一种快速对焦结构的制作方法

1.本实用新型涉及光学检测的技术领域，具体来说，涉及一种快速对焦结构。


背景技术：

2.在图像采集的应用中，尤其是小焦深的显微成像系统中，必然会使用到对焦结构，使成像系统获得清晰的图片。目前常用的对焦方案是先判断焦面的所在范围，在此范围内移动镜头。每次移动镜头后，使用相机采集一张图片。采集多张图片后，通过图像分析从被采集的多张图片中选择最清晰的图片，此图片对应的样品与镜头之间的距离即为正确的焦面位置。
3.使用此方案对焦，能够通过设定镜头的移动步长设置对焦的精度，因此，镜头的移动步长很小时，能获得高精度的对焦结果。但是，由于该方案需要镜头频繁运动以及相机需要多次拍照，因此，在一次成功的对焦过程中，会花费大量的时间。在应用至图像采集的仪器中时，会延长仪器的工作时间，增加仪器操作者或用户等待结果的时间，同等的亦会提高仪器的整体能耗。对于样品表面为平面玻璃的荧光成像领域，使用非激发波长的光源照明无法获得对焦的特征。如果使用激发波段的光源激发荧光用于对焦，则会造成荧光信号的衰减。
4.因此需要提供一种对焦速度较快且对焦质量较好的对焦结构。能够使成像系统在短时间内通过一张图片即可计算出真实焦面的位置，从而极大的提高了成像系统的工作效率。


