本發(fā)明涉及自動(dòng)聚焦設(shè)備，具體而言，涉及一種多光斑自動(dòng)對焦裝置及其的自動(dòng)對焦方法。

背景技術(shù)：

1、目前，自動(dòng)聚焦技術(shù)在光學(xué)檢測領(lǐng)域、半導(dǎo)體領(lǐng)域以及生物芯片領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。在顯微物鏡對待檢測物品進(jìn)行檢測的過程中，為了使用顯微物鏡觀察待檢測物品時(shí)實(shí)現(xiàn)大視場的圖像需求，就要對待檢測物品進(jìn)行步進(jìn)式分區(qū)掃描。在成像系統(tǒng)完成對待檢測物品的一個(gè)區(qū)域曝光后，載物臺會(huì)進(jìn)行步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，將待檢測物品下一個(gè)成像區(qū)域移動(dòng)到顯微物鏡視場內(nèi)。在移動(dòng)的過程中，可能會(huì)發(fā)生離焦的情況，因此需要自動(dòng)對焦裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測并調(diào)整，從而保證待檢測物品在成像過程中始終處于顯微物鏡的最佳焦面位置。

2、現(xiàn)有的自動(dòng)對焦裝置主要采用兩種方法，一種是主要應(yīng)用圖像清晰度或圖像空間頻率來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢焦，通常需要采集一系列圖像，對每一幀圖像進(jìn)行清晰度評價(jià)。這種方法的檢焦速度與算法相關(guān)，通常采集圖像的數(shù)量越多，檢焦時(shí)間越長，檢焦精度也越高。這種方法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但往往速度較慢，精度較低，并且只能應(yīng)用于具有一定光學(xué)特征的物體(如細(xì)胞)，所以通用性較差。另一種則是利用激光或led光確定離焦距離和方向從而實(shí)現(xiàn)調(diào)焦，具有精度高、速度快，通用性高等優(yōu)勢，但通常會(huì)提高設(shè)備成本與復(fù)雜度，且這種自動(dòng)對焦裝置通常根據(jù)單一光斑確定離焦量，在部分應(yīng)用場景中會(huì)出現(xiàn)檢焦錯(cuò)誤的情況，例如待檢測物品的表面反射率差距很大，或者表面不平整，或者檢焦光斑放在了待檢測物品邊緣，這些情況可能導(dǎo)致檢焦到錯(cuò)誤焦面，從而影響檢焦準(zhǔn)確性。

3、也就是說，現(xiàn)有技術(shù)中的自動(dòng)對焦裝置存在檢焦應(yīng)用場景受限的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種多光斑自動(dòng)對焦裝置及其的自動(dòng)對焦方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的自動(dòng)對焦裝置存在檢焦應(yīng)用場景受限的問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種多光斑自動(dòng)對焦裝置，包括：光源；空間光調(diào)制結(jié)構(gòu)，空間光調(diào)制結(jié)構(gòu)位于光源的出光側(cè)，空間光調(diào)制結(jié)構(gòu)用于將一束光分為多束光；反射鏡，反射鏡位于空間光調(diào)制結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離光源的一側(cè)，且反射鏡的邊緣與光源的光軸相切，以使得多束光僅一半被反射鏡反射；顯微物鏡，顯微物鏡位于反射鏡的下游光路，反射鏡反射的光束經(jīng)過顯微物鏡照射到樣品的表面形成陣列光斑，樣品將其表面的光束反射形成陣列光束，進(jìn)而進(jìn)入檢焦結(jié)構(gòu)中，根據(jù)檢焦結(jié)構(gòu)中接收到的多個(gè)光斑判斷多個(gè)光斑的離焦量，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)焦。

3、進(jìn)一步地，光源為激光二極管。

4、進(jìn)一步地，空間光調(diào)制結(jié)構(gòu)為一維達(dá)曼光柵。

5、進(jìn)一步地，多光斑自動(dòng)對焦裝置還包括擴(kuò)束準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)，擴(kuò)束準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)位于光源與空間光調(diào)制結(jié)構(gòu)之間，擴(kuò)束準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)用于對光源發(fā)射的光進(jìn)行擴(kuò)束和準(zhǔn)直。

