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

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

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)簡單、編程靈活的特點。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)時序控制的核心，F(xiàn)PGA在線可編程的特點可大大簡化設(shè)計的復(fù)雜度，壓電陶瓷和伺服電機是調(diào)焦運動執(zhí)行機構(gòu)。

4 結(jié)論

本文提出的一種新型的顯微鏡對焦系統(tǒng)，集成了光學(xué)原理、數(shù)字圖像處理系統(tǒng)和運動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)顯微鏡自動快速對焦，對焦時間是普通對焦系統(tǒng)的十分之一，滿足工業(yè)檢測系統(tǒng)中的實時性要求，系統(tǒng)具有以下特點：

1)基于特殊設(shè)計的激光回路，建立光斑半圓信息與離焦數(shù)學(xué)關(guān)系，通過能量分析法或質(zhì)心分析法在CCD相機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，主動驅(qū)動電機向光路焦平面處移動，整個對焦過程只需要前后分析2到3幅圖像就實現(xiàn)顯微鏡的自動調(diào)焦工作。2)采用1394高速數(shù)據(jù)傳送接口，滿足系統(tǒng)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊�求，減少系統(tǒng)等待時間，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)采集時序配置，在實現(xiàn)復(fù)雜的系統(tǒng)功能的同時又使板級調(diào)試與系統(tǒng)功能升級變得方便。4)采用精密壓電陶瓷和伺服電機構(gòu)成的雙驅(qū)動宏/微結(jié)構(gòu)，保證了調(diào)焦運動過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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