[發明專利]一種無機械運動的透鏡焦距測試方法

有效

• 申請號: 201710333948.2
• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN107091729B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 徐榮青;孫建鴻;易依錚;付曉;常春耘;張宏超
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 祁文彥

本發明提出一種無機械運動的透鏡焦距測試方法，朗奇光柵經平行光管在待測透鏡的焦平面成像，所成的像再經電控變焦透成像，最后透過顯微物鏡在CCD相機上獲取最清晰的照片。計算該照片的大小，用公式計算得到待測透鏡的焦距；本發明無需機械運動可實現透鏡焦距的自動檢測，還具有檢測方便、精度高、測試范圍寬、成本低的特點。

技術領域

本發明涉及一種無機械運動的透鏡焦距測試方法，屬于光電檢測的技術領域。

背景技術

透鏡是一種應用非常廣泛的光學器件，應用于各種各樣的光學系統，透鏡的焦距是其主要的光學參數。透鏡的焦距是否精確直接影響光學系統的性能，因此，許多應用都需要對其焦距進行精確地測量。

在傳統的焦距測量中，用放大率法測量透鏡或光學系統的焦距，使用帶顯微鏡的目鏡測微器讀取玻羅板像的間距。因為目鏡測微器自身結構的復雜性，在測量過程中旋轉微手輪時容易造成成像不穩定，導致回旋誤差，而且由于僅依靠操作員主觀判斷，對操作者要求較高，同時具有較大的人為誤差。目前將圖像測量技術應用到透鏡焦距測量中，能實現自動判讀和測量，極大地提高了測量效率和測量精度，并避免了人為誤差。但放大率法測量透鏡或光學系統的焦距仍然存在的問題有：

(1)CCD獲得清晰的像是測量玻羅板像的間距大小的前提，必須經過精密移動顯微拍攝系統的位置才能獲得清晰的像，焦距測量的范圍越大，機械移動的距離越遠，且在整個移動范圍內都要保證在系統的光軸上。若要實現自動測量，就需要高精度的步進電機，而高精度大范圍的機械運動可控系統價格較高，會增加測試系統的成本，而且增加了系統的調節難度。

(2)目前采用的玻羅板為三対刻線，在調節過程中易于跑出視場，且測量精度不夠高。

發明內容

本發明的目的在于用無機械運動的透鏡焦距測試方法解決現有透鏡焦距測試裝置調節困難、測議精度低、成本高等問題，用本發明所述的測試方法可快速、準確自動檢測透鏡焦距，檢測方便、精度高、測試范圍寬、成本低。

一種無機械運動的透鏡焦距測試方法，包括以下步驟：

(1)將LED光源、朗奇光柵、平行光管、待測透鏡、電控變焦透鏡和顯微鏡依次設置在測試平臺上，使朗奇光柵、平行光管、待測透鏡、電控變焦透鏡和顯微鏡依次設置在LED光源的出射光路上；

(2)通過電腦端控制函數發生器，從而控制高壓放大器施加在電控變焦透鏡上的電壓，示波器對施加在電控變焦透鏡上的電壓進行掃描，對電壓設置0.1v的步進掃描，每步進0.1v就控制顯微鏡拍一張照片，從而獲取一系列照片；

(3)電腦端利用一種改進的基于灰度差分的清晰度評價函數，對像素I(x,y)的八領域做差值，對步驟(2)中獲取的每一張照片的周圍點進行判斷，從而獲取清晰度最高的一張照片；

(4)電腦端利用一種非線性濾波器中值濾波法，對步驟(3)中獲取的清晰度最高的一張照片進行去噪處理，接著進行圖像的校正處理，具體步驟為：

A、采用canny算子對照片的邊緣進行檢測，該方法使用兩個閾值檢測邊緣的強和弱值；

B、找到照片邊緣的直線；

C、根據直線方程求出步驟B中直線的斜率，并計算出直線與垂直線間的夾角，即為傾斜角，然后根據這個夾角對照片進行旋轉校正；

(5)將校正后的照片每一列的灰度值相加，以像素點的行作為橫軸，列的灰度值作為縱軸，運用軟件畫出的坐標圖；極值點即為朗奇光柵亮條紋位置，相鄰亮條紋的像素間隔即為朗奇光柵的大小，用電腦端的軟件對多條亮條紋進行處理，可以獲得經顯微物鏡所成像的大小，即y₃的平均值；

(6)將y₃代入下式中即可求得待測透鏡焦距f：