6、進(jìn)一步地，多光斑自動(dòng)對焦裝置還包括準(zhǔn)直鏡，準(zhǔn)直鏡位于反射鏡與顯微物鏡之間。

7、進(jìn)一步地，多光斑自動(dòng)對焦裝置還包括二向色鏡，二向色鏡位于準(zhǔn)直鏡與顯微物鏡之間，以用于實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直鏡與顯微物鏡之間光束的反射。

8、進(jìn)一步地，檢焦結(jié)構(gòu)包括多象限光電傳感器，以用于判斷多個(gè)光斑的離焦量。

9、進(jìn)一步地，多象限光電傳感器為一個(gè)或多個(gè)，當(dāng)多象限光電傳感器為多個(gè)時(shí)，檢焦結(jié)構(gòu)還包括半透半反鏡，至少一個(gè)多象限光電傳感器位于半透半反鏡的反射路徑上，至少另一個(gè)多象限光電傳感器位于半透半反鏡的透射路徑上。

10、進(jìn)一步地，多光斑自動(dòng)對焦裝置還包括吸光層，吸光層位于反射鏡遠(yuǎn)離空間光調(diào)制結(jié)構(gòu)的一側(cè)，吸光層用于吸收未被反射鏡反射的另一半的多束光。

11、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種多光斑自動(dòng)對焦裝置的自動(dòng)對焦方法，自動(dòng)對焦方法為上述的多光斑自動(dòng)對焦裝置的自動(dòng)對焦方法，多光斑自動(dòng)對焦裝置還包括載物臺，載物臺搭載多光斑自動(dòng)對焦裝置的樣品，載物臺相對于顯微物鏡可運(yùn)動(dòng)地設(shè)置，自動(dòng)對焦方法包括：預(yù)調(diào)節(jié)步驟：手動(dòng)調(diào)節(jié)顯微物鏡與載物臺之間的距離，使得樣品的清晰度滿足預(yù)設(shè)閾值；自動(dòng)對焦步驟：開啟多光斑自動(dòng)對焦裝置，根據(jù)多光斑自動(dòng)對焦裝置的檢焦結(jié)構(gòu)中接收到的多個(gè)光斑判斷多個(gè)光斑的離焦量，進(jìn)而調(diào)節(jié)樣品與顯微物鏡之間的距離，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)焦。

12、應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，多光斑自動(dòng)對焦裝置包括光源、空間光調(diào)制結(jié)構(gòu)、反射鏡和顯微物鏡，空間光調(diào)制結(jié)構(gòu)位于光源的出光側(cè)，空間光調(diào)制結(jié)構(gòu)用于將一束光分為多束光；反射鏡位于空間光調(diào)制結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離光源的一側(cè)，且反射鏡的邊緣與光源的光軸相切，以使得多束光僅一半被反射鏡反射；顯微物鏡位于反射鏡的下游光路，反射鏡反射的光束經(jīng)過顯微物鏡照射到樣品的表面形成陣列光斑，樣品將其表面的光束反射形成陣列光束，進(jìn)而進(jìn)入檢焦結(jié)構(gòu)中，根據(jù)檢焦結(jié)構(gòu)中接收到的多個(gè)光斑判斷多個(gè)光斑的離焦量，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)焦。

13、通過設(shè)置空間光調(diào)制結(jié)構(gòu)，使得空間光調(diào)制結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒐庠窗l(fā)射的一束光分為多束光，進(jìn)而經(jīng)過反射鏡的反射，使得一半的多束光經(jīng)顯微物鏡照射到樣品的表面，在樣品的表面形成陣列光斑，進(jìn)而通過樣品的反射使得形成的陣列光束進(jìn)入檢焦結(jié)構(gòu)中，根據(jù)檢焦結(jié)構(gòu)中接收到的多個(gè)光斑判斷多個(gè)光斑的離焦量，每個(gè)光斑都能夠得到一個(gè)離焦量，通過增加進(jìn)入檢焦結(jié)構(gòu)的光束數(shù)量，以通過多個(gè)光斑的離焦量來實(shí)現(xiàn)對焦，更能夠保證對焦的準(zhǔn)確性，能夠大大避免部分場景下出現(xiàn)檢焦錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)，從而可以更精確地找到檢焦測量值，有利于增加應(yīng)用場景。

