本發(fā)明涉及光學(xué)設(shè)備，具體而言，涉及一種多光斑自動(dòng)檢焦系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，自動(dòng)聚焦技術(shù)在自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)、tft陣列、半導(dǎo)體元件以及生物芯片等應(yīng)用中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，為了使用顯微鏡觀察芯片時(shí)實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)的圖像需求，就要對(duì)樣本進(jìn)行步進(jìn)式分區(qū)掃描。在成像系統(tǒng)完成對(duì)樣品的一個(gè)區(qū)域曝光后，工作臺(tái)會(huì)進(jìn)行步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，將樣品下一個(gè)成像區(qū)域移動(dòng)到物鏡視場(chǎng)內(nèi)。在此過(guò)程中生物芯片可能發(fā)生離焦，其原因可能有多種，比如工件臺(tái)的x/y運(yùn)動(dòng)耦合誤差、工件臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向與物鏡光軸的垂直度誤差、生物芯片與物鏡光軸的垂直度誤差、生物芯片平面度誤差、環(huán)境參數(shù)(如溫度、氣壓)變化導(dǎo)致的物鏡最佳焦面漂移誤差等。

2、自動(dòng)檢焦系統(tǒng)能夠針對(duì)工作臺(tái)步進(jìn)掃描運(yùn)動(dòng)過(guò)程中樣品的離焦誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描，并控制工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)離焦量進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，確保樣品在成像過(guò)程中始終處于顯微物鏡的最佳焦面位置?，F(xiàn)有的自動(dòng)檢焦主要分為兩種，一種是基于圖像的自動(dòng)檢焦方法，它主要應(yīng)用圖像清晰度或圖像空間頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢焦，通常需要采集一系列圖像，對(duì)每一幀圖像進(jìn)行清晰度評(píng)價(jià)?；趫D像的自動(dòng)檢焦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(zhǎng)，檢焦精度也越高。這種方法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。另一種方法則是基于光電的自動(dòng)檢焦方法，它利用激光或led光確定離焦距離和方向，具有精度高、速度快，通用性高等優(yōu)勢(shì)，但通常會(huì)提高設(shè)備成本與復(fù)雜度。

3、現(xiàn)有的基于激光的主動(dòng)式自動(dòng)檢焦被廣泛應(yīng)用于顯微系統(tǒng)的自動(dòng)對(duì)焦，其中商用化最廣泛的方法是通過(guò)使用來(lái)自從ccd傳感器捕獲的反射激光束的圖像的質(zhì)心的位置反饋信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聚焦能力。這種方法可以實(shí)現(xiàn)具有一定反射率的樣品的自動(dòng)檢焦，例如tft和生物芯片等，表現(xiàn)出快速響應(yīng)和高定位精度，滿足工業(yè)應(yīng)用。但是該基于激光的主動(dòng)式自動(dòng)檢焦技術(shù)只包括單點(diǎn)和線性激光自動(dòng)檢焦器，它在部分應(yīng)用場(chǎng)景中會(huì)出現(xiàn)檢焦錯(cuò)誤的問(wèn)題，例如樣品表面反射率差距很大，或者樣品表面不平整度大，或者檢焦光斑放在了樣品邊緣，這些情況可能導(dǎo)致檢焦到錯(cuò)誤焦面。

4、也就是說(shuō)，現(xiàn)有技術(shù)中的自動(dòng)檢焦存在容易出現(xiàn)檢焦錯(cuò)誤的問(wèn)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)檢焦系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的自動(dòng)檢焦存在容易出現(xiàn)檢焦錯(cuò)誤的問(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種多光斑自動(dòng)檢焦系統(tǒng)，包括：光源，光源用于發(fā)射單光束；光束整形組件，光束整形組件位于光源的出光側(cè)，光束整形組件用于對(duì)單光束進(jìn)行整形；空間調(diào)制器，空間調(diào)制器位于光束整形組件遠(yuǎn)離光源的一側(cè)，空間調(diào)制器用于對(duì)經(jīng)光束整形組件的單光束進(jìn)行分束以形成陣列光束；空間調(diào)制器與樣品之間還依序設(shè)置有透射反射組件和顯微組件，陣列光束依次經(jīng)過(guò)透射反射組件和顯微組件后在樣品的表面形成陣列光斑；檢焦成像組件，樣品將陣列光斑進(jìn)行反射，反射的陣列光斑依序經(jīng)過(guò)顯微組件、透射反射組件后在檢焦成像組件中進(jìn)行成像。

