一种基于液态透镜的显微镜焦点漂移校正系统及方法技术方案

本发明专利技术属于显微镜自动对焦技术领域，提供了一种基于液态透镜的显微镜焦点漂移校正系统及方法，包括光源模块，其被配置为向待测样品发射照明光线；偏置模块，包括一液态透镜，所述液态透镜被配置为能够根据加载在其上的电压值变化而使得其焦距变化；离焦测量模块，其被配置为在所述液态透镜焦距变化时，采集多幅待测样品的离焦图像；中央控制单元，其被配置为对采集的多幅离焦图像进行差分计算，通过计算获得所述物镜和液态透镜的离焦关系曲线。本发明专利技术的优点在于能实现显微镜的快速对焦与精准对焦，并且去除了对焦系统内的机械位移结构，使得对焦系统结构紧凑，大大提升了对焦速度与精度。度与精度。度与精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于液态透镜的显微镜焦点漂移校正系统及方法


[0001]本专利技术涉及显微镜自动对焦
，尤其涉及一种基于液态透镜的显微镜焦点漂移校正系统及方法。

技术介绍

[0002]现有的生物显微镜中，常常需要对样品进行长时间的观测以探究样品变化性质。但是由于温度变化，机械漂移以及一些不可预料的振动等因素，显微镜的焦点常会发生漂移，影响了长时间观测的精度，甚至会导致整个实验的失败。因此，许多厂商都推出了自动对焦技术。其中主要的有尼康、莱卡、蔡司、奥林巴斯四家。其中尼康有发布过基于差分系统的自动对焦系统，其对焦精度较高，但是整体系统非常大，采用了多个图像传感器来采集差分图像(专利号：US10509199B2)；莱卡使用三角形反射镜将照明光路和探测光路分开避免光路间的干扰，优点是结构紧凑，缺点是精度与速度略有不足(专利号：US8829402B2)；蔡司的差分处理是通过旋转反射镜来得到差分所需的两幅图像(专利号：US6825454B2)。
[0003]在观察生物样品时，现有的自动对焦系统主要有两大问题：1、现有的主动式对焦装置大多基于机械结构物理位移调整探测光路的焦点来实现样品不同厚度层的观察，这使得对焦装置本身的物理位移也会引入焦面的测量不准以及对焦速度较慢等问题，影响自动对焦的速度与准确性。2、现有的差分处理方法通常依赖于三个图像传感器，一个采集对焦图像，一个采集前焦图像，一个采集后焦图像，这种方法使得对焦装置本身结构复杂，体积较大，基于液态透镜的焦点漂移校正系统只需要一个图像传感器，简化了系统结构，提升了自动对焦的速度。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于液态透镜的显微镜焦点漂移校正系统及方法，用以解决上述问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种基于液态透镜的显微镜焦点漂移校正系统，包括显微镜系统，其包括有物镜及显微镜光源，物镜上设有浸没介质，其作用为对待测样品成像，包括：
[0007]光源模块，其被配置为向待测样品发射照明光线；
[0008]偏置模块，包括一液态透镜，所述液态透镜被配置为能够根据加载在其上的电压值变化而使得其焦距变化；
[0009]离焦测量模块，其被配置为在所述液态透镜焦距变化时，采集多幅待测样品的离焦图像；
[0010]中央控制单元，其被配置为对采集的多幅离焦图像进行差分计算，通过计算获得所述物镜和液态透镜的离焦关系曲线，以及对加于所述液态透镜上的电压进行改变。
[0011]进一步的，偏置模块、离焦测量模块与光源模块之间设置有一半透半反镜，所述半透半反镜将所述系统光源模块发射的照明光线反射至偏置模块，通过待测样品的反射，使
得反射回的照明光线从所述偏置模块射入所述离焦测量模块。
[0012]进一步的，离焦测量模块包括依照光路传输路径而依次设置的半月型光阑、第二准直镜以及图像传感器；所述半月型光阑、第二准直镜以及图像传感器的光轴均与所述液态透镜的光轴重合。
[0013]进一步的，偏置模块还包含凸透镜与凹透镜，用于与液态透镜组合对光束进行扩束，其光轴与所述系统光源与液态透镜重合。
[0014]进一步的，中央控制单元还被配置为根据所述离焦关系曲线调节加载于所述液态透镜上的电压值以补偿液态透镜的离焦量。
[0015]进一步的，中央控制单元还被配置为根据所述离焦关系曲线驱动物镜运动预设高度以补偿物镜的离焦量。
[0016]进一步的，光源模块还包含第一准直镜与半月型光阑，所示第一准直镜用于将系统光源发出的光准直为平行光，半月型光阑用于挡去一半照明光束，所述第一准直镜与系统光源光轴重合；
[0017]系统光源发出的照明光线依次经过半月型光阑、第一反射镜、第一准直镜射入所述偏置模块。
[0018]进一步的，系统光源为LED灯光。
[0019]本专利技术的另一方面还提供一种基于液态透镜的显微镜焦点漂移校正方法，包括步骤：
[0020]S1、在显微镜上安装预设倍率的物镜，物镜上设有浸没介质，并将待测样品放置在物镜的一侧，使待测样品位于物镜的焦点位置；
