CN109781745A - 一种光学元件表面缺陷检测自动对焦方法及装置 - Google Patents

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全海洋
胡小川
李声
侯溪
徐富超
付韬韬
伍凡
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Abstract

本发明涉及一种光学元件表面缺陷检测自动对焦方法及装置，属于光电技术检测领域。该对焦装置包括微型投影模块、分光元件、物镜和投影监控模块。微型投影模块投射计算机生成的特定图样到待对焦光学元件表面上，投影监控模块拍摄反射回来的投影图像，通过计算机分析监控模块采集到的投影图像，调焦控制器对调焦电机发出控制信号，在光轴方向调整待对焦表面的位置，直到监控模块拍到的图像最清晰，从而实现自动对焦功能。本发明有效解决了显微成像系统对焦困难、效率低下的问题，可以实现平面、球面和非球面光学元件表面缺陷检测时的自动对焦。

Description

一种光学元件表面缺陷检测自动对焦方法及装置
技术领域
本发明属于光电技术检测领域，特别涉及一种光学元件表面缺陷检测自动对焦方法及装置。
背景技术
高端光学元件对光学元件的表面质量提出了越来越高的要求，其中要求表面缺陷的分辨能力在微米甚至亚微米等级。光学元件的表面缺陷不仅会影响光学元件外观美观，更会对光学系统的性能产生破坏性的影响。
现在光学元件表面缺陷检测除了人工目视检测外，常用的是使用显微成像的原理来进行“所见即所得”的表面缺陷测量。显微镜可以实现对微小缺陷的观察，使用高倍率显微镜可以获得亚微米的分辨率。然而高倍率情况下，镜头的焦深也在微米、亚微米级别。此时，人工对焦及其困难，不仅费时费力，而且还会产生由于人眼主观判别带来的系统误差。此外，光学抛光表面质量往往很好，对抛光光学元件的对焦更是难以进行。因此急需一种自动对焦系统，可以实现在高倍率显微成像下对抛光光学表面进行自动准确对焦，利用自动对焦代替手动对焦，极大地提高对焦效率和对焦精度。
发明内容
本发明提供一种光学元件表面缺陷检测自动对焦方法及装置，目的是解决高倍率显微成像下对抛光光学表面手动对焦困难的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种光学元件表面缺陷检测自动对焦方法及装置，包括微型投影模块、分光元件、物镜、对焦表面和投影监控模块。其中微型投影模块由投影芯片和投影光学系统组成，投影监控模块由监控光学系统和相机组成。其中，微型投影模块、分光元件和投影监控模块通过机械外壳连接在一起，物镜通过导轨、丝杠运动机构连接在一起，并受到调焦信号的控制，最终实现自动对焦。
所述监控光学系统包括调焦控制器和调焦电机，投影监控模块发出监控信号，调焦控制器对调焦电机发出控制信号，在光轴方向连续调整物镜位置，直到投影监控模块拍到的图像最清晰。
其中，微型投影模块由投影芯片和投影光学系统组成，投影芯片可使用数字光处理(DLP)芯片或者使用液晶空间光调制器(SLM)，通过计算机控制产生特定图样，然后经光学系统投影在对焦表面上。
其中，微型投影模块投影的图样是包含了具体特征点的编码图像，编码图像可以用户自定义。优先选用特征点明显的汉字、英文字符或几何图形。
其中，投影监控模块使用的探测系统既可以是面阵传感器，也可以是线阵传感器。
其中，控制器具体包括微处理器(如单片机)和与处理器连接的驱动单元。
一种利用所述光学元件表面缺陷检测自动对焦方法，包括如下具体步骤：
步骤1)、计算机生成待投影的图样。
步骤2)、微型投影模块将计算机生成的图样投影到待测表面上。
步骤3)、启动相机对待测表面进行拍照。
步骤4)、相机拍的图像传输到计算机进行处理，判断采集到的图像特征跟预设图样特征是否匹配。如果匹配很好，则表示对焦完成进入步骤6；否则就进入步骤5。
步骤5)、微处理器驱动待测表面沿光轴方向移动，同时重复步骤2到步骤4。
步骤6)、记录对焦表面坐标，待后续测量使用。
与现有技术相比，本发明所给的光学元件表面缺陷检测自动对焦方法及装置，利用投影图样对待测表面进行投影，根据拍摄的图样特征与预设的图样特征进行图像匹配，实现对抛光光学表面的自动对焦。本发明实施简单，对焦精度和对焦效率也得到极大提高。
附图说明
图1为本发明自动对焦装置构成示意图；
图2为本发明自动对焦装置细节构成图；
图3为本发明自动对焦装置对焦过程流程图。
图中：1为微型投影模块；1a为投影芯片；1b为投影光学系统；2为分光元件；3为物镜；4为对焦表面；5为投影监控模块；5a为监控光学系统；5b为相机。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。