3、進(jìn)一步地，空間調(diào)制器為二維光柵，以使得陣列光束為n*n束，n大于等于2。

4、進(jìn)一步地，多光斑自動(dòng)檢焦系統(tǒng)還包括空間濾波器，空間濾波器位于光源與光束整形組件之間。

5、進(jìn)一步地，光束整形組件包括依序設(shè)置在光源出光側(cè)的擴(kuò)束鏡和準(zhǔn)直鏡。

6、進(jìn)一步地，光束整形組件還包括半圓形光闌，半圓形光闌位于準(zhǔn)直鏡遠(yuǎn)離擴(kuò)束鏡的一側(cè)。

7、進(jìn)一步地，透射反射組件包括依序設(shè)置在空間調(diào)制器出光側(cè)的半透半反鏡和二向色鏡。

8、進(jìn)一步地，半透半反鏡與空間調(diào)制器之間的連線與半透半反鏡與二向色鏡之間的連線垂直，陣列光束依次經(jīng)過(guò)半透半反鏡和二向色鏡的反射后進(jìn)入顯微組件中，樣品反射的經(jīng)過(guò)顯微組件的陣列光斑依次經(jīng)過(guò)二向色鏡的反射、半透半反鏡的透射進(jìn)入檢焦成像組件中。

9、進(jìn)一步地，顯微組件為顯微物鏡。

10、進(jìn)一步地，檢焦成像組件包括消色差透鏡和檢焦探測(cè)器，陣列光斑經(jīng)過(guò)消色差透鏡后在檢焦探測(cè)器上進(jìn)行成像。

11、進(jìn)一步地，多光斑自動(dòng)檢焦系統(tǒng)還包括信號(hào)處理模塊和控制模塊，信號(hào)處理模塊與檢焦成像組件電連接，控制模塊用于調(diào)整樣品相對(duì)于顯微組件之間的位置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)焦。

12、應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，多光斑自動(dòng)檢焦系統(tǒng)包括光源、光束整形組件、空間調(diào)制器和檢焦成像組件，光源用于發(fā)射單光束；光束整形組件位于光源的出光側(cè)，光束整形組件用于對(duì)單光束進(jìn)行整形；空間調(diào)制器位于光束整形組件遠(yuǎn)離光源的一側(cè)，空間調(diào)制器用于對(duì)經(jīng)光束整形組件的單光束進(jìn)行分束以形成陣列光束；空間調(diào)制器與樣品之間還依序設(shè)置有透射反射組件和顯微組件，陣列光束依次經(jīng)過(guò)透射反射組件和顯微組件后在樣品的表面形成陣列光斑；樣品將陣列光斑進(jìn)行反射，反射的陣列光斑依序經(jīng)過(guò)顯微組件、透射反射組件后在檢焦成像組件中進(jìn)行成像。

13、本申請(qǐng)通過(guò)設(shè)置空間調(diào)制器，使得空間調(diào)制器能夠?qū)喂馐M(jìn)行分束，以形成陣列光束，從而將單光束分為多光束，進(jìn)而陣列光束經(jīng)過(guò)透射反射組件和顯微組件后在樣品的表面形成陣列光斑；樣品將陣列光斑進(jìn)行反射，反射的陣列光斑依序經(jīng)過(guò)顯微組件、透射反射組件后在檢焦成像組件中進(jìn)行成像，根據(jù)檢焦成像組件中接收到的陣列光斑即可判斷離焦情況，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)焦。不同位置的光斑可以檢測(cè)出樣品不同表面的檢焦測(cè)量值，從而可以檢測(cè)出不同表面的離焦量，這些離焦量信息可以在dip數(shù)字處理判斷哪些點(diǎn)可用，哪些點(diǎn)是損壞點(diǎn)，有大量離焦量也可以對(duì)焦不同的樣品焦面，以能夠?qū)崿F(xiàn)精確快速的焦面對(duì)焦。因此這樣設(shè)置可以有效解決由于樣品表面問(wèn)題，或者是由于檢焦位置問(wèn)題從而導(dǎo)致的檢焦失敗的情況。通過(guò)本申請(qǐng)的多光斑自動(dòng)檢焦系統(tǒng)，可以有效避免部分場(chǎng)景下的檢焦錯(cuò)誤的情況，從而可以更精確地找到檢焦測(cè)量值，從而實(shí)現(xiàn)在離焦范圍內(nèi)較好地線性度，有利于提高檢焦精度及檢焦速度，增加應(yīng)用場(chǎng)景。

