CN103307972A - 一种光学成像位置检测方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种光学成像位置检测方法及其装置，其包括主镜头、固定平台和滚筒，镜头上有辅助光路组件，辅助光路组件发出的辅助测量光束与滚筒焦点切平面平行，并聚焦在成像光束的焦点上；平台上有光电池，接收辅助光路组件发出的辅助测量光束的光能量，光电池的尺寸满足焦距伺服的动态范围；光电池连接有偏置电路。本发明由于采用聚焦测量光束直接探测滚筒像面的位置，因此具有极高的探测灵敏度。实验结果表明，在高速动态跟踪状态下，焦距误差为亚μm级，完全可以满足直接制版机对焦距的跟踪精度要求。

Description

一种光学成像位置检测方法及其装置

技术领域

本发明属于滚筒类的扫描成像设备，如光学绘图机，激光照排机，直接制版机的光学成像系统，用于成像面的位置检测。

背景技术

在滚筒类扫描成像设备中，一般需要将激光束汇聚成与分辨率匹配的点。例如在光学绘图机中，分辨率可高达20000DPI(每英寸20000点)，此时成像点距只有1.27μm，像点直径应在1.8μm左右。这时需要采用大数值孔镜的制版镜头以提高成像分辨率。另外，在直接制版机中，需要透镜汇聚相当高的激光能量，这时也需要采用大数值孔径的制版镜头。

大数值孔径的制版镜头无一例外都只有很短的焦深。例如在直接制版机中像方数值孔径一般在0.5-0.55之间，此时的焦深只有1-2μm，这对焦距的调整和成像过程焦距的保持都提出了极高的要求。

在滚筒成像扫描结构中，无论滚筒表面的圆柱度、轴承回转误差，还是扫描平台导轨的直线度，都很难达到这样的精度等级。因此，在光学绘图机和直接制版机中尤其有必要采用自动对焦，或焦距自动跟踪随动系统，简称“焦距伺服”。

在焦距伺服系统中，最重要的是对像面的检测。检测像面的方案有多种，有基于图像分析的，有气浮的，有用辅助光束做三角测距的。这其中有的因结构和原理原因不能用于直接制版镜头，有的动态响应不够，也有的测距精度不理想。例如有采用辅助光束三角测距法，其除了光学结构复杂外，测距精度为5μm，也不够理想。

发明内容

本发明提出的像面测量方案，是基于滚筒成像面是弧面这一结构特点，采用一辅助测量激光束，沿滚筒像面焦点的切线直接探测像平面的位置。辅助测量激光束与成像激光一般具有不同的波长，如热敏成像采用830nm波长，此时辅助激光束采用650nm的波长，并且两者能量相差极大，不会导致版材感光。辅测测量光束可以采用窄束的准直平行光束，也可以采用聚焦光束，后者具有窄的动态范围和高的探测灵敏度。

具体的技术方案为：

一种光学成像位置检测方法，其有一辅助测量激光束，所述辅助测量激光束与成像激光具有不同的波长，并且两者能量相差极大；

所述辅助测量激光束与滚筒焦点切平面平行，并聚焦在成像光束的焦点上；

所述辅助测量激光束对应位置处有光电池，所述光电池连接有偏置电路，在镜头随动平衡状态所述光电池应只接收到所述辅助测量激光束的部分能量，这个值Ip由所述偏置电路调整转换；

偏置电流为Ib，所述辅助测量激光束转换电流为Ip，

若Ip＝Ib，焦距伺服处于动态平衡状态，主焦距是正确的；

若Ip＞Ib，主焦距远离焦，伺服电路将通过马达推动镜头2左移随动；

若Ip＜Ib，主焦距近离焦，伺服电路将通过马达推动镜头2右移随动。

辅助测量激光束的一种优选方案为：所述辅助测量激光束为窄束的准直平行光束。

辅助测量激光束的另一种优选方案为：所述辅助测量激光束为聚焦光束。

在镜头随动平衡状态所述光电池应只接收到所述辅助测量激光束的一半能量。

一种光学成像位置检测装置，其包括主镜头、固定平台和滚筒，所述主镜头通过直线导轨连接到所述固定平台上；

所述滚筒固定在固定平台上，所述镜头连接有伺服马达；

所述镜头上有辅助光路组件，所述辅助光路组件发出的辅助测量光束与所述滚筒焦点切平面平行，并聚焦在成像光束的焦点上；

所述平台上有光电池，接收所述辅助光路组件发出的辅助测量光束的光能量，所述光电池的尺寸满足焦距伺服的动态范围；

所述光电池连接有偏置电路。

所述辅助光路组件包括激光二极管，光阑，聚焦镜，反射棱镜。

本发明由于采用聚焦测量光束直接探测滚筒像面的位置，因此具有极高的探测灵敏度。实验结果表明，在高速动态跟踪状态下，焦距误差为亚μm级，完全可以满足直接制版机对焦距的跟踪精度要求。

