一種在自動掃描過程中自動補償對焦的系統及方法與應用技術方案

本發明專利技術涉及一種在自動掃描過程中自動補償對焦的系統，以及實現方法，并將其運用在顯微鏡上，用于對由于機械運動、機械加工和安裝、熱脹冷縮等因素產生的微小誤差，進行補償修正，從而保證顯微鏡在掃描過程中，每個視野都能夠獲得清晰的圖像。所述的自動補償對焦的系統，包括目標平臺、成像裝置，所述的目標平臺在所在平面運動，所述的成像裝置在垂直于目標平臺的方向上運動，還包括對焦補償系統，所述的對焦補償系統包括至少兩個位移測量裝置，第一位移測量裝置安裝于目標平臺，用于檢測目標平臺運動過程中存在的垂直方向的誤差位移；第二位移測量裝置安裝在成像裝置上，用于檢測成像裝置的鏡頭與目標平臺的相對距離。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種補償對焦系統，更具體地說，涉及一種在自動掃描過程中自動補償對焦的系統，以及實現方法，并將其運用在顯微鏡上，用于對由于機械運動、機械加工和安裝、熱脹冷縮等因素產生的微小誤差，進行補償修正，從而保證顯微鏡在掃描過程中，每個視野都能夠獲得清晰的圖像。
技術介紹
全自動顯微鏡掃描系統是近年來出現的高精度掃描儀器，被廣泛地應用在醫學研究、臨床應用、生物研究及工業應用等領域。傳統的顯微鏡掃描系統如圖1所示，調焦時物鏡102保持靜止，載物臺101帶動被測物體做上下運動。也有采用傳感器檢測顯微鏡Z軸位置的，傳感器固定在顯微鏡機架上，其探頭與接觸，當載物臺上下運動調焦時，跟隨載物臺同步上下運動，并帶動傳感器探頭運動，使得傳感器能夠獲得載物臺上下運動的位移量，結合軟件聚焦模型，完成對焦補償過程。顯微鏡物鏡景深一般小于2um，細微的變化都會導致圖像模糊，現有技術主要存在三方面缺陷，容易產生上述問題。其一，載物臺除了 X、Y方向運動，還有Z方向運動，當X、Y運動時，載物臺的重心會發生變化，而載物臺在Z方向上又不是固定不動的，重心的變化會導致載物臺向某一個方向傾斜，由此引起在Z方向上的變化，盡管這個變化可能很細微，但還是有很大幾率超過物鏡景深2um,從而影響圖像清晰度。其二，載物臺X、Y軸通常采用絲桿加線性導軌的傳動方式，線性導軌是否夠平整，絲桿與導軌的裝配是否能夠做到完全平行，這些僅在理想狀態下才可能達到。實際載物臺X、Y運動時，由于機械加工會產生誤差，加上裝配產生的誤差，使載物臺表面會發生微米級的上下波動誤差，這種波動只要超過物鏡景深，就會影響圖像清晰度。其三，當使用傳感器來檢測載物臺Z軸位移時，都只檢測了載物臺的升降位移，往往忽略了上述第一、第二點的影響，導致其實際效果并不理想。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的不足，提供一種能夠檢測目標與鏡頭間的微小誤差，并提供修正的自動補償對焦的系統及方法，并將其運用于顯微鏡，實現顯微鏡在掃描過程中，每個視野都能夠獲得清晰的圖像。本專利技術的技術方案如下一種在自動掃描過程中自動補償對焦的系統，包括目標平臺、成像裝置，所述的目標平臺在所在平面運動，所述的成像裝置在垂直于目標平臺的方向上運動，還包括對焦補償系統，所述的對焦補償系統包括至少兩個位移測量裝置，第一位移測量裝置安裝于目標平臺，用于檢測目標平臺運動過程中存在的垂直方向的誤差位移；第二位移測量裝置安裝在成像裝置上，用于檢測成像裝置的鏡頭與目標平臺的相對距離。