一种光学透镜焦距自动测试系统及自动测试方法与流程

本发明涉及光学透镜焦距测试技术领域，具体涉及一种光学透镜焦距自动测试系统及自动测试方法。

背景技术：

电润湿变焦液体透镜基于仿生技术，突破当前空间成像与测量技术瓶颈，完成大小视场可调、连续变焦成像等功能，且具有：可变焦，大范围清晰成像；单一镜片，成本低；结构简单，占用空间小；抗冲击性能高；电场控制，反应迅速；无活动部件，可靠性高等优点。

透镜焦距是反映光学系统和透镜特性的一个重要参数，因此对于透镜的测量也显得尤为重要，选择一种恰当的行之有效的测量方法成为测量透镜性能的关键所在。液体透镜焦距随电压变化而变化，焦距变化区间大，传统焦距仪难以满足焦距测量区间要求；采用高速摄影拍摄液透镜界面轮廓获取焦距的方法只能针对镜体本身透明的情况，无法适用当前大部分液透镜产品。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种光学透镜焦距自动测试系统及自动测试方法，克服了现有焦距仪量程小以及高速摄影拍摄界面轮廓方法适用局限性等不足，本发明的量程大、精度高，能够实现自动化测量的。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种光学透镜焦距自动测试系统，用于对待测光学透镜进行焦距测试，其特点是，该焦距自动测试系统包含：

底座支架子系统及沿其长度方向上依次设置的光源子系统及成像子系统；

所述的待测光学透镜设置在所述的光源子系统及成像子系统之间，并设置在所述的底座支架子系统上；

一数据采集显示子系统，与所述的成像子系统通信连接；

一驱动电源子系统，驱动所述的待测光学透镜进行变焦，并与所述的数据采集显示子系统通信连接；

一步进电机子系统，驱动所述的成像子系统，并与所述的数据采集显示子系统通信连接；

光源子系统发出经分划后的平行光束照射至待测光学透镜上，步进电机子系统驱动成像子系统移动，改变驱动电源子系统输出的电压值，以在成像子系统上形成一清晰图像，数据采集显示子系统对该图像进行解析获得该电压值对应的焦距值。

所述的光源子系统包含一提供照明的LED光源，一对照明进行分划的分划板及一提供平行光束的平行光管。

所述的分划板为朗奇光栅。

所述的成像子系统包含依次连接的光栅成像装置及相机成像装置，所述的光栅成像装置用于对朗奇光栅进行成像，所述的相机成像装置用于获取光栅成像，并得到朗奇光栅的光栅周期；所述的步进电机子系统包含一步进电机及一驱动控制器，所述的步进电机设置在所述的相机成像装置的下方，以驱动相机成像装置运动并带动光栅成像装置移动，所述的驱动控制器与数据采集显示子系统通信连接。

所述的数据采集显示子系统与驱动电源子系统之间、数据采集显示子系统与相机成像装置之间及数据采集显示子系统与驱动控制器之间均采用通信线缆连接。

所述的光栅成像装置为测量显微物镜。

所述的待测光学透镜为液体透镜及普通光学镜片中的一种。

所述的待测光学透镜通过一透镜夹持器与所述的底座支架子系统连接。

一种如上述的光学透镜焦距自动测试系统的自动测试方法，其特点是，包含以下步骤：

S1、初始化光学透镜焦距自动测试系统，并给光学透镜焦距自动测试系统上电；

S2、光源子系统发出经分划后的平行光束照射至待测光学透镜上；

S3、驱动控制器发送控制命令，步进电机子系统驱动成像子系统移动一预设距离长度；

S4、改变驱动电源子系统输出的电压值，成像子系统采用自动聚焦搜素算法获得最清晰的一帧图像；

S5、数据采集显示子系统根据最清晰的一帧图像，根据光栅物高与像高的比例关系，计算得出待测光学透镜的焦距值；

S6、判断步进电机子系统是否到达距离移动的极限位置；

若否，则返回步骤S3；

若是，则结束光学透镜焦距的自动测试。

所述的自动测试方法还包含一步骤S7；

S7、数据采集显示子系统根据驱动电源子系统输出的电压值与对应获得的焦距值的关系，绘制函数曲线图。

本发明一种光学透镜焦距自动测试系统及自动测试方法与现有技术相比具有以下优点：本发明基于放大率方法并结合机器视觉、自动控制装置等，能够显著提高测试效率和准确度；通过步进电机驱动成像子系统行进，然后通过改变电压来寻找清晰的图像，得到焦距与电压的关系，这样可以大大的提高测量的时间，同时由于电压可以控制得更精确，因而也会降低测量带来的误差。

