調(diào)焦機(jī)構(gòu)是顯微成像系統(tǒng)的重要組成。目前顯微成像設(shè)備主要使用轉(zhuǎn)盤(pán)式物鏡切換機(jī)構(gòu)和升降載物臺(tái)來(lái)進(jìn)行調(diào)焦,其不利于儀器的小型化,且價(jià)格昂貴。為此提出一種新的采用絲桿電機(jī)驅(qū)動(dòng)與直線導(dǎo)軌相配合的兼具切換與調(diào)焦的機(jī)構(gòu),主要由混合式絲桿步進(jìn)電機(jī)、高精度導(dǎo)軌、編碼器、光電開(kāi)關(guān)等組成。具體給出了機(jī)構(gòu)的組成、調(diào)焦方法,并進(jìn)行了模態(tài)分析、單步精度測(cè)試、垂直度測(cè)試。結(jié)果表明:步進(jìn)分辨率<1μm,垂直度<10″。在能達(dá)到同類(lèi)產(chǎn)品性能的同時(shí),降低了成本。 

【文章來(lái)源】：科學(xué)技術(shù)與工程. 2020,20(12)北大核心

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【部分圖文】：

光學(xué)系統(tǒng)示意圖

目前,對(duì)焦方式有相位對(duì)焦與反差對(duì)焦2種。相位對(duì)焦通過(guò)感應(yīng)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)上的一個(gè)對(duì)焦點(diǎn)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)線型感應(yīng)器測(cè)量通過(guò)分光鏡片(二次成像鏡片)的2個(gè)像之間的距離,與合焦標(biāo)準(zhǔn)量作比較來(lái)對(duì)焦,在暗處時(shí)信號(hào)不強(qiáng)烈難以對(duì)焦。而小型化顯微成像系統(tǒng)多是封閉式結(jié)構(gòu),暗背景形成的高對(duì)比度更適合采用反差對(duì)焦技術(shù)。隨著對(duì)焦鏡片開(kāi)始移動(dòng),畫(huà)面逐漸清晰,對(duì)比度開(kāi)始上升;當(dāng)畫(huà)面最清晰,對(duì)比度最高時(shí),其實(shí)已經(jīng)處于合焦?fàn)顟B(tài),但相機(jī)并不知道,所以會(huì)繼續(xù)移動(dòng)鏡頭,當(dāng)發(fā)現(xiàn)對(duì)比度開(kāi)始下降。進(jìn)一步移動(dòng)鏡片,發(fā)現(xiàn)對(duì)比度進(jìn)一步下降,相機(jī)知道已經(jīng)錯(cuò)過(guò)焦點(diǎn);鏡片回退至對(duì)比度最高的位置,完成對(duì)焦[5]。電機(jī)的具體運(yùn)動(dòng)方式如圖2所示,按照HB絲桿電機(jī)單步長(zhǎng)0.762 μm為間隔設(shè)置2 000個(gè)測(cè)量點(diǎn),預(yù)計(jì)調(diào)焦范圍為1.524 mm。電機(jī)從零點(diǎn)開(kāi)始逐點(diǎn)掃描,將焦點(diǎn)上獲得的影像數(shù)字化,得到一組整數(shù)矩陣,并傳遞給圖像處理器,然后計(jì)算反差量,對(duì)比篩選出反差最大的。然后電機(jī)回到零位,再驅(qū)動(dòng)物鏡將焦點(diǎn)放置在反差值最大的最佳測(cè)量點(diǎn)nX1。電機(jī)再次正轉(zhuǎn)5個(gè)單步長(zhǎng),反轉(zhuǎn)10個(gè)單步長(zhǎng),得到10個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù),計(jì)算反差量得到最大的最佳測(cè)量點(diǎn)nX2,電機(jī)驅(qū)動(dòng)物鏡完成對(duì)焦。

物鏡的切換:在平臺(tái)基座上兩個(gè)固定位置A、B安裝有光電開(kāi)關(guān)發(fā)射器,分別對(duì)應(yīng)A、B物鏡與光軸對(duì)齊時(shí)的位置。在移動(dòng)板上安裝有光電開(kāi)關(guān)接收器。電機(jī)從零位開(kāi)始正轉(zhuǎn),當(dāng)接收器第一次收到信號(hào)時(shí),物鏡A與光軸對(duì)齊,第二次接收到信號(hào)時(shí),物鏡B與光軸對(duì)齊。圖4 HB絲桿電機(jī)實(shí)物

【參考文獻(xiàn)】：
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