一种基于LabVIEW的双光栅同轴检焦装置和检焦方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光学系统的自动检焦装置，特别是涉及一种基于LabVIEW的双光 栅同轴检焦装置和检焦方法。
【背景技术】
[0002] 生物医学光子学是利用光子来研究生命现象的科学，它是光子学和生命科学相互 交叉、互相渗透而产生的边缘学科。生物医学光子学主要研究分子水平上的细胞功能和结 构，其在医学中的应用主要是通过检测人体组织与血液参数，探索组织结构与功能的变化， 进而实现宏观和微观水平疾病无损探测、诊断和治疗。比如在人眼视网膜的在体成像中，采 用自适应光学技术实时补偿人眼光学系统像差，可以获得视觉细胞和眼底微血管的高分辨 率图像，从而可以通过这些图像分析患者病变。或者在目前结核杆菌自动检测领域，对光学 显微镜的聚焦系统提出很高的要求，在设计初期，光学显微镜镜头的焦距等数据的准确性 非常关键。作为生物医学光子学中的核心设备，光学系统的检测精度对检测结果其决定性 作用。在高精度的生物医学光学检测系统中，对光学系统的检焦装置提出微米量级的精度 检测要求。
[0003]目前高精度的光学系统检焦装置通常采用离轴式方法，当被测光学系统数值孔径 或尺寸较小时，很难进行较好的检焦。现有的检焦装置主要应用于1C制造业中光学系统检 焦中，成本昂贵，操作复杂，不适用于生物医学光学系统的焦点检测中。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供了一种基于LabVIEW的双光栅同轴检焦装置，具有高精度和 实时检测等优点。
[0005] 本发明的技术解决方案如下：一种基于LabVIEW的双光栅同轴检焦装置，主要由 基于LabVIEW的光场强度检测与检焦控制系统、位移平台系统、双光栅系统、被测系统、探 测模块和电源等模块组成，其特征在于：从光束入射方向依次包括光源、准直透镜、第一聚 焦透镜、毛玻璃、反射镜、第二聚焦透镜、第一光栅板、第二光栅、CCD;所述的第一光栅板置 于第一位移平台上，并位于被测光学系统的物面上；所述的第二光栅置于第二位移平台上， 并位于被测光学系统的像方平面上；所述的CCD位于第二光栅板的后方，并通过数据接收 总线与计算机相连。
[0006] 所述的光源为He-Ne激光器；
[0007] 所述的反射镜放置成与第一光轴呈45度角，并与第二光轴也呈45度角；
[0008] 所述的第一光栅板为占空比为50%的相位型线光栅，周期为pi;
[0009] 所述的被测光学系统在检测时，被固定在光学系统固定架上；
[0010] 所述的第二光栅板为占空比为50%的相位型线光栅，周期为p2; toon] 所述的第一光栅板与所述的第二光栅板平行放置；
[0012] 所述的第一位移平台通过数据输出总线与计算机相连，受到计算机控制的压电陶 瓷驱动器（PZT)驱动，能实现微米级二维微动，用来将第一光栅板移入被测光学系统的物 面；
[0013] 所述的第二位移平台通过数据输出总线与计算机相连，受到计算机控制的压电陶 瓷驱动器（ΡΖΤ)驱动，能实现微米级二维微动，用来将第二光栅板移入被测光学系统的像 面；
[0014] 所述的计算机安装了基于LabVIEW的光场强度检测与检焦控制系统软件，用于测 量过程控制，测量数据存储，对CCD采集的干涉条纹进行处理与分析，并对控制压电陶瓷驱 动器（PZT)的运动状态。
[0015] -种基于LabVIEW的双光栅同轴检焦方法，实现步骤如下：
[0016] (1)将被测光学系统固定在光学系统固定架上；
[0017] (2)首先对探测模块进行光瞳坐标标定，建立光瞳坐标与C⑶笛卡尔坐标系的映 射关系；
