高精度直线切换式调焦机构的设计与试验研究
发布时间：2021-03-31 01:42
调焦机构是显微成像系统的重要组成。目前显微成像设备主要使用转盘式物镜切换机构和升降载物台来进行调焦,其不利于仪器的小型化,且价格昂贵。为此提出一种新的采用丝杆电机驱动与直线导轨相配合的兼具切换与调焦的机构,主要由混合式丝杆步进电机、高精度导轨、编码器、光电开关等组成。具体给出了机构的组成、调焦方法,并进行了模态分析、单步精度测试、垂直度测试。结果表明:步进分辨率<1μm,垂直度<10″。在能达到同类产品性能的同时,降低了成本。
【文章来源】：科学技术与工程. 2020,20(12)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
光学系统示意图
目前,对焦方式有相位对焦与反差对焦2种。相位对焦通过感应互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)上的一个对焦点对应的两个线型感应器测量通过分光镜片(二次成像镜片)的2个像之间的距离,与合焦标准量作比较来对焦,在暗处时信号不强烈难以对焦。而小型化显微成像系统多是封闭式结构,暗背景形成的高对比度更适合采用反差对焦技术。随着对焦镜片开始移动,画面逐渐清晰,对比度开始上升;当画面最清晰,对比度最高时,其实已经处于合焦状态,但相机并不知道,所以会继续移动镜头,当发现对比度开始下降。进一步移动镜片,发现对比度进一步下降,相机知道已经错过焦点;镜片回退至对比度最高的位置,完成对焦[5]。电机的具体运动方式如图2所示,按照HB丝杆电机单步长0.762 μm为间隔设置2 000个测量点,预计调焦范围为1.524 mm。电机从零点开始逐点扫描,将焦点上获得的影像数字化,得到一组整数矩阵,并传递给图像处理器,然后计算反差量,对比筛选出反差最大的。然后电机回到零位,再驱动物镜将焦点放置在反差值最大的最佳测量点nX1。电机再次正转5个单步长,反转10个单步长,得到10个测量数据,计算反差量得到最大的最佳测量点nX2,电机驱动物镜完成对焦。
物镜的切换:在平台基座上两个固定位置A、B安装有光电开关发射器,分别对应A、B物镜与光轴对齐时的位置。在移动板上安装有光电开关接收器。电机从零位开始正转,当接收器第一次收到信号时,物镜A与光轴对齐,第二次接收到信号时,物镜B与光轴对齐。图4 HB丝杆电机实物
【参考文献】：
期刊论文
[1]变焦光学系统的景/焦深延拓及其分析[J]. 郭小虎,赵辰霄,周平,田继文,赵骥,王福鹏,张文. 光学技术. 2019(03)
[2]空间相机透镜调焦机构的设计与测试[J]. 姜紫庆,贾建军. 光学精密工程. 2018(12)
[3]POCT血细胞计数设备研究进展[J]. 吕蒙,李抄,陈锋,余明,王春晨,杨鹏程,孙景工. 医疗卫生装备. 2018(07)
[4]可见光电视用高精度小体积调焦平台的设计[J]. 徐新行,李莹. 光学精密工程. 2017(06)
[5]空间光学遥感器精密调焦机构设计与试验[J]. 贾学志,张雷,安源,金光. 机械工程学报. 2016(13)
[6]LED光源和CCD在荧光显微镜上的应用研究[J]. 徐炜,郎涛. 光学仪器. 2015(04)
[7]显微镜自动对焦方法研究综述[J]. 田畔,谷朝臣,胡洁,吴开杰,彭颖红. 光学技术. 2014(01)
[8]一种高精度高可靠性调焦机构设计[J]. 薛乐堂,陈涛,徐涛,姜润强. 长春理工大学学报(自然科学版). 2012(02)
[9]一种高精度调焦机构设计[J]. 林为才,王晶. 长春理工大学学报(自然科学版). 2010(04)
[10]荧光与荧光显微镜[J]. 杨广烈. 光学仪器. 2001(02)
本文编号：3110531
【文章来源】：科学技术与工程. 2020,20(12)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
光学系统示意图
目前,对焦方式有相位对焦与反差对焦2种。相位对焦通过感应互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)上的一个对焦点对应的两个线型感应器测量通过分光镜片(二次成像镜片)的2个像之间的距离,与合焦标准量作比较来对焦,在暗处时信号不强烈难以对焦。而小型化显微成像系统多是封闭式结构,暗背景形成的高对比度更适合采用反差对焦技术。随着对焦镜片开始移动,画面逐渐清晰,对比度开始上升;当画面最清晰,对比度最高时,其实已经处于合焦状态,但相机并不知道,所以会继续移动镜头,当发现对比度开始下降。进一步移动镜片,发现对比度进一步下降,相机知道已经错过焦点;镜片回退至对比度最高的位置,完成对焦[5]。电机的具体运动方式如图2所示,按照HB丝杆电机单步长0.762 μm为间隔设置2 000个测量点,预计调焦范围为1.524 mm。电机从零点开始逐点扫描,将焦点上获得的影像数字化,得到一组整数矩阵,并传递给图像处理器,然后计算反差量,对比筛选出反差最大的。然后电机回到零位,再驱动物镜将焦点放置在反差值最大的最佳测量点nX1。电机再次正转5个单步长,反转10个单步长,得到10个测量数据,计算反差量得到最大的最佳测量点nX2,电机驱动物镜完成对焦。
物镜的切换:在平台基座上两个固定位置A、B安装有光电开关发射器,分别对应A、B物镜与光轴对齐时的位置。在移动板上安装有光电开关接收器。电机从零位开始正转,当接收器第一次收到信号时,物镜A与光轴对齐,第二次接收到信号时,物镜B与光轴对齐。图4 HB丝杆电机实物
【参考文献】：
期刊论文
[1]变焦光学系统的景/焦深延拓及其分析[J]. 郭小虎,赵辰霄,周平,田继文,赵骥,王福鹏,张文. 光学技术. 2019(03)
[2]空间相机透镜调焦机构的设计与测试[J]. 姜紫庆,贾建军. 光学精密工程. 2018(12)
[3]POCT血细胞计数设备研究进展[J]. 吕蒙,李抄,陈锋,余明,王春晨,杨鹏程,孙景工. 医疗卫生装备. 2018(07)
[4]可见光电视用高精度小体积调焦平台的设计[J]. 徐新行,李莹. 光学精密工程. 2017(06)
[5]空间光学遥感器精密调焦机构设计与试验[J]. 贾学志,张雷,安源,金光. 机械工程学报. 2016(13)
[6]LED光源和CCD在荧光显微镜上的应用研究[J]. 徐炜,郎涛. 光学仪器. 2015(04)
[7]显微镜自动对焦方法研究综述[J]. 田畔,谷朝臣,胡洁,吴开杰,彭颖红. 光学技术. 2014(01)
[8]一种高精度高可靠性调焦机构设计[J]. 薛乐堂,陈涛,徐涛,姜润强. 长春理工大学学报(自然科学版). 2012(02)
[9]一种高精度调焦机构设计[J]. 林为才,王晶. 长春理工大学学报(自然科学版). 2010(04)
[10]荧光与荧光显微镜[J]. 杨广烈. 光学仪器. 2001(02)
本文编号：3110531
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