利用反射回来的两幅光束图像判断是否聚焦，由于两幅光束图像是同一物体表面的投影信息，受到的影响相同，因此可以利用两者之间的相互关系来考察聚焦情况，避免外界因素的影响，提高了检测精度。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术手段：

第一方面，本发明提出了一种基于分时图像的显微成像自动对焦装置，包括激光器、CCD相机、第一平面镜、反射式光斩波器、第二平面镜、第三平面镜、第四平面镜、第一分束镜、第二分束镜、凸透镜、第三分束镜、显微物镜和被测物体；激光器发射的光束进入反射式光斩波器，一个时刻的光束经反射式光斩波器反射到第一平面镜，形成第一光束，另一个时刻的光束经反射式光斩波器透射到第二平面镜，形成第二光束；第一光束经过第一平面镜到达第一分束镜，经第一分束镜反射后依次穿过第二分束镜、凸透镜到达第三分束镜，第一光束在第三分束镜处折射进入显微物镜后照射到被测物体上；第二光束依次被第二平面镜、第三平面镜、第四平面镜反射后到达第一分束镜，穿过第一分束镜、第二分束镜和凸透镜到达第三分束镜，第二光束在第三分束镜处折射进入显微物镜后照射到被测物体上；

第一光束和第二光束经被测物体反射后分别被显微物镜收集并传送到第三分束镜，第三分束镜将第一光束和第二光束分别反射到凸透镜处，经凸透镜汇聚后第一光束和第二光束分别被CCD相机接收。

结合第一方面，进一步的，第一分束镜与第一光束和第二光束主光轴的夹角均为45°。

结合第一方面，进一步的，设凸透镜的焦距为f，第一光束和第二光束的出光口与凸透镜的物方主面的距离分别为d₁和d₂，则满足d₁＞f，d₂＞f，且d₁＞d₂。

结合第一方面，进一步的，所述显微物镜与被测物体处于同一竖直面上，显微物镜通过电机驱动在竖直方向移动，改变与被测物体之间的距离。

第二方面，本发明提出了一种基于分时图像的显微成像自动对焦方法，包括如下步骤：

利用反射式光斩波器将激光器发射的光束分割成2个不同时刻的光束，即第一光束和第二光束，将第一光束和第二光束传输到被测物体；

通过调整CCD相机的曝光时间，利用CCD相机分别接收被测物体反射的第一光束和第二光束，获得第一光束图像和第二光束图像；