一种线激光自动对焦装置、方法、电子设备和存储介质与流程

本发明属于自动对焦领域，尤其涉及一种线激光自动对焦装置、方法、电子设备和存储介质。

背景技术：

1、根据物镜焦面上光斑的形态，激光自动对焦技术可分为点激光和线激光两类。其中，点激光由于探测光束覆盖的区域较小，当被测物表面存在孔洞、凹坑等特征时，激光光束极易无法正常返回传感器，导致自动对焦失败。

2、相比于点激光，线激光则具有更强的抗干扰能力，可应用于显微自动对焦系统中。如专利cn114994896a公开了一种基于线激光的自动对焦装置，该装置通过激光器、柱透镜、挡板、显微物镜、电机和图像传感器等多个器件的互相配合，能够自动调节显微物镜至被测物之间的距离，实现了自动对焦的目的。

3、然而，在实际工作中，线激光自动对焦装置仍面临激光线无法正常返回传感器导致自动对焦失败的问题。

4、因此，亟须一种线激光自动对焦装置，用于进一步提升其抗干扰能力。

技术实现思路

1、本申请提出的一种线激光自动对焦装置、方法、电子设备和存储介质，用于进一步提升自动对焦系统的抗干扰能力。

2、为实现上述目的，本申请提出了以下技术方案：

3、在本申请的第一方面，提供了一种线激光自动对焦装置，所述装置包括：

4、自动对焦机构，利用半椭圆激光光束经物镜聚焦至被测物表面的光斑形貌判断物镜的离焦状态，通过反射回图像传感器形成的光斑图像的质心计算离焦量，基于所述离焦状态和所述离焦量调整物镜至被测物表面的距离，以使物镜焦点位于被测物表面；

5、转动机构，位于物镜前侧，用于调整半椭圆激光光束在物镜入射面的入射区域；

6、其中，半椭圆激光光束入射至物镜的方向与物镜的光轴平行，且半椭圆激光光束完全落入物镜的一侧。

7、可选的，所述自动对焦机构包括：

8、激光器，用于发射激光光束；

9、柱透镜，设置在激光器后侧，用于调制所述激光光束为在柱透镜曲率方向发散、在无曲率方向准直的椭圆光束；

10、挡板，与所述柱透镜贴合，用于遮挡所述椭圆光束的一半，以形成半椭圆激光光束。

11、可选的，所述挡板与柱透镜固定连接。

12、可选的，所述转动机构为旋转台，且与所述挡板固定连接，用于围绕所述柱透镜的光轴旋转挡板和柱透镜，以调整半椭圆激光光束在物镜入射面的入射区域。

13、可选的，所述自动对焦机构还包括：

14、第一分束镜，设置在柱透镜和挡板的后侧，用于将半椭圆激光光束反射至第二分束镜；

15、第二分束镜，设置在第一分束镜的后侧，用于反射所述半椭圆激光光束至物镜的一侧，以使所述物镜将所述半椭圆激光光束聚焦为被测物表面的光斑；

16、电机，设置在物镜的一侧，用于根据离焦量调整物镜至被测物表面的距离。

17、在本申请的第二方面，提供了一种线激光自动对焦方法，所述方法应用于第一方面的线激光自动对焦装置，所述方法包括：

18、判断图像传感器输出的光斑图像是否异常；其中，异常表示所述光斑图像中未存在光斑或所述光斑图像中存在分离的多条光斑；

19、若是，则利用转动机构旋转挡板和柱透镜，直至所述光斑图像消除异常，并记录旋转角度θ；

20、基于所述旋转角度θ和第一质心公式，计算消除异常后的光斑图像y方向上的质心；

21、其中，第一质心公式为，；

22、表示光斑图像中第行、第列像素的灰度值；i表示光斑图像中像素行的序列值，i=1，2，…，m，m表示光斑图像的总行数；j表示光斑图像中像素列的序列值，j=1，2，…，n，n表示光斑图像的总列数；round表示四舍五入取整运算；

