自动对焦装置及应用其的光谱分析仪的制作方法

本实用新型涉及显微球面光谱分析仪器领域，特别涉及自动对焦装置及应用其的光谱分析仪。

背景技术：

根据现代光谱仪器的工作原理，光谱仪可以分为两大类：经典光谱仪和新型光谱仪。经典光谱仪器是建立在空间色散原理上的仪器；新型光谱仪器是建立在调制原理上的仪器。经典光谱仪器都是狭缝光谱仪器。调制光谱仪是非空间分光的，它采用圆孔进光根据色散组件的分光原理，光谱仪器可分为：棱镜光谱仪，衍射光栅光谱仪和干涉光谱仪。

无论是经典光谱仪还是新型光谱仪，均需要专业人员进行操作，即操作门槛高；而且，以上的光谱仪在对焦过程复杂，仅依靠肉眼判断，长时间的操作导致出现对焦效率低、对焦不准确等情况，从而导致光谱分析效率低下，导致光谱分析的结果不准确。

技术实现要素：

根据本实用新型的一个方面，提供了自动对焦装置，包括载物台、光谱分析系统，所述自动对焦装置还包括对焦机构以及控制系统，所述载物台设于对焦机构的驱动端，所述控制系统内镶嵌有样本数据，所述控制系统与光谱分析系统数据连接。

自动对焦装置配置为根据光路系统的实时数据与样本数据的相对差值对载物台的进行焦距调节，从而实现自动对焦功能

本实用新型的自动对焦装置中，控制系统与光路系统实时数据连接方式，使得对焦机构能够根据光路系统的实时数据与样本数据的相对差值对载物台的焦距进行调节，从而实现对焦功能。本实用新型能够根据样品的光斑成像情况实时的进行自动聚焦，减小了光谱信号波动；聚焦过程自动完成，无需专业人员参与，提高光谱分析的操作效率，降低光谱分析的操作门槛；本实用新型结构简单，只需输入对焦样本数据，即能对多个受检测片进行光谱自动分析。

在一些实施方式中，对焦机构包括安装板、滑板以及驱动件，滑板和驱动件均设于安装板上，驱动件与滑板驱动连接，载物台安装在滑板上。

由此，滑板由驱动件进行升降驱动，从而对载物台的与光路系统的相对距离进行调节，即实现焦距调节功能。

在一些实施方式中，对焦机构还包括第一滑轨、第一滑块，第一滑轨设于在安装板上，滑板通过第一滑块安装在第一滑轨上。

由此，滑板通过第一滑轨、第一滑块的配合下安装在安装板上，从而实现稳定滑动功能。

在一些实施方式中，所述自动对焦装置还包括手动微调机构，所述对焦机构设于手动微调机构的驱动端，手动微调机构包括旋钮、齿轮组以及连接杆，旋钮通过齿轮组与连接杆传动连接，连接杆与安装板驱动连接。

由此，手动微调机构为对整个对焦机构进行升降调节。转动旋钮，旋钮通过齿轮组对连接杆进行传动，从而使得安装板升降运动。

在一些实施方式中，自动对焦装置还包括固定板，安装板可升降活动地设于固定板，固定板上设有开口，连接杆透过开口与安装板连接。

由此，安装板能够在固定板上进行升降滑动，连接杆透过开口与安装板连接，从而实现手动微调机构驱动对焦机构整体升降。

在一些实施方式中，固定板上设有第二滑轨，安装板通过第二滑块安装在第二滑轨上。

由此，安装板通过第二滑轨、第二滑块的配合作用下安装在固定板上，从而实现稳定的升降滑动功能。

在一些实施方式中，控制系统包括：

采集模块，采集模块配置为采集光谱分析系统的实时数据；

样本储存模块，样本储存模块配置为存储一个或以上的样本数据；

分析模块，分析模块配置为对采集模块采集的实时数据进行分析，并从样本储存模块中确定最接近的样本数据；

输出模块，输出模块配置将分析结果对对焦机构进行控制，促使“实时数据”无限接近“最接近的样本数据”并重合。

由此，采集光谱分析系统的实时光斑数据并结合样本数据对驱动件进行控制，驱动件对载物台进行焦距调整，光谱分析系统的实时光斑数据不断靠近样本数据，最终使实时光斑数据与样本数据重合，对焦完成。

