CN1080402A - 干涉法自动调焦系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种干涉法自动调焦系统，它包括 光源[1]、准直镜[3]、物镜[6]、反射面[7]、接收面[13]、微 机[16]、微动调焦机构[17]，所述光源[1]采用激光管， 扩束镜[2]置于激光管[1]和准直镜[3]之间，来自准直 镜的光束经分束器[10]反射或透射后，到达分束器 [9]，被分为两束光，一束透过分束器[9]，经反射镜[8] 由原光路返回；另一束经分束器[9]，反射后透过物镜 [6]入射到反射面[7]上，再经物镜[6]、分束器[9]返回， 上述返回的两束光形成干涉并可在接收面[13]上接 收。

Description

本发明涉及光学元件，更具体地说，本发明是关于激光干涉法自动调焦系统的。

随着微电子技术的迅速发展，对调焦技术的应用日益扩大。目前的调焦技术很多，按其原理可大致分为两类，一类为光电调焦，另一类为气动调焦。

1986年第1期的《光学仪器》杂志上公开了“轮廓光电自动调焦系统”一文，该文介绍了一种自动调焦方案。该方案的主要内容是：光源通过聚光镜以平行光照明轮廓分划板，通过反光镜、物镜，经硅片反射，成像于物镜的物面上，然后通过10倍物镜，经振子将直流信号转变成交流信号，再成像在光电头的接收面上，通过微机和微动调焦机构实现自动调焦。上述技术方案的不足之处是，精度较差，对光电信号处理比较复杂。

本发明的目的是，提供一种利用激光干涉原理设计的自动调焦系统，该系统精度高，灵敏度好，对光电信号处理较为简单。

本发明的自动调焦系统，包括电源[1]、准直镜[3]、物镜[6]、反射面[7]、接收面[13]、微机[16]、微动调焦机构[17]，所述光源[1]采用激光管，扩束器[2]设置于激光管[1]和准直镜[3]之间;来自准直镜[3]的平行光束经分束器[10]反射或透射后到达分束器[9]，经分束器[9]分为两束平行光，一束透过分束器[9]，经反射镜[8]由原光路返回;另一束经分束器[9]反射后透过物镜[6]，入射到反射面[7]上，再经物镜[6]、分束器[9]返回;上述返回的两束光经过分束器[10]后到达接收面[13]。

在分束器[10]与接收面[13]之间还可设置透镜[11]。在透镜[11]和接收面[13]之间，或者在扩束镜[2]和准直镜[3]之间还可设 置针孔滤波器[12];在接收面[13]之前必要时也可设置分束器[14]和接收面[15]。

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

图1和图2是本发明自动调焦系统的光路图，示出两种设计方案。

在图中，[1]为激光管，可采用氦-氖激光器作为光源。[2]为扩束镜，[3]为准直镜，[4]为标板，[5]为辅助物镜，[6]为物镜，[7]为反射面，[8]为反射镜，[9]和[10]为分束器，[11]为透镜，[12]为针孔滤波器，[13]为接收面，[14]为分束器，[15]为接收面，[16]为微机，[17]为微动调焦机构。

标板[4]、辅助物镜[5]、物镜[6]和反射面[7]组成需要调焦的主光路，若[7]为反射面（像面）时，则[4]为标板（物面）。反之也可以是[7]为物面，[4]为像面。扩束镜[2]、准直镜[3]、物镜[6]、反射面[7]、反射镜[8]、分束器[9]和[10]组成了干涉光路。

调焦时，激光管[1]所发出的激光束，经扩束镜[2]扩束，通过准直镜[3]产生平行的激光束，经分束器[10]反射后偏转90°角传播，或者经分束器[10]透射后传播，在分束器[9]处分为两束光，一束光透过分束器[9]经反射镜[8]反射后沿原光路返回，再经过分束器[10]入射到接收面[13]成为参考光。接收面[13]可由光电接收器件或取景屏构成。另一束光经分束器[9]反射，偏转90°角，传输到物镜[6]聚焦成像在反射面[7]上，经反射面[7]反射后沿原光路返回，再经分束器[9]反射偏转90°角，形成物光与参考光相干涉，在接收面[13]上可接收到干涉条纹。干涉条纹的形状与调焦状态有关。所呈现的干涉条纹数反映出光学系统调焦的精确数量，一个干涉条纹表示离焦量为半个波长。为了实现自动调焦，首先把光干涉条纹通过光电接收器件转换成电信号，然后经过数字图像处理，得出与调焦相关的量。离焦时，干涉图为牛顿环状的亮暗相间的一系列同心环。当像面趋近物镜[6]焦面时，干涉环半径和相邻环间距逐渐变大，变宽，像面正好位于焦面时，干涉环消失，视场 亮度变成均匀的。

根据上述干涉条纹变化情况，就可方便地对主光路的调焦状态进行判读。这种判读既可在取景屏上由人眼进行，也可由微机通过光电接收器件和微动自动调焦机构自动进行。

必要时，还可设置透镜[11]，用以控制图形视场大小，可使光束在焦点上滤波。若增设针孔滤波器[12]，有利于去掉高频散斑。

还可设置分束器[14]，用于把干涉光束分成两束接收光学图形，分别在接收面[13]和[15]上被接收，可对调焦状态进行监视。

下面给出一个实施例，以便对本发明作进一步了解。

光源[1]采用小型的氦-氖激光管。扩束镜[2]采用25倍显微物镜。准直镜[3]的焦距为156毫米。辅助物镜[5]的焦距为156毫米。物镜[6]的焦距为6.25毫米。分束器[9]的透反比为4∶6。分束器[10]和[14]的透反比均为5∶5。透镜[11]的焦距为80毫米。针孔滤波器[12]的直径为100微米。接收面[13]和[15]分别为512×1线阵CCD和取景屏。微机[16]可以是通用的计算机系统，也可以是专用的自动调焦识别、处理和控制电路。微动调焦机构[17]采用步进电机和微调机构。

本发明可广泛应用于各种照像摄影系统、显微缩排与照像系统、微电子工业中的照像制版系统、机器人视觉系统等领域中。

本发明的自动调焦系统与现有技术相比有下列积极效果：

1.精度高，调焦步进值为0.10微米，调焦误差小于0.22微米。

2.调节简便，易于识别。有目视监视部件，可对调焦状态进行监视。

3.结构简单，制作方便。

4.通用性强，本系统可以和任何要求调焦的光学系统组合，构成一个新的干涉调焦系统。

Claims (4)

1、一种干涉法自动调焦系统，包括光源[1]、准直镜[3]、物镜[6]、反射面[7]、接收面[13]、微机[16]、微动调焦机构[17]，其特征是，所述光源[1]采用激光管，扩束镜[2]设置于激光管[1]和准直镜[3]之间；来自准直镜[3]的平行光束经分束器[10]反射或透射后到达分束器[9]，经分束器[9]分为两束平行光，一束透过分束器[9]经反射镜[8]由原光路返回，另一束经分束器[9]反射后透过物镜[6]入射到反射面[7]上，再经物镜[6]、分束器[9]返回；上述返回的两束光经过分束器[10]后到达接收面[13]。

2、根据权利要求1所述的调焦系统，其特征是，在分束器[10]与接收面[13]之间设置透镜[11]。

3、根据权利要求2所述的调焦系统，其特征是，在透镜[11]和接收面[13]之间，或者在扩束镜[2]和准直镜[3]之间设置针孔滤波器[12]。

4、根据权利要求1～3所述的调焦系统，其特征是，在接收面[13]之前设置分束器[14]和接收面[15]。

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