本技術(shù)涉及顯微掃描自動(dòng)對(duì)焦補(bǔ)償系統(tǒng)及補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)：

在顯微掃描中，需要被顯微掃描的物方放置在載物臺(tái)上，通過載物臺(tái)的x軸、y軸方向的移動(dòng)，使得物方依次通過物鏡的焦平面，通過物鏡對(duì)物方上各點(diǎn)分別成像，然后把各點(diǎn)的成像經(jīng)過拼合形成整個(gè)物方的像。

由于載物臺(tái)制造誤差，使用環(huán)境影響等原因，掃描過程中，載物臺(tái)的各點(diǎn)a(x，y)在移動(dòng)到物鏡下方時(shí)，點(diǎn)a(x，y)可能會(huì)偏離物鏡的焦平面，此時(shí)為了清晰成像，就需要重新進(jìn)行對(duì)焦。

重新對(duì)焦的方法一般是物鏡在z軸上下移動(dòng)或者變焦過程中，連續(xù)對(duì)點(diǎn)a(x，y)拍攝40副圖像，從中選出一幅最為銳利的一幅，以該幅圖像所對(duì)應(yīng)的物鏡位置作為對(duì)焦成功的位置。

這個(gè)對(duì)焦過程顯然很浪費(fèi)時(shí)間，尤其是物方的幅面很大時(shí)，效率更低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本技術(shù)的目的是提供一種能夠縮短對(duì)焦時(shí)間、提高顯微掃描效率的顯微掃描自動(dòng)對(duì)焦補(bǔ)償系統(tǒng)。

本技術(shù)所述的顯微掃描自動(dòng)對(duì)焦補(bǔ)償系統(tǒng)，包括可以在水平面沿x軸方向和y軸方向的載物臺(tái)，在載物臺(tái)的上方設(shè)置有用于對(duì)載物臺(tái)上物品成像的物鏡，它還包括一個(gè)快速對(duì)焦模塊和用于實(shí)時(shí)檢測(cè)載物臺(tái)在x軸和y軸位置的位置檢測(cè)裝置；所述快速對(duì)焦模塊包括焦點(diǎn)z軸偏差補(bǔ)償模塊，所述焦點(diǎn)z軸偏差補(bǔ)償模塊為具有逆壓電效應(yīng)的能夠在z軸方向上伸長或縮短的z軸補(bǔ)償壓電陶瓷、用于向z軸補(bǔ)償壓電陶瓷供電以改變z軸補(bǔ)償壓電陶瓷外電場(chǎng)電壓的z軸補(bǔ)償電壓模塊；物鏡的上端連接z軸補(bǔ)償壓電陶瓷，z軸補(bǔ)償壓電陶瓷上端連接在支架上；位置檢測(cè)裝置的輸出接控制器，控制器的輸出接z軸補(bǔ)償電壓模塊。

上述的顯微掃描自動(dòng)對(duì)焦補(bǔ)償系統(tǒng)，物鏡設(shè)置在電動(dòng)鼻輪上，控制器與電動(dòng)鼻輪的電驅(qū)動(dòng)裝置電連接，電動(dòng)鼻輪的上端連接在z軸補(bǔ)償壓電陶瓷上。

上述的顯微掃描自動(dòng)對(duì)焦補(bǔ)償系統(tǒng)，所述快速對(duì)焦模塊還包括光軸傾斜補(bǔ)償模塊，所述光軸傾斜補(bǔ)償模塊為具有逆壓電效應(yīng)的能夠在z軸方向上伸長或縮短的三個(gè)扇形壓電陶瓷、用于分別向三個(gè)扇形壓電陶瓷供電以改變?nèi)齻€(gè)扇形壓電陶瓷外電場(chǎng)電壓的傾斜補(bǔ)償電壓模塊；控制器的輸出接傾斜補(bǔ)償電壓模塊；z軸補(bǔ)償壓電陶瓷的上端同時(shí)與三個(gè)扇形壓電陶瓷相連，三個(gè)扇形壓電陶瓷連接在支架上。

上述的顯微掃描自動(dòng)對(duì)焦補(bǔ)償系統(tǒng)，支架與帶動(dòng)其上下升降的支架升降電驅(qū)動(dòng)裝置相連；控制器的輸出接支架升降電驅(qū)動(dòng)裝置。