附图说明

图1为本发明一种光学透镜焦距自动测试系统的整体结构示意图；

图2为正透镜焦距测量原理图；

图3是负透镜焦距测量原理图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，一种光学透镜焦距自动测试系统，用于对待测光学透镜101进行焦距测试，待测光学透镜101为液体透镜及普通光学镜片中的一种，该焦距自动测试系统包含：底座支架子系统102、光源子系统、成像子系统、数据采集显示子系统105、驱动电源子系统106、步进电机子系统，其中，光源子系统包含一提供照明的LED光源1031，一对照明进行分划的分划板1032及一提供平行光束的平行光管1033；成像子系统包含光栅成像装置1041及相机成像装置1042；步进电机子系统包含一步进电机1071及一驱动控制器1072。

如图1所示，光源子系统及成像子系统沿所述的底座支架子系统102的长度方向设置，待测光学透镜101设置在所述的光源子系统与成像子系统之间，并设置在所述的底座支架子系统102上；数据采集显示子系统105分别与驱动电源子系统106及驱动控制器1072通信连接，驱动电源子系统106用于驱动所述的待测光学透镜101进行变焦，步进电机1071设置在所述的相机成像装置1042的下方，以驱动相机成像装置1042运动并带动光栅成像装置1041移动；所述的光栅成像装置1041用于对朗奇光栅2022进行成像，所述的相机成像装置1042用于获取光栅成像，并得到朗奇光栅的光栅周期。

在本实施例中，较佳地，分划板2022采用朗奇光栅，光栅成像装置1041采用测量显微物镜，待测光学透镜101通过一透镜夹持器与所述的底座支架子系统102连接，驱动电源子系统106由函数发生器、高压放大器组成，为待测光学透镜101提供驱动电压，通过程序控制函数发生器的输出波形参数，并用示波器实时监测高压放大器的电压，得到用于驱动待测光学透镜101的精确电压值；优选地，数据采集显示子系统105与驱动电源子系统106之间、数据采集显示子系统105与相机成像装置1042之间及数据采集显示子系统105与驱动控制器1072之间均采用通信线缆108连接。

本发明的工作原理，如图2及图3所示，其中，图2为正透镜焦距测量原理图，图3是负透镜焦距测量原理图；图2中主要包含平行光管201、被测透镜202及测量显微物镜203；图3中主要包含平行光管301、被测透镜302及测量显微物镜303。根据几何光学可知：

其中，y′表示像高，y表示物高，f′表示待测透镜焦距，f₀′表示测量装置系统焦距；

由式(1)可得：

本发明测量透镜的焦距时，焦距计算公式为：

测量时将被测透镜装在透镜夹持器上，光栅分划刻线经平行光管、被测透镜和显微物镜后成像在相机焦面上，通过测出分划板上像的大小，即可求出被测透镜的焦距。通过图像处理得到朗奇光栅像的光栅周期，即可得到像高与物高之间的比例，利用公式(3)就可以得到待测光学透镜的焦距值。

结合上述的光学透镜焦距自动测试系统，本发明还公开了一种自动测试方法，包含以下步骤：

S1、初始化光学透镜焦距自动测试系统，并给光学透镜焦距自动测试系统上电；

S2、光源子系统发出经分划后的平行光束照射至待测光学透镜上；

S3、驱动控制器发送控制命令，步进电机子系统驱动成像子系统移动一预设距离长度；

S4、改变驱动电源子系统输出的电压值，成像子系统采用自动聚焦搜素算法获得最清晰的一帧图像；

S5、数据采集显示子系统根据最清晰的一帧图像，根据光栅物高与像高的比例关系，计算得出待测光学透镜的焦距值；

S6、判断步进电机子系统是否到达距离移动的极限位置；

若否，则返回步骤S3；

若是，则结束光学透镜焦距的自动测试；

S7、数据采集显示子系统根据驱动电源子系统输出的电压值与对应获得的焦距值的关系，绘制函数曲线图。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。