技術(shù)特征：

1.一種多光斑自動(dòng)檢焦系統(tǒng)，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)檢焦系統(tǒng)，其特征在于，所述空間調(diào)制器(30)為二維光柵(31)，以使得所述陣列光束為n*n束，n大于等于2。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光斑自動(dòng)檢焦系統(tǒng)，其特征在于，所述多光斑自動(dòng)檢焦系統(tǒng)還包括空間濾波器(100)，所述空間濾波器(100)位于所述光源(10)與所述光束整形組件(20)之間。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光斑自動(dòng)檢焦系統(tǒng)，其特征在于，所述光束整形組件(20)包括依序設(shè)置在所述光源(10)出光側(cè)的擴(kuò)束鏡(21)和準(zhǔn)直鏡(22)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多光斑自動(dòng)檢焦系統(tǒng)，其特征在于，所述光束整形組件(20)還包括半圓形光闌(23)，所述半圓形光闌(23)位于所述準(zhǔn)直鏡(22)遠(yuǎn)離所述擴(kuò)束鏡(21)的一側(cè)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光斑自動(dòng)檢焦系統(tǒng)，其特征在于，所述透射反射組件包括依序設(shè)置在所述空間調(diào)制器(30)出光側(cè)的半透半反鏡(41)和二向色鏡(42)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多光斑自動(dòng)檢焦系統(tǒng)，其特征在于，所述半透半反鏡(41)與所述空間調(diào)制器(30)之間的連線與所述半透半反鏡(41)與二向色鏡(42)之間的連線垂直，所述陣列光束依次經(jīng)過(guò)所述半透半反鏡(41)和所述二向色鏡(42)的反射后進(jìn)入所述顯微組件中，所述樣品(60)反射的經(jīng)過(guò)所述顯微組件的所述陣列光斑依次經(jīng)過(guò)所述二向色鏡(42)的反射、所述半透半反鏡(41)的透射進(jìn)入所述檢焦成像組件(70)中。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光斑自動(dòng)檢焦系統(tǒng)，其特征在于，所述顯微組件為顯微物鏡(50)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光斑自動(dòng)檢焦系統(tǒng)，其特征在于，所述檢焦成像組件(70)包括消色差透鏡(71)和檢焦探測(cè)器(72)，所述陣列光斑經(jīng)過(guò)所述消色差透鏡(71)后在所述檢焦探測(cè)器(72)上進(jìn)行成像。

10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的多光斑自動(dòng)檢焦系統(tǒng)，其特征在于，所述多光斑自動(dòng)檢焦系統(tǒng)還包括信號(hào)處理模塊和控制模塊，所述信號(hào)處理模塊與所述檢焦成像組件(70)電連接，所述控制模塊用于調(diào)整所述樣品(60)相對(duì)于所述顯微組件之間的位置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)焦。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種多光斑自動(dòng)檢焦系統(tǒng)。多光斑自動(dòng)檢焦系統(tǒng)包括：光源，光源用于發(fā)射單光束；光束整形組件，光束整形組件位于光源的出光側(cè)，光束整形組件用于對(duì)單光束進(jìn)行整形；空間調(diào)制器，空間調(diào)制器位于光束整形組件遠(yuǎn)離光源的一側(cè)，空間調(diào)制器用于對(duì)經(jīng)光束整形組件的單光束進(jìn)行分束以形成陣列光束；空間調(diào)制器與樣品之間還依序設(shè)置有透射反射組件和顯微組件，陣列光束依次經(jīng)過(guò)透射反射組件和顯微組件后在樣品的表面形成陣列光斑；檢焦成像組件，樣品將陣列光斑進(jìn)行反射，反射的陣列光斑依序經(jīng)過(guò)顯微組件、透射反射組件后在檢焦成像組件中進(jìn)行成像。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中的自動(dòng)檢焦存在容易出現(xiàn)檢焦錯(cuò)誤的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：張?chǎng)?王智豪,陳新東,苗亮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：長(zhǎng)春長(zhǎng)光華大智造測(cè)序設(shè)備有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8