本技術(shù)同時(shí)提供了一種能夠縮短對(duì)焦時(shí)間、提高顯微掃描效率的顯微掃描自動(dòng)對(duì)焦補(bǔ)償方法。

本技術(shù)所述的顯微掃描自動(dòng)對(duì)焦補(bǔ)償方法，采用上述的顯微掃描自動(dòng)對(duì)焦補(bǔ)償系統(tǒng)，該方法包括下述步驟：

焦點(diǎn)z軸偏差標(biāo)定：檢測(cè)載物臺(tái)移動(dòng)到任意位置時(shí)，位于物鏡光軸上的載物臺(tái)的任一點(diǎn)a(x，y)到物鏡的焦平面的距離t；若t＜0，表示點(diǎn)a(x，y)在焦平面下方；若t＞0，表示點(diǎn)a(x，y)在焦平面上方；若t＝0，表示點(diǎn)a(x，y)在焦平面上；并把點(diǎn)a(x，y)、與點(diǎn)a(x，y)一一對(duì)應(yīng)的距離t送入控制器存儲(chǔ)，形成標(biāo)定記錄；

焦點(diǎn)z軸偏差補(bǔ)償：當(dāng)載物臺(tái)移動(dòng)到某位置時(shí)，通過位置檢測(cè)裝置把載物臺(tái)上的點(diǎn)a(x，y)位置傳送給控制器，控制器根據(jù)標(biāo)定記錄，控制z軸補(bǔ)償電壓模塊輸出z軸補(bǔ)償壓電陶瓷的外電場(chǎng)電壓，使得z軸補(bǔ)償壓電陶瓷保持常態(tài)或者在z軸方向上伸長或縮短的距離為t；若-t＞0，表示z軸補(bǔ)償壓電陶瓷伸長；若-t＜0，表示z軸補(bǔ)償壓電陶瓷縮短；若t＝0，表示z軸補(bǔ)償壓電陶瓷保持常態(tài)。

本技術(shù)所述的另一種顯微掃描自動(dòng)對(duì)焦補(bǔ)償方法，采用上述的顯微掃描自動(dòng)對(duì)焦補(bǔ)償系統(tǒng)，包括下述步驟：

光軸傾斜標(biāo)定：電動(dòng)鼻輪在控制器的控制下轉(zhuǎn)動(dòng)到任一位置時(shí)b(θ)，先記錄該位置，并檢測(cè)處于工作狀態(tài)的物鏡的光軸相對(duì)于xy平面的垂直度；若不垂直，通過控制器控制三個(gè)傾斜補(bǔ)償電壓模塊輸出三個(gè)扇形壓電陶瓷的外電場(chǎng)電壓，調(diào)整處于工作狀態(tài)的物鏡，直到處于工作狀態(tài)的物鏡的光軸垂直于xy平面，然后記錄此時(shí)與電動(dòng)鼻輪位置b(θ)相對(duì)應(yīng)的三個(gè)扇形壓電陶瓷的外電場(chǎng)電壓c(u)，d(v)，e(w)，形成光軸傾斜標(biāo)定記錄；

焦點(diǎn)z軸偏差標(biāo)定：檢測(cè)載物臺(tái)移動(dòng)到任意位置時(shí)，位于物鏡光軸上的載物臺(tái)的任一點(diǎn)a(x，y)到物鏡的焦平面的距離t；若t＜0，表示點(diǎn)a(x，y)在焦平面下方；若t＞0，表示點(diǎn)a(x，y)在焦平面上方；若t＝0，表示點(diǎn)a(x，y)在焦平面上；并把點(diǎn)a(x，y)、與點(diǎn)a(x，y)一一對(duì)應(yīng)的距離t送入控制器存儲(chǔ)，形成焦點(diǎn)z軸偏差標(biāo)定記錄；

光軸傾斜補(bǔ)償：電動(dòng)鼻輪在控制器的控制下轉(zhuǎn)動(dòng)到每個(gè)位置時(shí)b(θ)，根據(jù)光軸傾斜標(biāo)定記錄，控制三個(gè)傾斜補(bǔ)償電壓模塊輸出三個(gè)扇形壓電陶瓷的外電場(chǎng)電壓c(u)，d(v)，e(w)；

