【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种适用于荧光显微镜的快速自动对焦模组及方法，属于显微成像。
技术介绍
1、目前，待测样本能够接受照明模组的激光信号，并在激光信号的激发下形成荧光信号，物镜对荧光信号进行收集并发射给成像系统进行收集，以获得相应的图像质量。鉴于显微镜具有高影像放大率的特性，导致景深范围相对会比较小，这就要求使用者需要花费大量的时间去调整物镜和待测样本的相对距离，以使物镜将荧光信号汇聚至成像系统，从而获得清晰的图像质量。
2、然而，上述待测样本的成像方式存在诸多限制。例如，因待测样本的大尺寸，会容易出现各个物方视场的焦平面不共面，并且每次在更换样本之后需要重新调整物镜和待测样本的相对距离，相应的，仍需花费时间不断调整物镜和待测样本的相对距离。相关技术中，成像系统扫描待测样本的成像速度较慢。
3、此外，鉴于待测物分子具有一定的活性，为了保护其活性，一般在基底上会有胶水层，其上覆盖盖玻片。不同批次待测样本存在厚度偏差，且样本的表面平整度具有差异性，对图像质量的清晰度影响较大。如若使用市面上的自动对焦系统难以达到快速对焦的目的，因此有必要开发出一种适用于荧光显微镜的快速自动对焦模组。
4、针对上述问题，提供了一种适用于荧光显微镜的快速自动对焦模组，旨在根据待测样本的各个物方视场的焦平面，控制物镜与待测样本的相对位置进行快速实时对焦，提升图像质量和提高工作效率，同时减小了与样品的直接接触，从一定程度上规避了其他风险以保证结果的稳定和可靠，在生命科学和半导体领域等有广阔的应用前景。
1、本专利技术提供一种适用于荧光显微镜的快速自动对焦模组及方法，具有采样速度块、稳定性高和实时对焦的特点。
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
3、一种适用于荧光显微镜的快速自动对焦模组，包括激光器、光阑、准直透镜组、反射镜、分色镜、物镜、位移平台、待测样本、望远透镜组、ccd2探测器、管镜、ccd1探测器和控制系统；
4、激光器、光阑、准直透镜组、反射镜、分色镜、物镜、待测样本和位移平台沿激光的传播方向依次设置、形成第一光路；待测样本位于位移平台上；
5、待测样本、物镜、分色镜、反射镜、望远透镜组和ccd2探测器沿激光的反射方向和分色镜的反射方向依次设置、形成第二光路；ccd2探测器、控制系统和位移平台依次连接；
6、待测样本、物镜、分色镜、管镜和ccd1探测器沿发射光方向(激光的反射方向)和分色镜的透射方向依次设置、形成第三光路；
7、分色镜需要依据实际情况来选择镀膜，第一光路和第二光路组成对焦光路，第三光路为成像光路；对焦光路的激光波长、成像光路的激发光波长和成像光路的发射光波长三者不重叠；分色镜反射对焦光路中的激光(激光器发出的激光)，透射成像光路中的激发光和发射光(激发光照射待测样本，待测样本被激光激发后发出发射光)；
8、激光器发出的激光依次经光阑和准直透镜组后，由反射镜和分色镜改变光束传播方向，将光束引入到物镜中，并由物镜聚焦在待测样本上，被待测样本反射后再次由物镜收集反射光束，并依次通过分色镜、反射镜和望远透镜组后，进入ccd2探测器，ccd2探测器接收由反射光束的偏移引起的反射光束光斑在望远透镜组中产生的水平位置上的偏移量，控制系统根据偏移量d控制物镜与待测样本之间的相对距离，实现待测样本单个视场的自动对焦；
9、利用激发光照射待测样本，待测样本被激光激发后发出发射光，物镜收集待测样本的发射光，分色镜透射发射光；管镜将发射光汇聚在ccd1探测器上，并在ccd1探测器上以清晰的图像呈现。
10、本申请发射光，指待测样本被激光激发后发出发射光。