[0018] (3)调整光源、准直透镜、第一聚焦透镜、毛玻璃、反射镜和第二聚焦透镜的位置， 使第二聚焦透镜的出射光均匀稳定；
[0019] (4)将第一光栅板安装在第一位移平台上，通过计算机控制压电陶瓷驱动器使第 一位移平台移动到设定的物方视场点位置；
[0020] (5)将标定好的探测模块安装在被测光学系统的像面一侧，调整第二位移平台对 第二光栅板进行对准与调平；
[0021] (6)通过计算机控制第二位移平台，将第二光栅板移动到被测光学系统像面附近， 利用LabVIEW软件编写的光场强度检测与检焦控制软件，对CCD采集的干涉条纹图进行一 定的数据处理，计算当前干涉条纹的功率谱，并显示当前功率谱分布图；
[0022] (7)基于LabVIEW的光场强度检测与检焦控制系统软件自动控制第二位移平台， 使第二位移平台沿第二光轴方向移动，当数据处理分析第二光栅板达到焦点位置时，在计 算机上显示、标记并存储相关数据，从而实现被测光学系统的自动检焦。
[0023] 本发明与现有技术相比的优势在于：
[0024](1)本发明采用了基于图像处理的自动检焦方法直接根据获取的图像分析出条纹 数，检测速度快、精度高；
[0025] (2)本发明的同轴检焦方法结构简单，成本低，便于操作；
[0026] (3)本发明基于LabVIEW的光场强度检测与检焦控制系统可以实时显示当前检测 的数据的功率谱，并绘制相应的动态曲线，便于数据保存和拓展应用。
【附图说明】
[0027] 图1为基于LabVIEW的双光栅同轴检焦装置组成示意图。
[0028] 图2为双光栅同轴检焦装置结构图。
[0029] 图3为第一光栅板不意图；
[0030] 图4为第二光栅板示意图；
[0031] 图5为(XD采集的条纹示意图；
[0032] 图6为系统程序控制流程图。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
[0034] 由图2看出基于LabVIEW的双光栅同轴检焦装置结构包括：从光束入射方向依次 包括光源1、准直透镜2、第一聚焦透镜3、毛玻璃4、反射镜5、第二聚焦透镜6、第一光栅板 7、第二光栅11、（XD13 ;所述的第一光栅板7置于第一位移平台8上，并位于被测光学系统 10的物面上；所述的第二光栅11置于第二位移平台12上，并位于被测光学系统10的像方 平面上；所述的CCD13位于第二光栅板11的后方，并通过数据接收总线14与计算机16相 连。
[0035] 所述的光源1为He-Ne激光器；所述的反射镜5放置成与第一光轴18呈45度角， 并与第二光轴19也呈45度角；所述的第一位移平台8通过数据输出总线15与计算机16相 连，受到计算机16控制的压电陶瓷驱动器（PZT)驱动，能实现微米级二维微动，用来将第一 光栅板7移入被测光学系统10的物面；所述的被测光学系统10在检测时，被固定在光学系 统固定架9上；所述的第二位移平台12通过数据输出总线15与计算机16相连，受到计算 机16控制的压电陶瓷驱动器（PZT)驱动，能实现微米级二维微动，用来将第二光栅板12移 入被测光学系统10的像面；所述的计算机16用于测量过程控制，测量数据存储，对CCD13 采集的干涉条纹进行处理与分析，并对控制压电陶瓷驱动器（PZT)的运动状态。
[0036] 实施例：
[0037] 在目前结核杆菌自动检测领域，对光学显微镜的聚焦系统提出很高的要求，在设 计初期，光学显微镜镜头的焦长等数据的准确性非常关键。因此，以数值孔径为1. 25、放大 倍率为10X的光学显微镜镜头为被测光学系统，采用本发明的基于图像功率谱的双光栅同 轴检焦装置进行测量。
[0038] 所述的