[发明专利]一种无机械运动的透镜焦距测试方法

说明书

本发明提出一种无机械运动的透镜焦距测试方法，朗奇光栅经平行光管在待测透镜的焦平面成像，所成的像再经电控变焦透成像，最后透过显微物镜在CCD相机上获取最清晰的照片。计算该照片的大小，用公式计算得到待测透镜的焦距；本发明无需机械运动可实现透镜焦距的自动检测，还具有检测方便、精度高、测试范围宽、成本低的特点。

技术领域

本发明涉及一种无机械运动的透镜焦距测试方法，属于光电检测的技术领域。

背景技术

透镜是一种应用非常广泛的光学器件，应用于各种各样的光学系统，透镜的焦距是其主要的光学参数。透镜的焦距是否精确直接影响光学系统的性能，因此，许多应用都需要对其焦距进行精确地测量。

在传统的焦距测量中，用放大率法测量透镜或光学系统的焦距，使用带显微镜的目镜测微器读取玻罗板像的间距。因为目镜测微器自身结构的复杂性，在测量过程中旋转微手轮时容易造成成像不稳定，导致回旋误差，而且由于仅依靠操作员主观判断，对操作者要求较高，同时具有较大的人为误差。目前将图像测量技术应用到透镜焦距测量中，能实现自动判读和测量，极大地提高了测量效率和测量精度，并避免了人为误差。但放大率法测量透镜或光学系统的焦距仍然存在的问题有：

(1)CCD获得清晰的像是测量玻罗板像的间距大小的前提，必须经过精密移动显微拍摄系统的位置才能获得清晰的像，焦距测量的范围越大，机械移动的距离越远，且在整个移动范围内都要保证在系统的光轴上。若要实现自动测量，就需要高精度的步进电机，而高精度大范围的机械运动可控系统价格较高，会增加测试系统的成本，而且增加了系统的调节难度。

(2)目前采用的玻罗板为三対刻线，在调节过程中易于跑出视场，且测量精度不够高。

发明内容

本发明的目的在于用无机械运动的透镜焦距测试方法解决现有透镜焦距测试装置调节困难、测议精度低、成本高等问题，用本发明所述的测试方法可快速、准确自动检测透镜焦距，检测方便、精度高、测试范围宽、成本低。

一种无机械运动的透镜焦距测试方法，包括以下步骤：

(1)将LED光源、朗奇光栅、平行光管、待测透镜、电控变焦透镜和显微镜依次设置在测试平台上，使朗奇光栅、平行光管、待测透镜、电控变焦透镜和显微镜依次设置在LED光源的出射光路上；

(2)通过电脑端控制函数发生器，从而控制高压放大器施加在电控变焦透镜上的电压，示波器对施加在电控变焦透镜上的电压进行扫描，对电压设置0.1v的步进扫描，每步进0.1v就控制显微镜拍一张照片，从而获取一系列照片；

(3)电脑端利用一种改进的基于灰度差分的清晰度评价函数，对像素I(x,y)的八领域做差值，对步骤(2)中获取的每一张照片的周围点进行判断，从而获取清晰度最高的一张照片；

(4)电脑端利用一种非线性滤波器中值滤波法，对步骤(3)中获取的清晰度最高的一张照片进行去噪处理，接着进行图像的校正处理，具体步骤为：

A、采用canny算子对照片的边缘进行检测，该方法使用两个阈值检测边缘的强和弱值；

B、找到照片边缘的直线；

C、根据直线方程求出步骤B中直线的斜率，并计算出直线与垂直线间的夹角，即为倾斜角，然后根据这个夹角对照片进行旋转校正；

(5)将校正后的照片每一列的灰度值相加，以像素点的行作为横轴，列的灰度值作为纵轴，运用软件画出的坐标图；极值点即为朗奇光栅亮条纹位置，相邻亮条纹的像素间隔即为朗奇光栅的大小，用电脑端的软件对多条亮条纹进行处理，可以获得经显微物镜所成像的大小，即y₃的平均值；

(6)将y₃代入下式中即可求得待测透镜焦距f：