作為優選，所述的位移測量裝置包括位移傳感器、探頭，第一位移測量裝置的第一探頭與目標平臺表面接觸，用于測量目標平臺在運動過程中產生的垂直方向的起伏位移；第二位移測量裝置的第二探頭與成像裝置的調焦機構接觸，用于測量成像裝置的鏡頭與目標平臺的相對距離。作為優選，第一探頭與目標平臺表面間設置有調整片，所述的調整片表面平整，調整片固定在目標平臺的表面，第一探頭與調整片接觸。一種在自動掃描過程中自動補償對焦方法，步驟如下I)測量目標平臺運動過程中產生的垂直方向的誤差位移，以及成像裝置的調焦機構的位移；2 )通過調焦機構當前坐標計算得到焦面位置，通過誤差位移計算目標平臺與焦面位置的偏差；3)根據所得的偏差，相應調整調焦機構進行補償修正，使補償修正后的調焦機構與目標平臺的距離等于步驟2)計算所得焦面位置與未進行補償修正前的調焦機構的距離，保證成像裝置始終處于焦面位置并獲得清晰的圖像。—種基于在自動掃描過程中自動補償對焦的系統的顯微鏡，包括顯微鏡系統、數碼攝像頭；所述的該顯微鏡系統，包括機架、物鏡、載物臺、調焦機構、成像光學系統、光源照明系統；，所述載物臺固定在機架上，載物臺在所在水平面上運動、且垂直方向保持靜止，物鏡在垂直于載物臺所在平面的方向進行上下運動；還包括對焦補償系統，所述的對焦補償系統包括至少兩個位移測量裝置，第一位移測量裝置安裝在載物臺上方，用于檢測目標平臺運動過程中存在的垂直方向的誤差位移；第二位移測量裝置安裝在物鏡上，用于檢測物鏡的運動位移。作為優選，所述的位移測量裝置包括位移傳感器、探頭，第一位移測量裝置的第一探頭與載物臺表面接觸，用于測量載物臺在運動過程中產生的垂直方向的起伏位移；第二位移測量裝置的第二探頭與物鏡的調焦機構接觸，用于檢測物鏡與觀測標本的相對距離。作為優選，第一探頭與載物臺表面間設置有調整片，所述的調整片表面平整，調整片固定在載物臺的表面，第一探頭與調整片接觸。作為優選，調整片的面積不小于物鏡對載物臺的掃描范圍。作為優選，所述的對焦補償系統與計算機系統相連，計算機系統獲取誤差位移和物鏡與觀測標本的距離，通過調焦機構當前坐標計算得到焦面位置，通過誤差位移計算載物臺與焦面位置的偏差，再根據所得的偏差，相應調整調焦機構進行補償修正，使補償修正后的調焦機構與載物臺的距離等于焦面位置與未進行補償修正前的調焦機構的距離，保證物鏡始終處于焦面位置并獲得清晰的圖像。作為優選，所述的載物臺、物鏡通過電機驅動，所述的電機與電子控制系統相連，受電子控制系統控制，電子控制系統與計算機系統相連，獲取計算機系統的計算結果，進行自行補償修正。作為優選，所述的數碼攝像頭為一個以上，包括掃描成像攝像頭、輔助聚焦攝像頭。本專利技術的有益效果如下利用高精度傳感器測量顯微系統Z軸位置和載物臺X、Y方向運動引起的Z向變動位移，以及由于機械運動、機械加工和安裝、熱脹冷縮等因素產生的微小誤差，通過控制系統和軟件實時獲取編碼器的測量數據進行綜合計算，得出到達被測物體焦面的正確補償值，并實時控制顯微鏡Z軸進行修正，從而保證顯微鏡在掃描過程中，每個視野都能夠獲得清晰的圖像。控制物鏡調焦的方式有較顯著的優點其一，物鏡相對于載物臺，體積小、重量輕，更容易控制，且不容易因自重下滑；其二，載物臺取消了 Z方向的運動，可以把載物臺牢固的固定在機架上，使載物臺重心變化引起的Z方向變動的影響降到最低。附圖說明圖1是早期的自動掃描顯微系統的結構示意圖；圖2是本專利技術的對焦補償系統示意圖；圖3是本專利技術的結構示意圖；圖4是本專利技術的正面示意圖；圖5是本專利技術的側面示意圖；圖6是本專利技術第一位移測量裝置的局部示意圖；圖7是本專利技術第二位移測量裝置的局部示意圖；圖中101是現有技術的顯微鏡的載物臺，102是現有技術的顯微鏡的物鏡，I是機架，2是目標平臺，3是調整片，4是第一位移測量裝置，41是第一探頭，42是第一支架，5是第二位移測量裝置，51是第二探頭，52是第二支架，53是第二探頭支架，6是鏡頭，7是第一電機，8是第二電機，9是Z軸電機，10是成像光學系統，11是數碼攝像頭，12是光源照明系統，13是齒輪，14是Z軸絲桿。