焦點(diǎn)z軸偏差補(bǔ)償：當(dāng)載物臺(tái)移動(dòng)到某位置時(shí)，通過位置檢測(cè)裝置把載物臺(tái)上的點(diǎn)a(x，y)位置傳送給控制器，控制器根據(jù)焦點(diǎn)z軸偏差標(biāo)定記錄，控制z軸補(bǔ)償電壓模塊輸出z軸補(bǔ)償壓電陶瓷的外電場(chǎng)電壓，使得z軸補(bǔ)償壓電陶瓷保持常態(tài)或者在z軸方向上伸長或縮短的距離為t；若-t＞0，表示z軸補(bǔ)償壓電陶瓷伸長；若-t＜0，表示z軸補(bǔ)償壓電陶瓷縮短；若t＝0，表示z軸補(bǔ)償壓電陶瓷保持常態(tài)。

本技術(shù)的有益效果：本技術(shù)采用z軸補(bǔ)償壓電陶瓷，通過改變z軸補(bǔ)償壓電陶瓷的外電場(chǎng)電壓，使得其在z軸方向上伸長或縮短，從而改變物鏡在z軸方向上的位置，快速聚焦。同時(shí)，通過改變?nèi)齻€(gè)扇形壓電陶瓷外電場(chǎng)電壓，使得其z軸方向上伸長或縮短，從而改變物鏡的光軸傾斜狀況，使得光軸垂直于xy平面，進(jìn)一步減小偏差，動(dòng)作高效快捷。通過支架升降電驅(qū)動(dòng)裝置，在控制器的控制下，支架能夠帶動(dòng)快速對(duì)焦模塊、電動(dòng)鼻輪、物鏡等快速升降，實(shí)現(xiàn)粗對(duì)焦。

本技術(shù)所述的自動(dòng)對(duì)焦補(bǔ)償方法，在使用之前，先進(jìn)行標(biāo)定，即先測(cè)定出任一點(diǎn)a(x，y)到物鏡的焦平面的距離t；在以后的使用過程中，通過控制器控制z軸補(bǔ)償壓電陶瓷的外電場(chǎng)電壓，使得物鏡在z軸補(bǔ)償壓電陶瓷的帶動(dòng)下沿z軸移動(dòng)，使得焦平面和任一點(diǎn)a(x，y)重合，實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)z軸偏差的自動(dòng)、快速補(bǔ)償。

當(dāng)然，類似的，也可以對(duì)電動(dòng)鼻輪上的任意一個(gè)物鏡的光軸傾斜進(jìn)行標(biāo)定，再對(duì)焦點(diǎn)z軸偏差標(biāo)定，以后在使用時(shí)，如果轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)鼻輪更換工作物鏡時(shí)，控制器會(huì)根據(jù)電動(dòng)鼻輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角度位置b(θ)，確定哪一個(gè)物鏡是工作物鏡，然后控制傾斜補(bǔ)償電壓模塊輸出三個(gè)扇形壓電陶瓷的外電場(chǎng)電壓c(u)，d(v)，e(w)，使得該物鏡的光軸垂直于xy平面；接著，在載物臺(tái)移動(dòng)時(shí)，通過控制器控制z軸補(bǔ)償壓電陶瓷的外電場(chǎng)電壓，使得物鏡在z軸補(bǔ)償壓電陶瓷的帶動(dòng)下沿z軸移動(dòng)，使得焦平面和任一點(diǎn)a(x，y)重合，這樣就實(shí)現(xiàn)了光軸傾斜、焦點(diǎn)z軸偏差的自動(dòng)、快速補(bǔ)償。

附圖說明

圖1是顯微掃描自動(dòng)對(duì)焦補(bǔ)償系統(tǒng)的示意圖。

圖2是快速對(duì)焦模塊的示意圖。

具體實(shí)施方式

參見圖1所示的顯微掃描自動(dòng)對(duì)焦補(bǔ)償系統(tǒng)，包括可以在水平面沿x軸方向和y軸方向的載物臺(tái)1，在載物臺(tái)的上方設(shè)置有用于對(duì)載物臺(tái)上物品成像的物鏡21、22，一個(gè)快速對(duì)焦模塊3和用于實(shí)時(shí)檢測(cè)載物臺(tái)在x軸和y軸位置的位置檢測(cè)裝置4，控制器5、電動(dòng)鼻輪8、支架9、支架升降電驅(qū)動(dòng)裝置10。