根据本实用新型的另一个方面，提供了光谱分析仪，包括自动对焦装置，其特征在于，还包括光路系统，光路系统设于载物台的上方，光路系统与光谱分析系统连接。

本光谱分析仪倚靠自动对焦装置，实现自动光谱分析功能，实用性强。

本实用新型提供一种自动对焦装置，其能够对被测镜片实现自动对焦、自动分析功能。本实用新型能够根据样品的光斑成像情况实时的进行自动聚焦；聚焦过程自动完成，无需专业人员参与，提高光谱分析的操作效率，降低光谱分析的操作门槛；本实用新型结构简单，只需输入对焦样本数据，即能对多个受检测片进行自动对焦。

附图说明

图1为本实用新型一实施方式的光谱分析仪的立体结构示意图。

图2为图1所示光谱分析仪的部分结构的立体结构示意图。

图3为图1所示光谱分析仪中自动对焦装置的立体结构示意图。

图4为图2所示自动对焦装置的另一角度的立体结构示意图。

图5为图1所示光谱分析仪中光路系统的立体结构示意图。

图6为图5所示光路系统的剖视结构示意图。

图7为图1所示光谱分析仪的自动对焦的逻辑流程示意图。

图8为图1所示光谱分析仪的自动对焦的实况流程示意图。

图9为图1所示光谱分析仪的分析结果的平面示意图。

图中标号：0、机架；1、自动对焦装置；11、手动微调机构；111、旋钮；112、齿轮组；113、连接杆；12、对焦机构；121、安装板；122、滑板；123、驱动件；124、第一滑轨；125、第一滑块；13、固定板；131、开口；132、第二滑轨；133、第二滑块；14、控制系统；141、采集模块；142、分析模块；143、输出模块；144、储存模块；2、光路系统；21、入射光路；211、第一镜片组；2111、第一镜片；2112、第二镜片；212、第二镜片组；2121、第三镜片；2122、第四镜片；2123、第五镜片；213、第三镜片组；2131、第六镜片；214、第四镜片组；2141、第七镜片；2142、第八镜片；22、反射光路；221、第五镜片组；2211、第九镜片；222、第六镜片组；2221、第十镜片；2222、第十一镜片；223、第七镜片组；2231、第十二镜片；23、输出光路；24、反射镜；25、棱镜；26、目镜组件；27、物镜组件；3、光谱分析系统；31、分析器；32、数据处理装置；4、载物台。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

图1-2示意性地显示了根据本实用新型的一种实施方式的光谱分析仪，包括机架0、载物台4、光路系统2以及光谱分析系统3。载物台4、光路系统2以及光谱分析系统3均安装在机架0上，机架0包括支撑架和壳体，支撑架为实现分析仪支撑作用，壳体配置对内置零件实施保护。载物台4位于光路系统2的正下方，光路系统2与光谱分析系统3数据连接。光谱分析仪还包括自动对焦装置1，自动对焦装置1设于机架0内。自动对焦装置1包括手动微调机构11、对焦机构12以及控制系统14，对焦机构12设于手动微调机构11的驱动端，载物台4设于对焦机构12的驱动端，控制系统14内镶嵌有样本数据，控制系统14与光谱分析系统3数据连接。

自动对焦装置1配置为根据光路系统2的实时数据与样本数据的相对差值对载物台4与光路系统2的相对距离进行调节，从而实现自动对焦功能。

本实用新型提供一种光谱分析仪，通过设置自动对焦装置1与光路系统2实时数据连接方式，使得对焦机构12能够根据光路系统2的实时数据与样本数据的相对差值对载物台4与光路系统2的相对距离进行调节，从而实现对焦功能。本实用新型能够根据样品的光斑成像情况实时的进行自动聚焦，减小了光谱信号波动；聚焦过程自动完成，无需专业人员参与，提高光谱分析的操作效率，降低光谱分析的操作门槛；本实用新型结构简单，只需输入对焦样本数据，即能对多个受检测片进行光谱自动分析。

结合图3-4，对焦机构12包括安装板121、滑板122以及驱动件123，滑板122和驱动件123均设于安装板121上，驱动件123与滑板122驱动连接，载物台4安装在滑板122上。滑板122由驱动件123进行升降驱动，从而对载物台4的与光路系统2的相对距离进行调节，即实现焦距调节功能。

结合图3-4，对焦机构12还包括第一滑轨124、第一滑块125，第一滑轨124设于在安装板121上，滑板122通过第一滑块125安装在第一滑轨124上。滑板122通过第一滑轨124、第一滑块125的配合下安装在安装板121上，从而实现稳定滑动功能。

结合图3-4，手动微调机构11包括旋钮111、齿轮组112以及连接杆113，旋钮111通过齿轮组112与连接杆113传动连接，连接杆113与安装板121驱动连接。手动微调机构11为对整个对焦机构12进行升降调节。转动旋钮111，旋钮111通过齿轮组112对连接杆113进行传动，从而使得安装板121升降运动。