附图说明

图1为本发明实施例结构示意图；

图2为本发明实施例偏置电路图。

具体实施方式

以下通过实施例来描述本发明，应该指出的是，所列举的实施例不应理解对发明的限制。

结合图1解释本方案。

主镜头2通过直线导轨5连接到固定平台4上；滚筒1也安装到固定平台4上，因此镜头2可以在伺服马达3的驱动下相对于滚筒水平运动；在镜头2上还连接安置有辅助光路组件，包括激光二极管12，光阑11，聚焦镜10，反射棱镜9。辅助测量光束7被反射棱镜折射90°与滚筒焦点切平面平行，并聚焦在成像光束8的焦点上。因此，垂直的测量光束7与主镜头2是同步连动的，它的位置代表主焦距位置。在平台4上安置有光电池6用于接收辅助测量光束7的光能量，光电池的尺寸应足够大以满足焦距伺服的动态范围。

在镜头随动平衡状态，光电池6应只接收到测量光束7的部分能量，例如一半。这个值可以由偏置电路调整设定。参见图2。

设偏置电流为Ib，测量光束的转换电流为Ip，若Ip＝Ib，则表明焦距伺服处于动态平衡状态，主焦距是正确的；

若Ip＞Ib，则表明主焦距远离焦，伺服电路将通过音圈马达推动镜头2左移随动；

若Ip＜Ib，则表明主焦距近离焦，伺服电路将通过音圈马达推动镜头2右移随动。

本发明由于采用聚焦测量光束直接探测滚筒像面的位置，因此具有极高的探测灵敏度。实验结果表明，在高速动态跟踪状态下，焦距误差为亚μm级，完全可以满足直接制版机对焦距的跟踪精度要求。

显然，上述内容只是为了说明本发明的特点，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员根据本发明在相应的技术领域做出的变化应属于本发明的保护范畴。

Claims (6)

1.一种光学成像位置检测方法，其特征在于：该检测方法采用一辅助测量激光束，所述辅助测量激光束与成像激光具有不同的波长，并且两者能量相差极大；

所述辅助测量激光束与滚筒焦点切平面平行，并聚焦在成像光束的焦点上；

所述辅助测量激光束对应位置处有光电池，所述光电池连接有偏置电路，在镜头随动平衡状态所述光电池应只接收到所述辅助测量激光束的部分能量，这个值Ip由所述偏置电路调整转换；

偏置电流为Ib，所述辅助测量激光束转换电流为Ip，

若Ip＝Ib，焦距伺服处于动态平衡状态，主焦距是正确的；

若Ip＞Ib，伺服电路将通过马达推动镜头2左移随动；

若Ip＜Ib，伺服电路将通过马达推动镜头2右移随动。

2.根据权利要求1所述的一种光学成像位置检测方法，其特征还在于：所述辅助测量激光束为窄束的准直平行光束。

3.根据权利要求1所述的一种光学成像位置检测方法，其特征还在于：所述辅助测量激光束为聚焦光束。

4.根据权利要求1所述的一种光学成像位置检测方法，其特征还在于：在镜头随动平衡状态所述光电池应只接收到所述辅助测量激光束的一半能量。

5.实施权利要求1-4任一所述的一种光学成像位置检测方法的检测装置，其特征在于：其包括主镜头、固定平台和滚筒，所述主镜头通过直线导轨连接到所述固定平台上；

所述滚筒固定在固定平台上，所述主镜头连接有伺服马达；

所述主镜头上有辅助光路组件，所述辅助光路组件发出的辅助测量激光束与所述滚筒焦点切平面平行，并聚焦在成像光束的焦点上；

所述平台上有光电池，接收所述辅助光路组件发出的辅助测量激光束的光能量，所述光电池的尺寸满足焦距伺服的动态范围；

所述光电池连接有偏置电路。

6.根据权利要求5所述的检测装置，其特征还在于：所述辅助光路组件包括激光二极管、光阑、聚焦镜和反射棱镜。

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