[發(fā)明專利]一種自聚焦透鏡的數(shù)值孔徑測(cè)量裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910944508.X
• 申請(qǐng)日: 2019-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN110686871B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邢春蕾;許峰;鄒快盛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M11/02
• 分類號(hào): G01M11/02
• 代理公司: 深圳市道臻知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44360
• 代理人: 陳琳

本發(fā)明涉及自聚焦透鏡領(lǐng)域，具體涉及一種自聚焦透鏡的數(shù)值孔徑測(cè)量裝置及方法。一種自聚焦透鏡的數(shù)值孔徑測(cè)量裝置，包括相機(jī)、顯微物鏡、自聚焦透鏡和導(dǎo)光單元，以及帶動(dòng)導(dǎo)光單元平移的平移臺(tái)，以及與相機(jī)連接的處理單元，所述導(dǎo)光單元上設(shè)有條形圖。本發(fā)明的有益效果在于，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過提供一種操作簡(jiǎn)單、測(cè)試快速、自動(dòng)計(jì)算、結(jié)果準(zhǔn)確客觀的自聚焦透鏡的數(shù)值孔徑測(cè)量裝置及方法，基于計(jì)算機(jī)處理器對(duì)圖像數(shù)據(jù)的處理，實(shí)現(xiàn)了高精度的自聚焦透鏡數(shù)值孔徑測(cè)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及自聚焦透鏡領(lǐng)域，具體涉及一種自聚焦透鏡的數(shù)值孔徑測(cè)量裝置及方法。

背景技術(shù)

自聚焦透鏡材料又稱為梯度變折射率材料，是指其折射率分布是沿徑向漸變的柱狀光學(xué)透鏡。自聚焦透鏡體積小，重量輕，具有聚焦和準(zhǔn)直作用，其耦合效率高。由于自聚焦透鏡內(nèi)的折射率變化可以調(diào)節(jié)，當(dāng)它用于復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，可以減少系統(tǒng)中光學(xué)元件的數(shù)量，在某些場(chǎng)合可以代替非球面光學(xué)元件。此外，這種光學(xué)元件的幾何形狀簡(jiǎn)單，容易進(jìn)行光學(xué)加工，且使用這種光學(xué)元件的系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。

同時(shí)，自聚焦透鏡由于其特點(diǎn)在集成光學(xué)領(lǐng)域如微型光學(xué)系統(tǒng)、醫(yī)用光學(xué)儀器、光學(xué)復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、掃描儀等設(shè)備有著廣泛的應(yīng)用。

其中，數(shù)值孔徑是確定光學(xué)系統(tǒng)會(huì)聚光功率的重要物理量，其定義是在物空間中半孔徑角的正弦值乘以物空間的折射率。自聚焦透鏡數(shù)值孔徑表征了自聚焦透鏡端面接收光的能力，是自聚焦透鏡的重要參數(shù)。

但是，現(xiàn)有現(xiàn)有檢測(cè)自聚焦透鏡數(shù)值孔徑的方法具有測(cè)試速度慢、操作復(fù)雜、依靠人工等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種自聚焦透鏡的數(shù)值孔徑測(cè)量裝置及方法，解決測(cè)試速度慢、操作復(fù)雜、依靠人工等問題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種自聚焦透鏡的數(shù)值孔徑測(cè)量裝置，包括相機(jī)、顯微物鏡、自聚焦透鏡和導(dǎo)光單元，以及帶動(dòng)導(dǎo)光單元平移的平移臺(tái)，以及與相機(jī)連接的處理單元，所述導(dǎo)光單元上設(shè)有條形圖；其中，所述相機(jī)、顯微物鏡和自聚焦透鏡共光軸設(shè)置；所述條形圖通過菲林片制作并形成透光間隙；所述導(dǎo)光單元的光從條形圖的透光間隙透出并到達(dá)自聚焦透鏡，再經(jīng)過顯微物鏡入射至相機(jī)；所述處理單元獲取通過平移臺(tái)平移距離D所形成的兩張圖像，并得到每一圖像所對(duì)應(yīng)的充滿自聚焦透鏡視場(chǎng)的物面高度，再結(jié)合距離D和兩個(gè)物面高度，獲取自聚焦透鏡的數(shù)值孔徑。

其中，較佳方案是：所述平移臺(tái)包括一光柵尺，所述平移臺(tái)沿著光柵尺的方向平移。

其中，較佳方案是：所述導(dǎo)光單元包括導(dǎo)光板以及設(shè)置在導(dǎo)光板上的測(cè)光源，所述條形圖設(shè)置在導(dǎo)光板上，所述測(cè)光源發(fā)光至導(dǎo)光板，并均勻照射至條形圖。

其中，較佳方案是：所述條形圖為矩形圖，并間隔設(shè)置有多個(gè)透光間隙。

其中，較佳方案是：所述自聚焦透鏡為1/4周期長(zhǎng)，且其焦點(diǎn)在端面上。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種自聚焦透鏡的數(shù)值孔徑測(cè)量方法，所述數(shù)值孔徑測(cè)量方法應(yīng)用于所述的數(shù)值孔徑測(cè)量裝置，其步驟包括：平移臺(tái)平移距離D，并通過相機(jī)獲取平移前后的兩幅圖像；得到每一圖像所對(duì)應(yīng)的充滿自聚焦透鏡視場(chǎng)的物面高度；結(jié)合距離D和兩個(gè)物面高度，獲取自聚焦透鏡的數(shù)值孔徑。

其中，較佳方案是，所述得到每一圖像所對(duì)應(yīng)的充滿自聚焦透鏡視場(chǎng)的物面高度的步驟包括：提取圖像感興趣區(qū)域，獲取感興趣區(qū)域的中心截線上個(gè)像素點(diǎn)的灰度信息，以及獲取感興趣區(qū)域的中心截線的兩個(gè)邊緣點(diǎn)的位置信息；根據(jù)灰度信息確定中心截線上的N個(gè)有效峰值的位置信息，并獲取對(duì)應(yīng)的位置信息的擬合曲線并且外插峰值點(diǎn)；將邊緣點(diǎn)的位置信息回代擬合曲線以得到上邊緣和下邊緣的長(zhǎng)度；將視場(chǎng)縱向占據(jù)的N-1個(gè)矩形的高度加上上邊緣和下邊緣的長(zhǎng)度，得到每一圖像所對(duì)應(yīng)的充滿自聚焦透鏡視場(chǎng)的物面高度。