所述快速對(duì)焦模塊3包括光軸傾斜補(bǔ)償模塊6和焦點(diǎn)z軸偏差補(bǔ)償模塊7。

所述光軸傾斜補(bǔ)償模塊6為具有逆壓電效應(yīng)的能夠在z軸方向上伸長或縮短的三個(gè)扇形壓電陶瓷61、62、63、用于分別向三個(gè)扇形壓電陶瓷供電以改變?nèi)齻€(gè)扇形壓電陶瓷外電場(chǎng)電壓的三個(gè)傾斜補(bǔ)償電壓模塊；控制器的輸出接三個(gè)傾斜補(bǔ)償電壓模塊。

所述焦點(diǎn)z軸偏差補(bǔ)償模塊7為具有逆壓電效應(yīng)的能夠在z軸方向上伸長或縮短的z軸補(bǔ)償壓電陶瓷71、用于向z軸補(bǔ)償壓電陶瓷供電以改變z軸補(bǔ)償壓電陶瓷外電場(chǎng)電壓的z軸補(bǔ)償電壓模塊。

位置檢測(cè)裝置的輸出接控制器5，控制器5的輸出接z軸補(bǔ)償電壓模塊和三個(gè)傾斜補(bǔ)償電壓模塊。

物鏡21、22均設(shè)置在電動(dòng)鼻輪8上，控制器與電動(dòng)鼻輪的電驅(qū)動(dòng)裝置電連接，電動(dòng)鼻輪的上端連接在z軸補(bǔ)償壓電陶瓷71上，z軸補(bǔ)償壓電陶瓷71的上端同時(shí)與三個(gè)扇形壓電陶瓷61、62、63相連，三個(gè)扇形壓電陶瓷連接在支架9上。

支架9與帶動(dòng)其上下升降的支架升降電驅(qū)動(dòng)裝置10相連；控制器的輸出接支架升降電驅(qū)動(dòng)裝置。

使用本顯微掃描自動(dòng)對(duì)焦補(bǔ)償系統(tǒng)之前，先對(duì)一個(gè)物鏡21進(jìn)行光軸傾斜標(biāo)定和焦點(diǎn)z軸偏差標(biāo)定，在對(duì)另一根物鏡22進(jìn)行光軸傾斜標(biāo)定和焦點(diǎn)z軸偏差標(biāo)定。在以后的使用過程中，顯微掃描自動(dòng)對(duì)焦補(bǔ)償系統(tǒng)會(huì)在控制器的控制下，判斷工作物鏡是物鏡21還是物鏡22，并自動(dòng)對(duì)工作物鏡的光軸傾斜和焦點(diǎn)z軸偏差進(jìn)行補(bǔ)償。具體過程如下。

假定電動(dòng)鼻輪轉(zhuǎn)動(dòng)到b(θ1)位置時(shí)，工作物鏡是物鏡21；電動(dòng)鼻輪轉(zhuǎn)動(dòng)到b(θ2)位置時(shí)，工作物鏡是物鏡2。

先對(duì)物鏡21進(jìn)行標(biāo)定。

物鏡21光軸傾斜標(biāo)定：電動(dòng)鼻輪在控制器的控制下轉(zhuǎn)動(dòng)到任一位置時(shí)b(θ1)，先記錄該位置，并檢測(cè)處于工作狀態(tài)的物鏡的光軸相對(duì)于xy平面的垂直度；若不垂直，通過控制器控制三個(gè)傾斜補(bǔ)償電壓模塊輸出三個(gè)扇形壓電陶瓷的外電場(chǎng)電壓，調(diào)整處于工作狀態(tài)的物鏡的光軸相對(duì)于xy面的角度，直到處于工作狀態(tài)的物鏡的光軸垂直于xy平面，然后記錄此時(shí)與電動(dòng)鼻輪位置b(θ1)相對(duì)應(yīng)的三個(gè)扇形壓電陶瓷的外電場(chǎng)電壓c(u1)，d(v1)，e(w1)，形成光軸傾斜標(biāo)定記錄；

