[发明专利]一种用于显微视觉系统的自动对焦装置及方法

权利要求书

1.一种用于显微视觉系统的自动对焦装置，包括显微光学系统、数字摄像系统、玻片夹持装置和Z向运动装置，其特征在于：

显微光学系统由显微物镜、结像透镜、聚光镜、光源组成，且显微物镜、结像透镜、聚光镜彼此同轴；数字摄像系统由变倍镜和相机组成；变倍镜与结像透镜同轴；Z向运动装置与聚光镜相连，驱动聚光镜与显微物镜之间相互移动；Z向运动装置安装有顶针，顶针与玻片紧密接触，并驱动玻片运动；

变倍镜(201)的倍率为2倍、1倍、0.75倍、0.61倍、0.5倍和0.3倍；

所述Z向运动装置通过夹具将聚光镜与Z向运动装置的动侧连接在一起；聚光镜的光轴方向上与Z向运动装置的运动方向平行；聚光镜的光轴方向上垂直于玻片；

顶针安装在夹具上，且聚光镜的光轴中心与顶针中心间的连线与玻片的长轴平行；夹具的上端面与聚光镜上端面平齐；聚光镜的工作距离A.W.D.、玻片的厚度G.D.、顶针超出聚光镜上端面的高度H之间具有如下关系：H＝A.W.D.-G.D.；

所述显微物镜的工作距离O.W.D.与玻片上表面到显微物镜的前透镜表面的最小距离MinD之间有如下关系：MinD＝N×O.W.D.，且0.1N0.95；所述显微物镜的工作距离O.W.D.与玻片上表面到显微物镜的前透镜表面的最大距离MaxD之间有如下关系：MaxD＝M×O.W.D.，且1.2M10；所述Z向运动装置的行程L＝MaxD-MinD；

所述玻片夹持装置沿玻片的长边方向一侧具有单边导向燕尾槽结构，另一侧具有弹簧顶针；弹簧顶针的顶端是一个楔形面；

所述玻片夹持装置与导向机构相连，导向机构确保玻片在顶针作用下沿着显微物镜的光轴方向运动；导向机构动侧和不动侧之间具有压簧，压簧将对动侧施加一个远离显微物镜的力。

2.如权利要求1所述的一种用于显微视觉系统的自动对焦装置，其特征在于：导向机构为交叉滚子导轨机构，由导轨和滑块构成，滑块安装在导向机构的动侧上，导轨安装在导向机构的不动侧上；导向机构的动侧和不动侧之间具有压簧，压簧对动侧施加一个远离显微物镜的力。

3.如权利要求1所述的一种用于显微视觉系统的自动对焦装置，其特征在于：导向机构为基于柔性铰链的一体式平面连杆机构，其动侧和不动侧之间利用上下两条梁保持连接，动侧和不动侧以及下两条梁整体呈平行四边形结构；且导向机构的动侧和不动侧之间装有两根压簧，两根压簧对动侧施加一个远离显微物镜的力。

4.如权利要求2或3所述的一种用于显微视觉系统的自动对焦装置的实现方法，其特征在于：通过移动玻片位置，改变待观察样品和物镜之间的距离实现对焦，具体包括如下步骤：

步骤1、控制Z向运动装置使聚光镜远离显微物镜，直至Z向运动装置的负限位，玻片夹持装置在压簧作用下远离显微物镜，最终玻片上表面到显微物镜的前透镜表面的距离为MaxD；

步骤2、控制Z向运动装置使聚光镜朝着靠近显微物镜的方向运动一个步距Δd，玻片在顶针作用下也向显微物镜运动一个步距Δd，控制数字摄像系统拍摄一幅视野图像并记录当前位置；

步骤3、控制Z向运动装置使聚光镜朝着靠近显微物镜的方向运动，并如步骤2每行进一个步距Δd拍摄一幅视野图像并记录对应位置，直至玻片上表面到显微物镜的前透镜表面的距离为MinD；

步骤4、计算所有视野图像的锐利度，并找出锐利度最大的一幅图像，在该幅图像位置前后各找相邻的k幅图像，并按照高斯函数对锐利度和位置进行拟合，求解区间内的高斯函数极大值点对应的位置Xpos，该位置视为当前视野的焦点，k具体取值应满足0.3×O.W.D./Δd≤k≤0.8×O.W.D./Δd；

步骤5、控制Z向运动装置运动至Xpos，完成对焦。