具體實施例方式以下結合附圖及實施例對本專利技術進行進一步的詳細說明。如圖2所示，一種在自動掃描過程中自動補償對焦的系統，包括目標平臺2、成像裝置，所述的目標平臺2在所在平面運動，所述的成像裝置在垂直于目標平臺2的方向上運動，還包括對焦補償系統，所述的對焦補償系統包括至少兩個位移測量裝置，第一位移測量裝置4安裝于目標平臺2，用于檢測目標平臺2運動過程中存在的垂直方向的誤差位移；第二位移測量裝置5安裝在成像裝置上，用于檢測成像裝置的鏡頭6與目標平臺2的相對距離。所述的位移測量裝置包括位移傳感器、探頭，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種在自動掃描過程中自動補償對焦的系統，包括目標平臺、成像裝置，所述的目標平臺在所在平面運動，所述的成像裝置在垂直于目標平臺的方向上運動，其特征在于，還包括對焦補償系統，所述的對焦補償系統包括至少兩個位移測量裝置，第一位移測量裝置安裝于目標平臺，用于檢測目標平臺運動過程中存在的垂直方向的誤差位移；第二位移測量裝置安裝在成像裝置上，用于檢測成像裝置的鏡頭與目標平臺的相對距離。

【技術特征摘要】
1.一種在自動掃描過程中自動補償對焦的系統，包括目標平臺、成像裝置，所述的目標平臺在所在平面運動，所述的成像裝置在垂直于目標平臺的方向上運動，其特征在于，還包括對焦補償系統，所述的對焦補償系統包括至少兩個位移測量裝置，第一位移測量裝置安裝于目標平臺，用于檢測目標平臺運動過程中存在的垂直方向的誤差位移；第二位移測量裝置安裝在成像裝置上，用于檢測成像裝置的鏡頭與目標平臺的相對距離。2.根據權利要求1所述的在自動掃描過程中自動補償對焦的系統，其特征在于，所述的位移測量裝置包括位移傳感器、探頭，第一位移測量裝置的第一探頭與目標平臺表面接觸，用于測量目標平臺在運動過程中產生的垂直方向的起伏位移；第二位移測量裝置的第二探頭與成像裝置的調焦機構接觸，用于測量成像裝置的鏡頭與目標平臺的相對距離。3.根據權利要求2所述的在自動掃描過程中自動補償對焦的系統，其特征在于，第一探頭與目標平臺表面間設置有調整片，所述的調整片表面平整，調整片固定在目標平臺的表面，第一探頭與調整片接觸。4.一種在自動掃描過程中自動補償對焦方法，其特征在于，步驟如下1)測量目標平臺運動過程中產生的垂直方向的誤差位移，以及成像裝置的調焦機構的位移；2)通過調焦機構當前坐標計算得到焦面位置，通過誤差位移計算目標平臺與焦面位置的偏差；3)根據所得的偏差，相應調整調焦機構進行補償修正，使補償修正后的調焦機構與目標平臺的距離等于步驟2)計算所得焦面位置與未進行補償修正前的調焦機構的距離，保證成像裝置始終處于焦面位置并獲得清晰的圖像。5.一種基于在自動掃描過程中自動補償對焦的系統的顯微鏡，包括顯微鏡系統、數碼攝像頭；所述的該顯微鏡系統，包括機架、物鏡、載物臺、調焦機構、成像光學系統、光源照明系統；所述載物臺固定在機架上，載物臺在所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：康軍，高志剛，
申請(專利權)人：麥克奧迪實業集團有限公司，
類型：發明
國別省市：