自动对焦系统设计与实验

发布时间：2020-05-25 03:55

【摘要】：针对超短景深变焦显微三维微纳测量系统中,需要快速、自动循迹被测面初始焦点位置的需求,本文设计可用于但不限于该测量系统的离焦量检测装置,并构建对焦运动控制模块,以实现在自动对焦过程中驱动物镜上下运动。将HOP-1120的音圈电机和透镜摘除后配合分光镜、物镜组成基于改进商用DVD激光读取头的像散法对焦实验测试系统,并设计相应信号处理电路,得到与离焦量成一一对应关系的聚焦误差信号FES,对其对焦特性进行实验与分析评估,进而提出并搭建激光辅助对焦方案。激光辅助对焦方案利用物镜对激光光线聚焦状态不同对应被测面上激光光斑形状不同的特点,通过检测光斑形状及大小确定被测面的离对焦状态,系统构建过程包括激光二极管驱动电路设计、激光准直与像散校正、光路调整机构设计、激光光斑图像处理与离焦量转换等。此外,为实现自动对焦过程中图像采集系统的上下位置调整,构建丝杠+精密步进电机+运动控制卡运动控制模块。本文对两种对焦方案及运动控制模块的构建过程进行了详细介绍,并对两组对焦系统进行了相关测试实验。实验结果表明,基于商用DVD激光读取头的像散法对焦方案中,聚焦误差FES信号动态范围约为200μm,平均灵敏度为34.98m V/μm,线性范围约为60μm,线性范围灵敏度为60.56m V/μm;激光辅助对焦方案中,光斑半径与离焦量呈线性关系,最大线性范围灵敏度为2.5729像素/μm,可实现0.39μm分辨率。
【图文】：

现三维结构表面形貌测量[4]。图1.1即为实验室变焦显微三维微纳测量系统示意图，其测量过程为：首先移动显微物镜，寻找被测面上一个测量点的最佳焦点位置，并以此为初始位置上下分层扫描成像，进而通过图像处理与特征分析方法寻找每个测量点的最佳焦点位置，进而定位其深度。因而，超短景深变焦显微三维测量中，在测量前调整显微物镜时，需要快速感知光轴焦点是否落在被测面上，使得成像光学系统具有自动循迹被测面初始焦点位置的能力[5]，然后以此为初始位置进行上下扫描成像，所以需要运用自动对焦技术帮助操作员实现辅助或自动对准光学系统

第一章 绪论制，通过检测线阵 CCD 上的聚焦光斑位置确运动使得线阵 CCD 上聚焦光斑回到零点，调加入一个可沿光轴方向精密移动的补偿镜，，镜发生位移，线阵 CCD 上的聚焦光斑即偏移阵 CCD 上聚焦光斑返回零点，达到自动对 激光自动跟踪系统，可以根据半导体激光信现快速精确的自动对焦，在 100X 物镜下，焦速度 0.2s[7]。根据差动共焦自动对焦原理图 1.3 所示的自动对焦探头系统，针孔探测后位置用来检测两路返回光束的光强信号[8]零点对应最佳焦点位置。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN24;TP391.41

【参考文献】

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本文编号：2679523