结合图3-4，自动对焦装置1还包括固定板13，安装板121可升降活动地设于固定板13，固定板13上设有开口131，连接杆113透过开口131与安装板121连接。安装板121能够在固定板13上进行升降滑动，连接杆113透过开口131与安装板121连接，从而实现手动微调机构11驱动对焦机构12整体升降。

结合图3-4，固定板13上设有第二滑轨132，安装板121通过第二滑块133安装在第二滑轨上。安装板121通过第二滑轨132、第二滑块133的配合作用下安装在固定板13上，从而实现稳定的升降滑动功能。

结合图7-8，控制系统14与驱动件123信号连接；控制系统14与光谱分析系统3数据连接。

控制系统14配置为采集光路系统2的实时数据，并结合样本数据对驱动件123进行实时控制，从而使得驱动件123驱动载物台4升降实现自动对焦功能。

控制系统14包括，

采集模块141：采集模块141与光谱分析系统3连接，采集模块141配置为采集光谱分析系统3的实时数据；样本储存模块144：样本储存模块144配置为存储一个或以上的样本数据；

分析模块142：分析模块142配置为对采集模块141采集的实时数据进行分析，并确定最接近的样本数据；

输出模块143：输出模块143配置将“分析模块142的分析结果”对对焦机构12的驱动件123进行控制，即对载物台4上的被测物的焦距进行控制，促使“实时数据”无限接近“最接近的样本数据”并重合，完成对焦。

控制系统14的控制过程为：采集光谱分析系统3的实时光斑数据并结合样本数据对驱动件123进行控制，驱动件123对载物台4进行焦距调整，光谱分析系统3的实时光斑数据不断靠近样本数据，最终使实时光斑数据与样本数据重合，对焦完成。

结合图5-6-，光路系统2包括入射光路21、反射光路22以及输出光路23，入射光路21和反射光路22相互垂直连接且之间设有反射镜24，输出光路23设于反射光路22的末端，输出光路23与反射光路22之间设有棱镜25。

光路系统2中，光源从入射光路21入射，再经过反射镜24反射至待测镜片上，镜片的光进入反射光路22通过棱镜25进入输出光路23，最终进入光谱分析系统3中。

结合图6，入射光路21至输入端向内依次包括第一镜片组211、第二镜片组212、第三镜片组213以及第四镜片组214，第一镜片组211、第二镜片组212、第三镜片组213以及第四镜片组214位于同一直线上，其之间距离依次为：37.92mm、99.41mm、27.13mm。第一镜片组211和第二镜片组212配置为将输入的光汇聚成线，第三镜片组213和第四镜片组214配置为使光线保持准直。第四镜片组214与反射镜24之间距离为30.12mm。

结合图6，第一镜片组211包括第一镜片2111、第二镜片2112，第一镜片2111与第二镜片2112相贴合；第一镜片2111的参数为：r127.96mm、r8.03mm、h4.00mm；第二镜片2112的参数为：r-8.03mm、r15.23mm、h1.00mm。(两个r为镜片的由输入端起的两端球面的半径值，正数为凸球面，负数则为凹球面；h为两端球面中心点之间的距离值。下同)

结合图6，第二镜片组212包括第三镜片2121、第四镜片2122以及第五镜片2123，第三镜片2121位于第四镜片2122的左侧并留有距离为0.2mm的间隙，第四镜片2122和第五镜片2123相贴合；第三镜片2121的参数为：r18.67mm、r47.03mm、h2.63mm；第四镜片2122的参数为：r39.24mm、r-9.11mm、h1.00mm；第五镜片2123的参数为：r9.11mm、r446.44mm、h4.00mm。

结合图6，第三镜片组213包括第六镜片2131，第六镜片2131的参数为：r-25.53mm、r21.10mm、h1.81mm。

结合图6，第四镜片组214包括第七镜片2141和第八镜片2142，第七镜片2141和第八镜片2142相贴合；第七镜片2141的参数为：r67.95mm、r31.76mm、h4.90mm；第八镜片2142的参数为：r-31.76mm、r79.67mm、h2.00mm。

结合图6，折射光路22至输入端向内依次包括第五镜片组221、第六镜片组222、第七镜片组223，第五镜片组221、第六镜片组222、第七镜片组223位于同一直线上，其之间的距离依次为19.46mm、10.53mm。第五镜片组221、第六镜片组222、第七镜片组223配置为将光汇聚成像。第五镜片组221与反射镜24之间距离为25.19mm。