技术实现要素：

5.针对相关技术中的上述技术问题，本实用新型提出一种快速对焦结构，能够解决上述问题。
6.为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
7.一种快速对焦结构，包括光学平板，所述光学平板上设有照明光路、对焦光路、成像光路，所述照明光路依次设有激发光led、激发光准直透镜、半透半反镜片、可调节的场镜，所述对焦光路依次设有对焦led、对焦准直透镜、孔板，所述成像光路依次设有可调节的物镜、分光片、镜头、相机，所述对焦光路与所述照明光路垂直，所述对焦光路的光轴与所述半透半反镜片的位置相匹配，所述照明光路与所述成像光路垂直，所述照明光路的光轴与所述分光片的位置相匹配，所述物镜正下方设有玻璃芯片。
8.进一步的，所述照明光路的光轴、所述对焦光路的光轴均可通过所述半透半反镜片变成同轴光路。
9.进一步的，所述照明光路的光轴、所述成像光路的光轴均可通过所述分光片变成同轴光路。
10.进一步的，所述玻璃芯片与所述物镜的轴线夹角为90度。
11.进一步的，所述孔板与所述对焦光路不垂直，所述孔板与所述对焦光路的夹角可
调整,可通过调整所述孔板与所述对焦光路的夹角调整对焦结构的精度。
12.进一步的，所述孔板为透明平板材料，其上喷涂遮光的镀膜，镀膜上设有多个均匀排序的通光孔。
13.本实用新型的有益效果：该快速对焦结构可以通过一张图片算出焦点的实际位置，即可通过该快速对焦结构短时间、高精度的完成对焦过程。
附图说明
14.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1是根据本实用新型实施例所述的一种快速对焦结构的结构简图；
16.图2是根据本实用新型实施例所述的一种快速对焦结构的结构的孔板的俯视图；
17.图3是根据本实用新型实施例所述的物镜与理论焦面的距离相对于托板成像中清晰带的位置坐标函数关系图。
18.在图1至图2中，部件名称或线条与附图编号的对应关系为：
19.100、照明光路；
20.101、激发光led；102、激发光准直透镜；103、半透半反镜片；104、可调节的场镜；
21.200、对焦光路；
22.201、对焦led；202、对焦准直透镜；203、孔板；
23.300、成像光路；
24.301、物镜；302、分光片；303、镜头；304、相机；
25.400、玻璃芯片。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.如图1-2所示，一种快速对焦结构，包括光学平板，所述光学平板上设有照明光路100、对焦光路200、成像光路300，所述照明光路100依次设有激发光led101、激发光准直透镜102、半透半反镜片103、可调节的场镜104，所述对焦光路200依次设有对焦led201、对焦准直透镜202、孔板203，所述成像光路300依次设有可调节的物镜301、分光片302、镜头303、相机304，所述对焦光路200与所述照明光路100垂直，所述对焦光路200的光轴与所述半透半反镜片103的位置相匹配，所述照明光路100与所述成像光路300垂直，所述照明光路100的光轴与所述分光片302的位置相匹配，所述物镜301正下方设有玻璃芯片400。
28.在本实用新型中，包含提供对焦和激发光的led，将led的发散光变为平行光的准直透镜，用于在被测物品表面成像的孔板203，用于将照明光路100与对焦光路200合并为同一路光的半透半反镜片103，用于将激发光汇聚于物镜及将过孔板的光变为平行光的场镜
104，用于聚焦对焦图案及收集样品表面光学信号的物镜301，承载被测样品的玻璃芯片400，用于反射照明及对焦光路同时允许物镜采集的信号通过的分光片302，用于将光信号聚焦到相机感光片上的镜头303，及采集光信号的相机304。
29.准直透镜放置于led发光面后，将led所发出的发散光转变为准直光。
30.激发光led 101、激发光准直镜102、场镜104被放置于同轴的照明光路100中，激发光准直镜102将激发光led 101的发散光变为平行光，半透半反镜片103放置于照明光路100中，并使其反射面与上述光轴成45
°
。
31.对焦led 201、对焦准直透镜202同轴排列，并与孔板203共同组成对焦光路200，对焦准直透镜202将对焦led 201的发散光变为平行光，孔板203的光轴与对焦光路200的光轴成一定的角度，对焦光路200与上述照明光路100成90
°
。对焦光路200通过半透半反103的反射后，与上述照明光路100同轴。
32.上述分光片302用于将照明光路偏转90
°
，并指向物镜301。
33.上述相机304、镜头303、物镜301同轴，组成成像光路300。
34.上述玻璃芯片400放置与物镜301下方，玻璃芯片400表面与物镜301轴线夹角为90
°
。
35.上述分光片302与成像光路300和照明光路100均成45
°
。
36.上述器件通过机械加工零件固定于光学平板上，并通过加工精度及调试工装确保上述各器件的光轴与理论安装光轴的平移偏差在0.05毫米以内，角度偏转公差为0.1
°
以内。
37.点亮上述激发光led 101，并调节物镜301与承载样品的玻璃芯片400的距离。找到正确的焦面，使样品成像清晰。