物鏡21焦點(diǎn)z軸偏差標(biāo)定：檢測(cè)載物臺(tái)移動(dòng)到任意位置時(shí)，位于物鏡光軸上的載物臺(tái)的任一點(diǎn)a(x，y)到物鏡的焦平面的距離t；若t＜0，表示點(diǎn)a(x，y)在焦平面下方；若t＞0，表示點(diǎn)a(x，y)在焦平面上方；若t＝0，表示點(diǎn)a(x，y)在焦平面上；并把點(diǎn)a(x，y)、與點(diǎn)a(x，y)一一對(duì)應(yīng)的距離t送入控制器存儲(chǔ)，形成焦點(diǎn)z軸偏差標(biāo)定記錄。如與點(diǎn)a(x1，y1)對(duì)應(yīng)的距離t1＝0.2mm(t1為正，表示點(diǎn)a(x1，y1)在焦平面上方)；與點(diǎn)a(x2，y2)對(duì)應(yīng)的距離t2＝-0.1mm(t2為負(fù)，表示點(diǎn)a(x2，y2)在焦平面下方)。

然后參照上述方法對(duì)物鏡21進(jìn)行光軸傾斜標(biāo)定和焦點(diǎn)z軸偏差標(biāo)定。

在使用，控制器根據(jù)電動(dòng)鼻輪轉(zhuǎn)動(dòng)位置是b(θ1)或者b(θ2)來判斷工作物鏡是物鏡21或者物鏡22，并對(duì)工作物鏡進(jìn)行對(duì)焦補(bǔ)償。

如對(duì)物鏡21的對(duì)焦補(bǔ)償過程如下。

物鏡21光軸傾斜補(bǔ)償：電動(dòng)鼻輪在控制器的控制下轉(zhuǎn)動(dòng)到位置時(shí)b(θ1)時(shí)，根據(jù)光軸傾斜標(biāo)定記錄，控制三個(gè)傾斜補(bǔ)償電壓模塊輸出三個(gè)扇形壓電陶瓷的外電場(chǎng)電壓c(u1)，d(v1)，e(w1)，使得處于工作狀態(tài)的物鏡的光軸垂直于xy平面。

物鏡21焦點(diǎn)z軸偏差補(bǔ)償：當(dāng)載物臺(tái)移動(dòng)到某位置時(shí)，通過位置檢測(cè)裝置把載物臺(tái)上的點(diǎn)a(x，y)位置傳送給控制器，控制器根據(jù)焦點(diǎn)z軸偏差標(biāo)定記錄，控制z軸補(bǔ)償電壓模塊輸出z軸補(bǔ)償壓電陶瓷的外電場(chǎng)電壓，使得z軸補(bǔ)償壓電陶瓷保持常態(tài)或者在z軸方向上伸長或縮短的距離為t，使得點(diǎn)a(x，y)與物鏡的焦平面重合；若-t＞0，表示z軸補(bǔ)償壓電陶瓷伸長；若-t＜0，表示z軸補(bǔ)償壓電陶瓷縮短；若t＝0，表示z軸補(bǔ)償壓電陶瓷保持常態(tài)。如位于物鏡21光軸上的載物臺(tái)上的點(diǎn)為點(diǎn)a(x1，y1)時(shí)，控制器控制z軸補(bǔ)償電壓模塊輸出z軸補(bǔ)償壓電陶瓷的外電場(chǎng)電壓，使得z軸補(bǔ)償壓電陶瓷在z軸方向上縮短的距離為-0.2mm(負(fù)值表示縮短)；如位于物鏡21光軸上的載物臺(tái)上的點(diǎn)為點(diǎn)a(x2，y2)時(shí)，控制器控制z軸補(bǔ)償電壓模塊輸出z軸補(bǔ)償壓電陶瓷的外電場(chǎng)電壓，使得z軸補(bǔ)償壓電陶瓷在z軸方向上伸長的距離為0.1mm(正值表示伸長)。