11、上述激光器会发出激发光和发射光之外的单色光束；光阑用于调节激光器光束的尺寸。准直透镜组对经过光阑的光束进行准直。反射镜的会改变光的传播方向。物镜将对焦光路光束汇聚在待测样本上，其中待测样本所在的平面会对光线进行反射，物镜也用于收集反射光束，并依次通过分色镜和所述的反射镜，将反射光束送达到所述的望远透镜组，望远透镜组用于聚焦和放大光束，使待测样本的细节信息更清晰可见，ccd2探测器将接收反射光束信号，并以由反射光束的偏移引起的反射光束光斑在望远透镜组中产生的水平位置上的偏移量呈现。控制系统根据由反射光束的偏移引起的反射光束光斑在望远透镜组中产生的水平位置上的偏移量来调节物镜与待测样本之间的相对距离以找到待测样本在该物方视场下的最佳焦平面。其中物镜的移动方向和移动位置是由位移平台中z轴进行精准移动。
12、上述光阑为圆形或矩形，需要确保足够的激光通过，以提高对焦的准确性。可结合激光器的出射形状和准直透镜组的焦距来确定光阑的形状和尺寸。
13、对于待测样品的激发光，可在分色镜和管镜之间加一个45度的二向色镜，并引入一个照明模组进行激发光的激发，激发光经物镜后，到达待测样本，待测样本被激光激发后发出发射光，本申请对激发光没有改进，在此，不再过多赘述。
14、本申请是适应于任意尺寸的待测样本，尤其是大尺寸的待测样本，无论样品多大，都可实现快速对焦。且对焦量程和对焦精度可控，可自行选择。即便待检测的样品上面有一层水层，也可实现快速对焦。
15、本申请基于光学原理进行焦面偏移的实时检测，通过闭环控制，实现单视场和多视场对焦，简单，可靠，成本低。
16、上述位移平台同时包括xy轴和z轴，控制系统可控制位移平台沿xy轴移动、控制物镜沿z轴移动；通过沿z轴移动，实现物镜与待测样本之间的相对距离的调节，实现待测样本单个视场的自动对焦；通过沿xy轴移动，将待测样本移动至不同的物方视场的焦平面并快速实时对焦。行程闭环控制，使得待测样本始终保持在焦面位置，提升图像质量和提高工作效率。
17、为了提高调焦精度，物镜连接在z轴上，实现物镜和待测样本之间的相对距离进行精准移动调节，以找到最佳焦平面。激光器发射激光光束并通过光阑调节激光光束的光斑尺寸，然后依次通过准直透镜组、反射镜和分色镜，再经由物镜出射到待测样本所在的平面后，被反射回物镜，返回的反射光束再次经过分色镜，反射镜与望远透镜组，汇聚到ccd2探测器上，并以由反射光束的偏移引起的反射光束光斑在望远透镜组中产生的水平位置上的偏移量呈现，根据偏移量，利用控制系统控制物镜移动方向和移动位置，来调节物镜与待测样本之间的相对距离，找到待测样本在该物方视场下的最佳焦平面。
18、本申请沿xy轴和z轴方向上的调节结构和方式，参照现有成熟技术即可，本申请对此没有特别改进，不再赘述。
19、作为其中一种实现的具体方案，控制系统内含电机控制器、计算机和运动控制器，计算机、运动控制器和电机控制器依次连接；
20、计算机通过有线或无线采集ccd2探测器上由反射光束中心的偏移引起的反射光束光斑在望远透镜组中产生的水平位置上的偏移量、并据此(由反射光束中心的偏移引起的反射光束光斑在望远透镜组中产生的水平位本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用于荧光显微镜的快速自动对焦模组，其特征在于：包括激光器、光阑、准直透镜组、反射镜、分色镜、物镜、位移平台、待测样本、望远透镜组、CCD2探测器、管镜、CCD1探测器和控制系统；
2.根据权利要求1所述的适用于荧光显微镜的快速自动对焦模组，其特征在于：位移平台同时包括XY轴和Z轴，控制系统可控制位移平台沿XY轴移动、控制物镜沿Z轴移动；通过沿Z轴移动，实现物镜与待测样本之间的相对距离的调节，实现待测样本单个视场的自动对焦；通过沿XY轴移动，将待测样本移动至不同的物方视场的焦平面并快速实时对焦。
3.根据权利要求2所述的适用于荧光显微镜的快速自动对焦模组，其特征在于：物镜连接在Z轴上，实现物镜和待测样本之间的相对距离进行精准移动调节，以找到最佳焦平面。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的适用于荧光显微镜的快速自动对焦模组，其特征在于：控制系统内含电机控制器、计算机和运动控制器，计算机、运动控制器和电机控制器依次连接；
