對(duì)焦系統(tǒng)運(yùn)用光學(xué)三角測(cè)距原理，在顯微鏡的鏡筒側(cè)面增加了一個(gè)包含有激光發(fā)射和激光接受裝置的光學(xué)回路。從激光發(fā)射器發(fā)射出來(lái)的800nm光束經(jīng)過(guò)光欄片擋去了一半，剩下的光束在聚焦鏡的作用變?yōu)槠叫泄猓�通過(guò)主光軸后投射到被檢測(cè)的物體表面。通過(guò)物鏡的聚焦作用，如果系統(tǒng)對(duì)焦完成，激光剛好在被測(cè)物體表面聚焦(如圖1實(shí)線)。聚焦后的光束，在被測(cè)物體的表面發(fā)生了反射，反射光線經(jīng)過(guò)聚焦鏡的聚焦作用投射到CCD檢測(cè)屏上，如果被檢測(cè)物體表面剛好處于聚焦點(diǎn)處，投影在CCD檢測(cè)屏上的就是一個(gè)光點(diǎn)；如果被檢測(cè)物體處于聚焦點(diǎn)的上方，在檢測(cè)屏就會(huì)檢測(cè)到一個(gè)右半圓的光斑(如圖1虛線)，反之出現(xiàn)一個(gè)左半圓的光斑。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

圖3.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用DSP+FPGA的結(jié)構(gòu)，具有功能集成、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程靈活的特點(diǎn)。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖3，DSP是圖像處理的核心，F(xiàn)PGA是系統(tǒng)時(shí)序控制的核心，F(xiàn)PGA在線可編程的特點(diǎn)可大大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，壓電陶瓷和伺服電機(jī)是調(diào)焦運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

4 結(jié)論

本文提出的一種新型的顯微鏡對(duì)焦系統(tǒng)，集成了光學(xué)原理、數(shù)字圖像處理系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)顯微鏡自動(dòng)快速對(duì)焦，對(duì)焦時(shí)間是普通對(duì)焦系統(tǒng)的十分之一，滿(mǎn)足工業(yè)檢測(cè)系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)性要求，系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

1)基于特殊設(shè)計(jì)的激光回路，建立光斑半圓信息與離焦數(shù)學(xué)關(guān)系，通過(guò)能量分析法或質(zhì)心分析法在CCD相機(jī)傳輸回第一張照片后準(zhǔn)確的分析出當(dāng)前顯微鏡視野光路所處焦平面的關(guān)系，主動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)向光路焦平面處移動(dòng)，整個(gè)對(duì)焦過(guò)程只需要前后分析2到3幅圖像就實(shí)現(xiàn)顯微鏡的自動(dòng)調(diào)焦工作。2)采用1394高速數(shù)據(jù)傳送接口，滿(mǎn)足系統(tǒng)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊�求，減少系統(tǒng)等待時(shí)間，提高了DSP工作效率。3)采用DSP作為主控制器，F(xiàn)PGA完成數(shù)據(jù)采集時(shí)序配置，在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的系統(tǒng)功能的同時(shí)又使板級(jí)調(diào)試與系統(tǒng)功能升級(jí)變得方便。4)采用精密壓電陶瓷和伺服電機(jī)構(gòu)成的雙驅(qū)動(dòng)宏/微結(jié)構(gòu)，保證了調(diào)焦運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的精密性和快速性，提高了系統(tǒng)控制的靈活性。

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