[实用新型]一种无机械运动的透镜焦距测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种无机械运动的透镜焦距测试装置，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。

实用新型内容

本实用新型的目的在于用无机械运动的透镜焦距测试装置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，用本实用新型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装置，包括：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LED光源的出射光路上；所述电控变焦透镜上连接高压放大器，高压放大器通过函数发生器连接至电脑端，在电脑端操作函数发生器为高压放大器提供不同的驱动信号，从而驱动电控变焦透镜的焦距连续可调；高压放大器与示波器连接，在示波器上检测高压放大器输出的波形；显微镜连接至电脑端，电脑端安装有自动扫描示波器上的电压波形、从而获得高压放大器上驱动电压的软件，及对显微镜所成图像进行处理的软件。

将函数发生器连接高压放大器以便获取足够的变焦透镜驱动电压，再将从高压放大器输出的波形在示波器上进行检测，将函数发生器和高压放大器通过USB接口连接到PC可以通过软件实现电压的自动扫描。将CCD相机通过USB接口与PC相连，可以实现用软件对图像进行处理。通过图像测量技术测得显微镜成像的大小，得到像物之比，进而得到待测透镜焦距，而无需知道电控变焦透镜焦距的具体值。

优选地，高压放大器输出电压范围为0-200伏。高压放大器用于驱动电控变焦透镜，以实现电控变焦透镜的焦距连续可调，无需机械运动就可实现从负焦到正焦的透镜焦距的测试。

朗奇光栅起到了分划板的作用，朗奇光栅具有均匀的条纹分布，刻线不易跑出视场，调节适应性强，而且能够大大提高测量的精度。

电脑端对显微镜所成图像进行的处理包括：基于灰度差分的清晰度评价函数得出了一张最清晰照片；利用非线性滤波器中值滤波法对获取的最清晰照片进行去噪和校正；计算经去噪和校正后的最清晰照片的大小。

基于灰度差分的清晰度评价函数为

其中：

G₁＝|I(x,y)-I(x+1,y)|+|I(x,y)-I(x,y-1)|

G₂＝|I(x,y)-I(x,y-1)|+|I(x,y)-I(x-1,y)|

G₃＝|I(x,y)-I(x-1,y-1)|+|I(x,y)-I(x-1,y+1)|

G₄＝|I(x,y)-I(x+1,y-1)|+|I(x,y)-I(x+1,y+1)|

式中：I(x,y)为聚焦位置的灰度值，I(x+1,y)、I(x,y-1)、I(x,y+1)、I(x-1,y)、I(x-1,y-1)、I(x-1,y+1)、I(x+1,y-1)、I(x+1,y+1)分别为与I(x,y)相邻的周围8个像素点的灰度值。G₁、G₂、G₃、G₄分别为I(x,y)与周围两个像素点的灰度差分绝对值之和。

本实用新型的技术效果：