如图1所示，本发明实施例中，一种光学元件表面缺陷检测自动对焦装置，包括微型投影模块1、分光元件2、物镜3、对焦表面4、投影监控模块5。其中，微型投影模块1由投影芯片1a和投影光学系统1b组成，其中，微型投影模块1、分光元件2和投影监控模块5通过机械外壳连接在一起，物镜3通过导轨、丝杠运动机构连接在一起，并受到调焦信号的控制，最终实现自动对焦。投影监控模块5由监控光学系统5a和相机5b组成，如图2所示。其中，监控光学系统包括调焦控制器和调焦电机，投影监控模块发出监控信号，调焦控制器对调焦电机发出控制信号，在光轴方向连续调整物镜位置，直到投影监控模块拍到的图像最清晰。
如图3所示，本发明装置的测量过程和检测步骤如下：
步骤1：计算机生成待投影的图样。
步骤2：微型投影模块将计算机生成的图样投影到待测表面上。
步骤3：启动相机对待测表面进行拍照。
步骤4：相机拍的图像传输到计算机进行处理，判断采集到的图像特征跟预设图样特征是否匹配。如果匹配很好，则表示对焦完成进入步骤6；否则就进入步骤5。
步骤5：微处理器驱动待测表面沿光轴方向移动，同时重复步骤2到步骤4。
步骤6：记录对焦表面坐标，待后续测量使用。
步骤1所述的微型投影模块1投影的图样是包含了具体特征点的编码图像，编码图像可以用户自定义。优先选用特征点明显的汉字、英文字符或几何图形。
步骤2所述微型投影模块1由投影芯片1a和投影光学系统1b组成,投影芯片可使用数字光处理(DLP)芯片或者使用液晶空间光调制器(SLM)，通过计算机控制产生特定图样，然后经光学系统投影在对焦表面上。
步骤3所述的投影监控模块5中的相机既可以是面阵传感器，也可以是线阵传感器。
步骤4所述的图像匹配算法包括基于图像特征的匹配算法和基于深度学习的图像特征匹配算法。
步骤5所述的控制器具体包括微处理器(如单片机)，和与处理器连接的驱动单元。
该方法装置实施简单，对焦时间短，对焦精度高，为抛光光学元件表面缺陷检测提供了一种有效的自动对焦手段。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内的局部修改或替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种光学元件表面缺陷检测自动对焦装置，其特征在于：包括微型投影模块(1)、分光元件(2)、物镜(3)、对焦表面(4)、投影监控模块(5)，其中微型投影模块(1)由投影芯片(1a)和投影光学系统(1b)组成，投影监控模块(5)由监控光学系统(5a)和相机(5b)组成；其中，微型投影模块(1)、分光元件(2)和投影监控模块(5)通过机械外壳连接在一起，物镜(3)通过导轨、丝杠运动机构连接在一起，并受到调焦信号的控制，最终实现自动对焦。
所述监控光学系统(5a)包括调焦控制器和调焦电机，投影监控模块(5)发出监控信号，调焦控制器对调焦电机发出控制信号，在光轴方向连续调整物镜位置，直到投影监控模块(5)拍到的图像最清晰。
2.如权利要求1所述的光学元件表面缺陷检测自动对焦装置，其特征在于：微型投影模块(1)由投影芯片(1a)和投影光学系统(1b)组成，投影芯片可使用数字光处理(DLP)芯片或者使用液晶空间光调制器(SLM)，通过计算机控制产生特定图样，然后经光学系统投影在对焦表面上。
3.如权利要求1所述的光学元件表面缺陷检测自动对焦装置，其特征在于：微型投影模块(1)投影的图样是包含了具体特征点的编码图像，编码图像可以用户自定义，选用特征点明显的汉字、英文字符或几何图形。
4.如权利要求1所述的光学元件表面缺陷检测自动对焦装置，其特征在于：投影监控模块(5)使用的探测系统既可以是面阵传感器，也可以是线阵传感器。
5.如权利要求1所述的光学元件表面缺陷检测自动对焦装置，其特征在于：所述控制器具体包括微处理器和与处理器连接的驱动单元。
6.一种光学元件表面缺陷检测自动对焦方法，利用权利要求1所述的光学元件表面缺陷检测自动对焦装置，其特征在于：包括如下具体步骤：
步骤1：计算机生成待投影的图样；
步骤2：微型投影模块将计算机生成的图样投影到待测表面上；
步骤3：启动相机对待测表面进行拍照；
步骤4：相机拍的图像传输到计算机进行处理，判断采集到的图像特征跟预设图样特征是否匹配；如果匹配很好，则表示对焦完成进入步骤6；否则就进入步骤5；
步骤5：微处理器驱动待测表面沿光轴方向移动，同时重复步骤2到步骤4；
步骤6：记录对焦表面坐标，待后续测量使用。
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