技術(shù)特征：

1.一種多光斑自動(dòng)對焦裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光斑自動(dòng)對焦裝置，其特征在于，所述光源(10)為激光二極管。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光斑自動(dòng)對焦裝置，其特征在于，所述空間光調(diào)制結(jié)構(gòu)(40)為一維達(dá)曼光柵。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光斑自動(dòng)對焦裝置，其特征在于，所述多光斑自動(dòng)對焦裝置還包括擴(kuò)束準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)，所述擴(kuò)束準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)位于所述光源(10)與所述空間光調(diào)制結(jié)構(gòu)(40)之間，所述擴(kuò)束準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)用于對所述光源(10)發(fā)射的光進(jìn)行擴(kuò)束和準(zhǔn)直。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光斑自動(dòng)對焦裝置，其特征在于，所述多光斑自動(dòng)對焦裝置還包括準(zhǔn)直鏡(60)，所述準(zhǔn)直鏡(60)位于所述反射鏡(50)與所述顯微物鏡(80)之間。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多光斑自動(dòng)對焦裝置，其特征在于，所述多光斑自動(dòng)對焦裝置還包括二向色鏡(70)，所述二向色鏡(70)位于所述準(zhǔn)直鏡(60)與所述顯微物鏡(80)之間，以用于實(shí)現(xiàn)所述準(zhǔn)直鏡(60)與所述顯微物鏡(80)之間光束的反射。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光斑自動(dòng)對焦裝置，其特征在于，所述檢焦結(jié)構(gòu)包括多象限光電傳感器(100)，以用于判斷多個(gè)光斑的離焦量。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多光斑自動(dòng)對焦裝置，其特征在于，所述多象限光電傳感器(100)為一個(gè)或多個(gè)，當(dāng)所述多象限光電傳感器(100)為多個(gè)時(shí)，所述檢焦結(jié)構(gòu)還包括半透半反鏡(110)，至少一個(gè)所述多象限光電傳感器(100)位于所述半透半反鏡(110)的反射路徑上，至少另一個(gè)所述多象限光電傳感器(100)位于所述半透半反鏡(110)的透射路徑上。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光斑自動(dòng)對焦裝置，其特征在于，所述多光斑自動(dòng)對焦裝置還包括吸光層(120)，所述吸光層(120)位于所述反射鏡(50)遠(yuǎn)離所述空間光調(diào)制結(jié)構(gòu)(40)的一側(cè)，所述吸光層(120)用于吸收未被所述反射鏡(50)反射的另一半的所述多束光。

10.一種多光斑自動(dòng)對焦裝置的自動(dòng)對焦方法，所述自動(dòng)對焦方法為權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的多光斑自動(dòng)對焦裝置的自動(dòng)對焦方法，所述多光斑自動(dòng)對焦裝置還包括載物臺，所述載物臺搭載所述多光斑自動(dòng)對焦裝置的樣品(90)，所述載物臺相對于顯微物鏡(80)可運(yùn)動(dòng)地設(shè)置，所述自動(dòng)對焦方法包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種多光斑自動(dòng)對焦裝置及其的自動(dòng)對焦方法。多光斑自動(dòng)對焦裝置包括：光源；空間光調(diào)制結(jié)構(gòu)，空間光調(diào)制結(jié)構(gòu)位于光源的出光側(cè)，空間光調(diào)制結(jié)構(gòu)用于將一束光分為多束光；反射鏡，反射鏡位于空間光調(diào)制結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離光源的一側(cè)，且反射鏡的邊緣與光源的光軸相切，以使得多光束僅一半被反射鏡反射；顯微物鏡，顯微物鏡位于反射鏡的下游光路，反射鏡反射的光束經(jīng)過顯微物鏡照射到樣品的表面形成陣列光斑，樣品將其表面的光束反射形成陣列光束，進(jìn)而進(jìn)入檢焦結(jié)構(gòu)中，根據(jù)檢焦結(jié)構(gòu)中接收到的多個(gè)光斑判斷多個(gè)光斑的離焦量，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)焦。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中的自動(dòng)對焦裝置存在檢焦應(yīng)用場景受限的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：張鑫,王智豪,陳新東,苗亮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：長春長光華大智造測序設(shè)備有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8