23、基于所述质心计算物镜的离焦量；

24、根据所述离焦量调整物镜至被测物表面的距离，以使物镜焦点位于被测物表面。

25、可选的，所述离焦量的计算公式为：

26、；

27、其中，o表示离焦量，表示被测物表面处于物镜景深内的参考质心；s表示所述物镜的对焦灵敏度。

28、可选的，参考质心和对焦灵敏度s通过预设的标定流程获得的；

29、所述预设的标定流程包括：

30、选择平整光滑的样品作为标定物；

31、调节自动对焦装置内物镜与标定物的距离，直至光斑图像中的光斑形状为一条线，并基于第二质心公式计算此时光斑图像y方向上的质心，作为参考质心；

32、；其中，f(i,j)为光斑图像中第i行、第j列个像素的灰度值；

33、移动物镜t微米，并基于所述第二质心公式计算移动后的光斑图像y方向上的质心；

34、计算对焦灵敏度s，其中，。

35、在本申请的第三方面，提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；

36、存储器，用于存放计算机程序；

37、处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现任一项所述的线激光自动对焦方法。

38、在本申请的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质内存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现任一项所述的线激光自动对焦方法。

39、本申请的有益效果如下：

40、本申请提供了一种线激光自动对焦装置，包括：自动对焦机构，利用半椭圆激光光束经物镜聚焦至被测物表面的光斑形貌判断物镜的离焦状态，通过反射回图像传感器形成的光斑图像的质心计算离焦量，基于所述离焦状态和所述离焦量调整物镜至被测物表面的距离，以使物镜焦点位于被测物表面；转动机构，位于物镜前侧，用于调整半椭圆激光光束在物镜入射面的入射区域；其中，半椭圆激光光束入射至物镜的方向与物镜的光轴平行，且半椭圆激光光束完全落入物镜的一侧。

41、基于上述设置，本申请通过转动机构调整半椭圆激光光束在物镜入射面的入射区域，可以改变聚焦至被测物表面的光斑与被测物表面特征之间的相互位置，避免了聚焦后的光斑与被测物表面特征完全重合（即，光斑完全落入被测物表面特征内）的情况，解决了上述情况导致自动对焦失败的问题，提升了自动对焦装置的抗干扰能力。

技术特征：

1.一种线激光自动对焦装置，其特征在于，所述装置包括：

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述自动对焦机构包括：

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述挡板与柱透镜固定连接。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述转动机构为旋转台，且与所述挡板固定连接，用于围绕所述柱透镜的光轴旋转挡板和柱透镜，以调整半椭圆激光光束在物镜入射面的入射区域。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述自动对焦机构还包括：

6.一种线激光自动对焦方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-5任一所述的线激光自动对焦装置，所述方法包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述离焦量的计算公式为：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，参考质心和对焦灵敏度s通过预设的标定流程获得的；

9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，计算机可读存储介质内存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现权利要求6-8任一项所述的线激光自动对焦方法。

技术总结
本申请公开了一种线激光自动对焦装置、方法、电子设备和存储介质，涉及自动对焦领域。该自动对焦装置包括：自动对焦机构，利用半椭圆激光光束经物镜聚焦至被测物表面的光斑形貌判断物镜的离焦状态，通过反射回图像传感器形成的光斑图像的质心计算离焦量，基于所述离焦状态和所述离焦量调整物镜至被测物表面的距离，以使物镜焦点位于被测物表面；转动机构，位于物镜前侧，用于调整半椭圆激光光束在物镜入射面的入射区域。基于上述设置，本申请可以改变聚焦至被测物表面的光斑与被测物表面特征之间的相互位置，避免了聚焦后的光斑与被测物表面特征完全重合的情况，解决了上述情况导致自动对焦失败的问题，提升了自动对焦装置的抗干扰能力。

技术研发人员：夏云鹏,唐俊峰,曹桂平,董宁
受保护的技术使用者：合肥埃科光电科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/9