一种自动聚焦装置，在一个实施例中，包括光源、分束器、光纤环形器、光准直仪、平衡检波器和微处理器。光纤环形器与分束光信号的一部分在第一端口耦合，与光准直仪在第二端口耦合，与平衡检波器在第三端口耦合。光准直仪将来自光纤环形器的光束通过分色镜和显微镜物镜直接导向到样品上。平衡检波器利用分束光信号的另一部分作为输入，并且将从放置样品的基片反射离开的光信号转换为模拟电压信号。微处理器处理平衡检波器的输出以及来自可调整的显微镜载台的定位反馈以产生用于移动可调整的显微镜载台的位置的命令从而达到需要的聚焦。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及一种显微镜装置，尤其涉及一种为获得合适聚焦而自动调整载台位置的技术。
技术介绍
就像所有的光学系统一样，显微镜承受了由于成像透镜(物镜)的放大倍率和NA(数值孔径)的增加带来的景深的减少。当使用显微镜时，使用者要负责通过相对于物镜来移动样品而获得样品的合适的聚焦。当显微镜是自动化的，并且使用者不再参与到观察每个图像时，就需要一种自动聚焦的方法。在相关
中，已经有通过测定前透镜和容器(例如，载片，孔板等等)底部的距离来获得自动聚焦方法的描述。这种技术是基于从第一表面反射的光束并测量该反射。但是这种技术的不足之处在于，如果样品所放置的容器的厚度不均匀，如同在大多数的塑料制品中一样，那么所产生的图像就会以基片的偏差量偏离焦点。细胞的图像依赖于在玻璃或者塑料基片底部的细胞的生长。细胞平行于表面生长，并且分泌使得它们附着于基片的蛋白质。为了保持细胞的生长，加入有丰富营养的液体培养基来供给细胞并且保持合适的生理条件。在这个方案中，塑料的表面用一种用于检测细胞的位置的水溶液覆盖。塑料和液体之间折射率的改变可以通过使用低噪声、高灵敏度的反射光装备来确定。
技术实现思路
在本专利技术的实施例中，提供一种自动聚焦显微镜装置。该装置包括，光源；分束器，用于将由所述光源发出的光束分成光信号的第一部分和光信号的第二部分；具有第一端口，第二端口和第三端口的光纤环形器；其中在光纤环形器中的光信号仅从第一端口传播到第二端口以及从第二端口传播到第三端口 ；其中光纤环形器与光信号的第二部分在第一端口处耦合；光准直仪用于将从光纤环形器的第二端口输出的光线通过分色镜和显微镜物镜直接导向到样品上，其中样品是放置在可调整的显微镜载台上；平衡检波器，用于将从样品放置的基片反射离开的光信号转换成模拟电压信号，其中反射光信号被显微镜物镜捕获并通过分色镜、光准直仪，再从光纤环形器的第二端口输入且从第三端口输出，从而被送到平衡检波器；其中平衡检波器使用光信号的第一部分作为输入，微处理器用于处理来自平 衡检波器的模拟电压信号。在本专利技术的另一个实施例中，提供一种自动聚焦显微镜装置。该装置包括，光源，具有第一端口，第二端口和第三端口的光纤环形器；其中，光纤环形器中的光信号仅从所述第一端口传播到所述第二端口以及从第二端口传播到第三端口传输；其中光纤环形器在第一端口与光源发出的光信号I禹合，光准直仪用于将从光纤环形器的第二端口输出的光通过分色镜和显微镜物镜导向到样品上，其中样品是放置在可调整的显微镜载台上；光电二极管检测器，用于将从放置样品的基片上反射离开的光信号转换成模拟电压信号，其中，反射光信号通过所述显微镜物镜被捕获，并且通过分色镜、光准直仪，再从光纤环形器的第二端口输入，并从光纤环形器的第三端口输出，从而被发送到光电二极管检测器，以及用于处理来自光电二极管检测器的模拟电压信号的微处理器。在本专利技术的又一个实施例中，提供一种操作显微镜装置的方法。该方法包括以下步骤向分束器发出一束光，该分束器用于将光束分成光信号的第一部分和光信号的第二部分；将光信号的第一部分输入到平衡检波器；将光纤环形器在第一端口与光信号的第二部分稱合，在第二端口与光准直仪稱合，在第三端口与平衡检波器稱合，其中光纤环形器中的光信号仅从第一端口传输到第二端口以及从第二端口传输到第三端口 ；利用光准直仪将从光纤环形器第二端口的光束通过分色镜和显微镜物镜导向到样品上，其中样品放置在可调整的显微镜载台上；通过显微镜物镜捕获反射的光束信号并通过光准直仪、再从光纤环形器的第二端口输入，且从第三端口输出，从而将反射光束信号发送到平衡检波器；利用平衡检波器将从样品放置的基片上反射的光信号转换为模拟电压信号，并且对平衡检波器的输出进行处理。