[發明專利]基于差動共焦探測具有抗噪能力的高精度自動對焦方法及裝置

有效

• 申請號: 202110082908.1
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112904526B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 周國尊;匡翠方;劉旭;李海峰
• 申請（專利權）人: 浙江大學;之江實驗室
• 主分類號: G02B7/28
• 分類號: G02B7/28;G02B7/40
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 周新楣

1.一種基于差動共焦探測具有抗噪能力的高精度自動對焦方法，其特征在于，包括：

產生準直的對焦光束，經由凹透鏡和電控變焦透鏡組成的透鏡組，與光學系統的工作光束合束；

對焦光束聚焦于對焦對象中，在物鏡后焦面形成對焦光斑；

對焦光束經對焦對象中的對焦平面反射，由原光路返回，再由分束鏡反射入差分共焦探測機構進行光強測量；

在測量過程中，對電控變焦透鏡偏置高頻周期性變化信號，將差分共焦探測機構測量到的靜態差分信號轉換為具有抗噪性能的動態差動信號；

根據差動信號變化，產生控制運動機構的反饋調整信號，自動補償離焦量，實現自動對焦。

2.如權利要求1所述的高精度自動對焦方法，其特征在于，使用發散度高頻周期性變化的光束作為對焦光束。

3.如權利要求1所述的高精度自動對焦方法，其特征在于，通過探測光強差動信號產生對焦控制信號。

4.一種基于差動共焦探測具有抗噪能力的高精度自動對焦裝置，其特征在于，包括：

激光光源，用于產生準直的對焦光束；

分束鏡，用于分離反射的對焦光束；

電控調焦裝置，用于周期性改變系統的光焦度，使對焦光束的聚焦光斑軸向位置在物鏡焦面附近周期性離焦波動；

合束聚焦系統，用于將對焦光束與所應用的光學系統的工作光束合束，并將對焦光束聚焦為在物鏡后焦面附近的對焦光斑；

差動共焦探測裝置，用于對對焦光斑共焦成像并對其平均強度信號進行差動探測；

反饋運動機構，用于將探測到的差動光強信號的平均值轉化為相應的反饋信號，并根據信號驅動運動機構，帶動對焦對象移動，完成自動對焦。

5.如權利要求4所述的高精度自動對焦裝置，其特征在于，使用電控變焦透鏡使系統的光焦度周期性變化。

6.如權利要求4所述的高精度自動對焦裝置，其特征在于，所述激光光源的波長與所應用的光學系統的工作光束波長不同。

7.如權利要求4所述的高精度自動對焦裝置，其特征在于，所述電控調焦裝置由凹透鏡與電控變焦透鏡組成；其中，凹透鏡的出射光束為發散光束；在對電控變焦透鏡設置特定恒定偏壓后，發散光束通過電控變焦透鏡轉化為平行光束，準直出射。

8.如權利要求4所述的高精度自動對焦裝置，其特征在于，所述合束聚焦系統由二向色鏡、第一凸透鏡、場鏡和物鏡組成；

所述二向色鏡反射對焦光束、透射光學系統工作光束，通過二向色鏡將對焦光束與光學系統工作光束合束；

所述第一凸透鏡、場鏡與物鏡由所應用的光學系統與自動對焦裝置共用，第一凸透鏡與場鏡共焦放置，場鏡與物鏡將第一凸透鏡后焦面的聚焦光斑成像于物鏡的后焦面上，并在對焦對象的對焦平面上發生反射，產生對焦光斑。

9.如權利要求4所述的高精度自動對焦裝置，其特征在于，所述差動共焦探測裝置包括：第二分束鏡、第二凸透鏡、第一小孔、第一光電探測器、第三凸透鏡、第二小孔和第二光電探測器；

所述第二分束鏡將反射回的對焦光束等能量分束，其反射光束通過第二凸透鏡聚焦，經第一小孔，入射到第一光電探測器中，其透射光束通過第三凸透鏡聚焦，經第二小孔，入射到第二光電探測器中；

所述第二凸透鏡與第三凸透鏡焦距相同，第一小孔與第二小孔孔徑相同；第一小孔置于第二凸透鏡的后焦面后方，第二小孔置于第三凸透鏡的后焦面前方；第一光電探測器緊貼第一小孔放置，第二光電探測器緊貼第二小孔放置。

10.如權利要求4所述的高精度自動對焦裝置，其特征在于，所述反饋運動機構由壓電平臺實現，壓電平臺具有高精度軸向平移調節能力。