结合图6，第五镜片组221包括第九镜片2211，第九镜片2211的参数为：r27.94mm、r-27.52mm、h5.00mm。

结合图6，第六镜片组222包括第十镜片2221和第十一镜片2222，第十镜片2221与第十一镜片2222相贴合。第十镜片2221的参数为：r-179.65mm、r24.02mm、h5.00mm；第十一镜片2222的参数为：r-24.02mm、r70.16mm、h5.00mm。

结合图6，第七镜片组223包括第十二镜片2231，第十二镜片2231的参数为：r425.95mm、r83.29mm、h5.00mm。

本实用新型的光路系统2的入射光路21和折射光路能够保证光源的能量应用，减少光源能量损失，同时可以保证被测样品的小的景深从而实现快速对焦，减少对焦的时间和找到精确的对焦位置。输入光源采用柯勒照明的方式可以让照度更均匀，另外可以和市面上大多数无限远共轭物镜通用，减少物镜的开发成本。内设特殊光阑可以减小样品第二面的反射光的影响，实现测量的准确性。光路系统2的焦距加大增加了仪器对小曲率样品的敏感性，能快速找到测量中心点，实现宽的光谱波长测量。

结合图5-6，光路系统2还包括目镜组件26、物镜组件27，物镜组件27和目镜组件26分别安装在入射光路21的两端。目镜组件26为ccd电子目镜，其能够将实施影像数据传输至光谱分析系统3中。待测镜片的折射光从物镜组件27处进入入射光路21。

结合图1-2，光谱分析系统3包括分析器31和数据处理装置32，分析器31与输出光路23的输出端数据连接，分析器31与数据处理装置32数据连接，目镜组件26与数据处理装置32数据连接。

数据处理装置32为计算机，计算机与物镜组件27、分析器31相连接，计算机采集物镜组件27、分析器31的数据，形成光斑实时影像和被测物光谱信息表，光谱信息表为曲线图形，从而直接显示被测镜片的光谱分析结果。

结合图1，本光谱自动分析装置还包括光源，光源通过光纤与入射光路21的输入端连接。

本装置的自动分析步骤为，

s1、输入样本数据：在控制系统14处输入一个以上样本数据，形成样本数据库。本实用新型具有两种样本数据输入，分别为，

s1.1.1、归零：将载物台4归零，即手动微调机构11、对焦机构12复位；

s1.1.2、样本数据采集：将“归零片”放置载物台4上，手动调节直到看到需对焦的光斑，并分别保存白参考数据、暗背景数据保存，最终形成“样本数据”。

s1.2.1、样本拷贝：直接将“样本数据”拷贝至控制系统14的样本储存模块144中，形成数据库。

s2、自动对焦：控制系统14根据光路系统2的实时数据与样本数据的相对差对驱动件123进行实时控制，从而使得驱动件123驱动载物台4升降实现自动对焦功能。结合图7-8，步骤s2，包括步骤s2.1、s2.2、s2.3。

s2.1、采集：物镜持续而缓慢地升降移动，促使焦距不断变化，采集模块141定点采集光谱分析系统3对被测镜片的光斑的实时数据；

s2.2、分析：分析模块142对采集的实时数据进行分析，并确定最接近的样本数据(如，被测镜片的光斑数据变化符合a型号的变化规律，则取a型号的样本数据作为最接近数据)；

s2.3、输出：输出模块143将“分析结果”转化为电信号，对对焦机构12的驱动件123进行控制，即对载物台4上的被测物的焦距进行控制，促使“实时数据”无限接近“最接近的样本数据”并重合，完成对焦。

s3、光谱分析(光路系统2成像原理)：结合图6，光源发出的发散光依次经过第一镜片组211、第二镜片组212、第三镜片组213、第四镜片组214，形成汇聚的平行光束通过反射镜24输入反射光路22中，物镜采集被测镜片的光依次经过第五镜片组221、第六镜片组222、第七镜片组223汇聚成像，汇聚成像的光最终通过棱镜25输出至分析器31中。

s4、光谱图形：如图9所示，计算机采集物镜组件27、分析器31的数据，形成光斑实时影像和被测物光谱信息表，光谱信息表为曲线图形，以曲线图形的方式直接显示被测镜片的光谱分析结果。

本实用新型的有益效果为：本实用新型提供一种光谱分析仪，其能够对被测镜片实现自动对焦、自动分析功能。本实用新型能够根据样品的光斑成像情况实时的进行自动聚焦，减小了光谱信号波动；聚焦过程自动完成，无需专业人员参与，提高光谱分析的操作效率，降低光谱分析的操作门槛；本实用新型结构简单，只需输入对焦样本数据，即能对多个受检测片进行光谱自动分析。

以上所述的仅是本实用新型的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。