[0021]S2、启动光源模块，光源模块发出的照明光线依次通过液态透镜模块以及物镜照射到待测样品上，经过待测样品的反射，反射光线依次经过物镜、液态透镜模块进入偏移测量模块，并在偏移测量模块的图像传感器上成像；
[0022]S3、启动液态透镜模块，由中央控制单元对液态透镜发出指令使液态透镜焦距调节到预设值；
[0023]S4、调节液态透镜的焦距使偏移测量模块的光线反射面与操作者想要观察的平面重合；
[0024]S5、调整物镜与样品之间的距离，从图像传感器上获取样品的离焦图像；
[0025]S6、调整通过中央控制器加载于液态透镜上的预设电压值，采集多幅不同焦距下待测样品在图像传感器上成的像；
[0026]S7、对采集得到的多幅不同焦距下的图像进行差分计算，获取离焦状态下的差分曲线，得出差分曲线的过零点位置；
[0027]S8、重复步骤S5
‑
S7，根据过零点位置与物镜运动预定间隔距离获得离焦关系曲线；
[0028]S9、根据得到的离焦关系曲线，调节加载于液态透镜上的电压值以补偿液态透镜模块的离焦量，并驱动物镜运动预设高度以补偿物镜的离焦量，使待测样品始终保持于显微镜的焦点位置。
[0029]本专利技术与现有技术相比，至少包含以下有益效果：
[0030](1)能实现显微镜的快速对焦与精准对焦，以及能够解决显微镜切换物镜时，每个
物镜上浸没介质不同带来的对焦平面偏移的问题；
[0031](2)通过液态透镜焦距的改变实现对物镜焦平面位置的控制，减少了传统偏置系统中的机械位移结构，大大提升了对焦速度与精度；
[0032](3)由于采集图像时会快速改变加于液态透镜的电压改变液态透镜焦距并采集图像，即在当前电压、第一预设电压与第二预设电压三种情况分别记录准焦曲线、前焦曲线与后焦曲线，反射光线在图像传感器上成的像均为轴向光强分布曲线，将前焦曲线与后焦曲线做差分运算，即可以得到差分曲线，通过分析差分曲线的过零点位置即可以得到当前位置距准确对焦位置的距离；
[0033](4)采用液态透镜快速调节焦距实现在同一个图像采集器上采集前焦曲线、后焦曲线以及准焦曲线，避免了传统差分操作需要三个不同位置的图像传感器的缺点，简化了结构，提高了对焦部件的空间利用率。
附图说明
[0034]图1是本专利技术实施例中显微镜的光学对焦结构示意图；
[0035]图2是本专利技术实施例中显微镜焦点漂移校正方法的流程图；
[0036]图3是本专利技术实施例中操作显微镜进行焦点漂移校正的工作流程图；
[0037]图4是本专利技术实施例中图像传感器线阵CCD的在焦图像；
[0038]图5是本专利技术实施例中图像传感器线阵CCD的一种离焦图像；
[0039]图6是本专利技术实施例中图像传感器线阵C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于液态透镜的显微镜焦点漂移校正系统，包括显微镜系统，其包括有物镜及显微镜光源，物镜上设有浸没介质，其作用为对待测样品成像，其特征在于，包括：光源模块，其被配置为向待测样品发射照明光线；偏置模块，包括一液态透镜，所述液态透镜被配置为能够根据加载在其上的电压值变化而使得其焦距变化；离焦测量模块，其被配置为在所述液态透镜焦距变化时，采集多幅待测样品的离焦图像；中央控制单元，其被配置为对采集的多幅离焦图像进行差分计算，通过计算获得所述物镜和液态透镜的离焦关系曲线，以及对加于所述液态透镜上的电压进行改变。2.根据权利要求1所述的一种基于液态透镜的显微镜焦点漂移校正系统，其特征在于，所述偏置模块、离焦测量模块与光源模块之间设置有一半透半反镜，所述半透半反镜将所述系统光源模块发射的照明光线反射至偏置模块，通过待测样品的反射，使得反射回的照明光线从所述偏置模块射入所述离焦测量模块。3.根据权利要求1所述的一种基于液态透镜的显微镜焦点漂移校正系统，其特征在于，所述离焦测量模块包括依照光路传输路径而依次设置的半月型光阑、第二准直镜以及图像传感器；所述半月型光阑、第二准直镜以及图像传感器的光轴均与所述液态透镜的光轴重合。4.根据权利要求1所述的一种基于液态透镜的显微镜焦点漂移校正系统，其特征在于，所述偏置模块还包含凸透镜与凹透镜，用于与液态透镜组合对光束进行扩束，其光轴与所述系统光源与液态透镜重合。5.根据权利要求1所述的一种基于液态透镜的显微镜焦点漂移校正系统，其特征在于，所述中央控制单元还被配置为根据所述离焦关系曲线调节加载于所述液态透镜上的电压值以补偿液态透镜的离焦量。6.根据权利要求1所述的一种基于液态透镜的显微镜焦点漂移校正系统，其特征在于，所述中央控制单元还被配置为根据所述离焦关系曲线驱动物镜运动预设高度以补偿物镜的离焦量。7.根据权利要求1所述的一种基于液态透镜的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈友华，杜匡为，嵇承，匡翠方，
申请(专利权)人：浙大宁波理工学院，
类型：发明
国别省市：