38.关闭激发光led 101，打开对焦led 201。调节上述场镜104，使对焦光路200中的孔板203中心的图案能清晰成像。此时孔板203中心的像与样本共焦，当孔板203成像的清晰的位置有偏移，则可以通过计算偏移量与焦面的距离，确定样品所在焦面的位置。
39.为了方便理解本实述技术方案，以下通过具体使用方式上对本实用新型的上述技术方案进行详细说明。
40.在具体使用时，如图1所示，在一个具体的实施例中，所有元件通过加工零件固定于光学平板上，根据镜片的焦距调整元件的位置。其中，光学镜片的同轴度角度偏差要求为小于0.1
°
，同轴度平移偏差小于0.05毫米。半透半反镜片103一反射面与照明光路的光轴100的夹角为45
°
，对焦光路200的光轴与半透半反镜片另一反射面的夹角也为45
°
。孔板203与光学板上表面的夹角为82
°
。
41.如图1所示，点亮激发光led 101，使用相机304观测玻璃芯片400。调整物镜301与玻璃芯片400的距离，使玻璃芯片400上的被测样品能清晰成像。
42.如图1所示，关闭激发光led 101，点亮对焦led 201。
43.如图2所示，孔板203中间图形透光，其他位置不透光。当对焦led 201点亮时，孔板203透光位置形成的光斑会通过光路系统在玻璃芯片400表面成像，并被相机304采集。
44.如图1所示，孔板203与玻璃芯片400的夹角为8
°
，因此，在物镜301与玻璃芯片400位置不变的情况下，孔板203投影到玻璃芯片400表面的像仅有较小的一个区域是清晰的。
45.如图1所示，打开并观测相机304，沿照明光路100光轴方向调整场镜104，使相机图
像中像素坐标2000位置（即相机中心位置）的光斑图像最清晰。随后固定场镜104。
46.如图3所示，当调整场镜104后，物镜301实际位置距焦面的距离与相机304所采集到的孔板203的像中清晰位置的坐标有对应关系。例如，当玻璃芯片400被放置于物镜301下方时。打开对焦led 201，打开相机304并采集图像。通过分析图片，判断相机304所采集图像中最清晰的位置位于相机像素坐标2500的位置。则可以根据图3所示函数关系得知：物镜301与玻璃芯片400的实际位置比焦面位置高1微米。从而可以判断物镜301应该向下移动1微米。此时，关闭对焦led 201，并打开激发光led 101。此时即可通过相机304获得位于玻璃芯片400表面的样品的清晰的图像。
47.如图1所示，改变孔板203与光学平板的角度，可以改变孔板203与玻璃芯片400的夹角，从而可以改变图3中曲线的斜率与范围。
48.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种快速对焦结构，其特征在于，包括光学平板，所述光学平板上设有照明光路（100）、对焦光路（200）、成像光路（300），所述照明光路（100）依次设有激发光led（101）、激发光准直透镜（102）、半透半反镜片（103）、可调节的场镜（104），所述对焦光路（200）依次设有对焦led（201）、对焦准直透镜（202）、孔板（203），所述成像光路（300）依次设有可调节的物镜（301）、分光片（302）、镜头（303）、相机（304），所述对焦光路（200）与所述照明光路（100）垂直，所述对焦光路（200）与所述半透半反镜片（103）的位置相匹配，所述照明光路（100）的光轴与所述成像光路（300）垂直，所述照明光路（100）的光轴与所述分光片（302）的位置相匹配，所述物镜（301）正下方设有玻璃芯片（400）。2.根据权利要求1所述的一种快速对焦结构，其特征在于，所述照明光路（100）的光轴、所述对焦光路（200）的光轴均可通过所述半透半反镜片（103）变成同轴光路。3.根据权利要求1所述的一种快速对焦结构，其特征在于，所述照明光路（100）的光轴、所述成像光路（300）的光轴均可通过所述分光片（302）变成同轴光路。4.根据权利要求1所述的一种快速对焦结构，其特征在于，所述玻璃芯片（400）与所述物镜（301）的轴线夹角为90度。5.根据权利要求1所述的一种快速对焦结构，其特征在于，所述孔板（203）与所述对焦光路（200）不垂直，所述孔板（203）与所述对焦光路（200）的夹角可调整。6.根据权利要求1所述的一种快速对焦结构，其特征在于，所述孔板（203）上设有多个均匀排序的通光孔。

技术总结
本实用新型公开了一种快速对焦结构，包括光学平板，所述光学平板上设有照明光路、对焦光路、成像光路，所述照明光路依次设有激发光LED、激发光准直透镜、半透半反镜片、可调节的场镜，所述对焦光路依次设有对焦LED、对焦准直透镜、孔板，所述成像光路依次设有可调节的物镜、分光片、镜头、相机，所述对焦光路与所述照明光路垂直，所述对焦光路的光轴与所述半透半反镜片的位置相匹配，所述照明光路与所述成像光路垂直，所述照明光路的光轴与所述分光片的位置相匹配，所述物镜正下方设有玻璃芯片。该快速对焦结构可以通过一张图片算出焦点的实际位置，即可通过该快速对焦结构短时间、高精度的完成对焦过程。度的完成对焦过程。度的完成对焦过程。


技术研发人员：张鹏 孙玉婷
受保护的技术使用者：北京海维尔科技发展有限公司
技术研发日：2021.12.01
技术公布日：2022/5/25