算机 16控制的压电陶瓷驱动器驱动，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，并控制压电陶瓷驱动器的运动状态。
[0041] 实施例：
[0042] 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，采用本实用新型的基于图像功率谱的双光 栅同轴检焦装置进行测量。
[0043] 所述的第一光栅板7为占空比为50%的相位型线光栅，如附图3所示，周期为100 微米；所述的第二光栅板11为占空比为50%的相位型线光栅，如附图4所示，周期为20微 米；所述的第一光栅板7和所述的第二光栅板11平行放置；第一光栅板7和第二光栅板11 的透过率函数分别是：
[0044]
[0045]
[0046] 其中，BjPBm都是傅里叶系数，pi和p2分别是第一光栅板7和第二光栅板11的 周期。
[0047] 一种基于图像功率谱的双光栅同轴检焦方法，实现步骤如下：
[0048] (1)将被测光学系统10固定在光学系统固定架9上；
[0049] (2)首先对探测模块17进行光瞳坐标标定，建立光瞳坐标与(XD13笛卡尔坐标系 的映射关系；
[0050] (3)调整光源1、准直透镜2、第一聚焦透镜3、毛玻璃4、反射镜5和第二聚焦透镜 6的位置，使第二聚焦透镜6的出射光均匀稳定；
[0051] (4)将第一光栅板7安装在第一位移平台8上，通过计算机16控制压电陶瓷驱动 器使第一位移平台8移动到设定的物方视场点位置；
[0052] (5)将标定好的探测模块17安装在被测光学系统10的像面一侧，调整第二位移平 台9对第二光栅板11进行对准与调平；
[0053] (6)通过计算机16控制第二位移平台12,将第二光栅板11移动到被测光学系统 像面附近，利用基于LabVIEW的光场强度检测与检焦控制系统软件，对CCD13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；
[0054] (7)LabVIEW软件编写的光场强度检测与检焦控制软件自动控制第二位移平台 12,使第二位移平台12沿第二光轴19方向移动，当数据处理分析第二光栅板11达到焦点 位置时，在计算机16上显示、标记并存储相关数据，从而达到自动检焦功能。
[0055] 本实用新型的光场强度检测与检焦控制的一个实施例如附图5和附图6所示。双 光栅干涉仪检测时，CCD上干涉图案的特点是，当第二光栅板11位于焦点位置时，CCD探测 的干涉图为光强均匀的圆形光斑，如附图6的情形。而当第二光栅板11受到第二位移平 台12沿着第二光轴19移动时，当偏离焦点位置时，就会出现干涉条纹。第二光栅板11在 焦点左侧和右侧时CCD探测到的图案分别如附图5和附图7。CCD13上的条纹图形信号实 时通过串口传输数据到计算机16,利用LabVIEW软件编写光场强度检测与检焦控制系统软 件，对干涉条纹图进行傅里叶变换，并求得功率谱，显示当前功率谱，并绘制成二维图形，如 附图8~10曲线图所示。
[0056] 所述的基于LabVIEW的光场强度检测与检焦控制系统的系统框图如附图6所示， 系统在初始化后，通过计算机16控制第二位移平台12,将第二光栅板11沿第二光轴19向 靠近被测光学系统10 -侧移动1微米，?（XD13采集干涉条纹图，并通过数据输入总线14 将数据上传至计算机，计算机对干涉图数据进行处理求得功率谱，图像的功率谱为
[0057] |F(u，v) |2=F(u，v) ?F*(u，v)，
[0058] 其中，F(u，v)为图像的傅里叶变换式。功率谱是图像的重要特征，它的大小反映 了图像各个空间频率的强度。为方便不同图像的功率谱的比较，将图像的二维功率谱转换 成一维的功率谱为
[0059]
[0060] 其中，np为半径大小坐标点个数，n2图像灰度平均值的平方，为N2表示图像总像 素数。然后绘制功率谱图并实时显示，对所获得的功率谱进行分析判断，如果符合焦点处特 征则判定目前第二光栅板11的位置就是焦点位置。如果不符合焦点处功率谱密度特征，则 通过计算机16控制第二位移平台12,将第二光栅板11沿第二光轴再次移动1微米，重复上 述过程直到结束。利用LabVIEW软件编写的具有人机交换界面的光场强度分析软件，将所 有的判定结果进行处理分析，标记焦点位置，并将整个控制过程中干涉图的功率谱绘制成 二维图形显示出来。
[0061] 本技术领域中的普通技术人员应该认识到，以上实施例仅是用来说明本实用新 型，而并非作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实 施例的变化和变形，都属于本实用新型权利要求书的范围之内。
【主权项】
1. 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、探测模块和电源模块组成，其特征 在于：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)、CCD(13);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CCD(13)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； 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； 所述的计算机（16)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，并控制压电陶瓷驱动 器的运动状态。
【专利摘要】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，装置结构包括光源、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和计算机；利用基于LabVIEW的光场强度检测与检焦控制系统软件，对CCD采集的条纹图进行数据处理，计算功率谱，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，从而达到自动检焦功能。本实用新型检测速度快、精度高；结构简单，便于操作；软件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。
【IPC分类】G01M11/02
【公开号】CN204666338
【申请号】CN201520207339
【发明人】赵传华, 赵凌宇, 何志勇
【申请人】泰山医学院
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年4月2日