在一个实施例中，本专利技术可以作为自动聚焦显微镜装置来实现。微处理器可以根据平衡检波器的输出以及来自可调整的显微镜台的定位反馈产生用于移动可调整的显微镜台的位置的命令，以达到需要的光学聚焦。在另一个实施例中，本专利技术可以作为跟踪装置来实现。微处理器可以连续监控模拟电压信号并且产生为了保持与样品的特定距离的命令，或者其中微处理器连续监控电压信号并且寻找样品和显微镜物镜之间的距离的改变，以将来自检波器的电压最大化，或者将电压保持在一个指定点。 在另一个实施例中，微处理器可以基于模拟电压信号以及定位反馈来确定样品的位置。附图说明图I是根据本专利技术的实施例设计的自动聚焦装置的示意图；图2是根据本专利技术的另一个实施例设计的自动聚焦装置的示意图；图3是信号电压作为载台位置的函数的图表。具体实施例方式该公开描述了实现当前预期的专利技术的最好的一个或多个模式。本说明书并不是想要以限制意义来理解，而是参照附图提供仅为了说明性目的提出的专利技术的实例，向本领域的普通技术人员解释本专利技术的优点和结构。在不同的附图中，同样的参考符号指代相同或类似的部分。需要注意的是所有的光纤系统可以用自由空间等效物替换。图I显示了根据本专利技术的实施例设计的自动聚焦装置100的典型和非限制性的示意图。装置100包括至少一个光源110，光纤分束器120，平衡检波器140，光纤环形器130，、光准直仪150，微处理器180和控制器190。光源110可以包括但不局限于例如激光二极管。其他光源也是可以考虑的。根据本专利技术的原理，通过光源110发出的光线被光纤耦合或者聚焦到光纤分束器120中，光纤分束器120将原始光线的第一部分122导向至平衡检波器140的一个端口中。在本专利技术的一个实施例中，光源110的波长是1310nm。其他数值也是可以考虑的。光纤环形器130包括第一端口(1)，第二端口(2)和第三端口(3)。从分束器120输出的第二部分124被馈送到光纤环形器130的第一端口(I)中。第二部分124远大于第一部分122 (例如，99%对1%)。光线在环形器130中传播并且在第二端口(2)输出，第二端口(2)输出的光信号被准直仪150准直成光束。需要注意的是光信号在环形器130中仅从第一端口(I)传播到第二端口(2)再到第三端口(3)。光线从分色镜170反射离开，分色镜170被设计成仅反射预定波长以上的波长并且使任何预定波长以下的波长都通过。在典型的实施例中，预定波长是1300nm。光束通过显微镜物镜160传播，并被聚焦在放置在可调整的显微镜载台上的样品195上。光线从样品195所放置的塑料或玻璃基片上反射离开，被物镜160捕获，然后被准直仪150送回到光纤中。如果样品195没有被包含在玻璃或者塑料基片中，那么反射可以来自于样品195本身。因为光线仅沿一个方向传播通过环形器130，所以来自准直仪150的光信号在第二端口(2)被输入到环形器130中，再在第三端口(3)被输出。来自环形器130的输出被馈送到平衡检波器140的另一个端口中。在平衡检波器140电路中，用从由分束器120提供的原始光线的第一部分122的信号将来自物镜160的信号电分离，因此，抵消随着时间光源强度的改变。平衡检波器140进一步将来自物镜160的校正信号转换为模拟电压信号，然后通过微处理器180中的A/D转换器被转换为数字信号。微处理器180，根据数字信号的数值以及定位反馈，通过发出指令给控制器190将显微镜载台沿着Z轴移动。例如，如图I所示，样品本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里·S·布鲁克，
申请(专利权)人：索雷博股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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