5.根据权利要求1-3任意一项所述的适用于荧光显微镜的快速自动对焦模组，其特征在于：CCD2探测器接收由反
6.根据权利要求1-3任意一项所述的适用于荧光显微镜的快速自动对焦模组，其特征在于：CCD2探测器接收由反射光束中心的偏移引起的反射光束光斑在望远透镜组中产生的水平位置上的偏移量d0，控制系统根据偏移量d0控制物镜移动，找到最佳焦平面。
7.根据权利要求1-3任意一项所述的适用于荧光显微镜的快速自动对焦模组，其特征在于：CCD2探测器的位置可上下移动，根据对焦量程和对焦精度来确定移动量，CCD2探测器的位置向下移动，更靠近望远透镜组时，对焦模组的对焦量程将变大，对焦精度变弱，反之向上移动，对焦模组的对焦量程将变小，但对焦精度会更高。
8.根据权利要求1-3任意一项所述的适用于荧光显微镜的快速自动对焦模组，其特征在于，所述的激光器出射形状可为点状或线状；CCD1探测器为面阵工业相机，对待测样本进行清晰成像；CCD2探测器为面阵工业相机或者线阵相机，对由反射光束的偏移引起的反射光束光斑在望远透镜组中产生的水平位置上的偏移量进行标定。
9.根据权利要求1-3任意一项所述的适用于荧光显微镜的快速自动对焦模组，其特征在于：反射镜和分色镜均与竖直方向呈45°夹角，且反射镜的反射面和分色镜的反射面平行且相向设置。
10.一种适用于荧光显微镜的快速自动对焦方法，利用权利要求1-9任意一项所述的适用于荧光显微镜的快速自动对焦模组实现，其特征在于：包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种适用于荧光显微镜的快速自动对焦模组，其特征在于：包括激光器、光阑、准直透镜组、反射镜、分色镜、物镜、位移平台、待测样本、望远透镜组、ccd2探测器、管镜、ccd1探测器和控制系统；
2.根据权利要求1所述的适用于荧光显微镜的快速自动对焦模组，其特征在于：位移平台同时包括xy轴和z轴，控制系统可控制位移平台沿xy轴移动、控制物镜沿z轴移动；通过沿z轴移动，实现物镜与待测样本之间的相对距离的调节，实现待测样本单个视场的自动对焦；通过沿xy轴移动，将待测样本移动至不同的物方视场的焦平面并快速实时对焦。
3.根据权利要求2所述的适用于荧光显微镜的快速自动对焦模组，其特征在于：物镜连接在z轴上，实现物镜和待测样本之间的相对距离进行精准移动调节，以找到最佳焦平面。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的适用于荧光显微镜的快速自动对焦模组，其特征在于：控制系统内含电机控制器、计算机和运动控制器，计算机、运动控制器和电机控制器依次连接；
5.根据权利要求1-3任意一项所述的适用于荧光显微镜的快速自动对焦模组，其特征在于：ccd2探测器接收由反射光束的偏移引起的反射光束光斑在望远透镜组中产生的水平位置上的偏移量，具体包括：首先，焦平面的位移量转化成角度偏移量：具体为当待测样本在焦平面处，入射激光正入射通过物镜并汇聚在焦平面后，反射通过物镜并垂直出射；当待测样本不在焦平面处，与焦平面在垂直方向上具有一定的位移量时，入射激光正入射通过物镜并汇聚在待测样本所在的平面后，反射通过物镜，并会以与垂直出射方向有一定角度的方向出射，此时，焦平面...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏焱，任雅倩，朱敏，王国力，吴玉堂，
申请(专利权)人：南京波长光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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