一種檢測微透鏡陣列焦距的方法

2023-07-10 22:20:16 1

專利名稱：一種檢測微透鏡陣列焦距的方法
技術領域：
本發明屬於光學檢測技術領域，涉及一種基於圖像定焦技術的微透鏡陣列焦距的測量方法，可用於單元數較多的微透鏡陣列測量。
背景技術：
微透鏡陣列作為一個重要的微光學器件，被廣泛應用於光準直、光耦合和三維成像等領域，尤其在哈特曼-沙克波前傳感器中，微透鏡陣列是一個核心的組成部件。與普通透鏡一樣，焦距是微透鏡陣列一個關鍵的參數。對於微透鏡陣列的焦距測量，由於微透鏡陣列的應用越來越廣，對微透鏡陣列的檢測要求也越來越高。傳統的對微透鏡陣列焦距檢測方法有放大率法、轉角法、浮雕深度測量法、焦距儀 檢測法、光柵衍射測量法和幹涉測量法等。放大率法是焦距測量過程中比較常用的檢測方法，其檢測原理為檢測使用的平行光管星點板上有兩個小孔；通過光源照明後，平行光管的出射光為兩束平行光；平行光經過微透鏡陣列匯聚，在其各個子單元的焦面上成兩個點像。根據幾何成像原理，可計算微透鏡陣列各個子單元的焦距。
權利要求
1.一種檢測微透鏡陣列焦距的方法，利用由單色儀、平行光管、微透鏡陣列、C⑶探測器和光柵測微儀組成的檢測系統，通過確定微透鏡陣列的焦點和頂點位置，實現焦距測量的步驟如下 步驟I :將CCD探測器移動到微透鏡陣列的頂點附近位置，以步距電機的步距為單位長度在頂點附近位置採集第一組圖像，並將採集的第一組圖像依次編號，計算採集的各個圖像的清晰度函數值，利用Matlab軟體繪製第一組圖像的清晰度函數曲線並確定曲線的極大值位置即為微透鏡陣列的各個子單元的頂點位置； 步驟2 :將CCD探測器移動到微透鏡陣列的焦面附近位置，以步距電機的步距為單位長度在焦面附近位置採集第二組圖像，並將採集的第二組圖像依次編號，利用Matlab軟體分析並確定微透鏡陣列的各個子單元的焦點位置的圖像； 步驟3 :用光柵測微儀分別對每組圖像進行測量，獲得每組圖像中CCD探測器從微透鏡陣列的頂點移動到焦點位置的距離時採集的第一幀圖像； 步驟4 :計算微透鏡陣列的各個子單元的焦距f；f為 fef = (Hid-IIiJ) X S+1 式中，nid為在第i個子單元的頂點位置採集的圖像編號i為微透鏡陣列子單元的編號，Hij為在微透鏡陣列第i個子單元的焦面位置採集的圖像編號，i為自然數，j表示焦面，d表示頂點，s為步進電機的步距，I為CCD探測器從被測微透鏡陣列的頂點移動到焦點採集的兩組圖像的第一幀圖像的距離。
2.根據權利要求I所述的檢測微透鏡陣列焦距的方法，其特徵是利用Matlab軟體分析每組圖像，確定對應子單元的頂點和焦點位置的編號，利用Matlab軟體中的regionprops函數確定圖像上微透鏡陣列的各個子單元光斑的中心；截取圖像上所述各個子單元查過其艾麗斑的範圍進行灰度方差計算；利用Matlab的繪圖功能分別繪製不同所述子單元的頂點和焦點附近的灰度方差變化曲線；通過曲線的變化趨向確定微透鏡陣列的各個子單元的頂點和焦點位置的圖像編號。
3.根據權利要求I所述的檢測微透鏡陣列焦距的方法，其特徵在於，基於數字圖像清晰度函數對微透鏡陣列的頂點和焦點進行定焦的步驟為將採集的每組圖像按微透鏡陣列光斑的分布截取分析，得到微透鏡陣列的第i個子單元的灰度方差Gi表示為G^^Wgi(x,y)~"i)2 式中gi (X，y)表示截取圖像上第X行第I列的灰度值，而M和N表示截取圖像的寬度和高度，為灰度平均值，以採集圖像的編號為橫坐標，以相應圖像灰度方差值為縱坐標，繪製所述各個子單元的灰度方差變化曲線，灰度方差最大值點表明該處採集的圖像最清晰。
全文摘要
本發明提供一種檢測微透鏡陣列焦距的方法，首先在微透鏡陣列的頂點附近採集第一組圖像；然後在微透鏡陣列焦點附近採集二組圖像；利用數字圖像清晰度函數分析，分別確定微透鏡陣列的各個單元的頂點、焦點位置；計算得出兩次定焦測量的位置差，即為微透鏡陣列各個單元的焦距。相比較幹涉儀測量法，本發明利用軟體方面的圖像分析計算代替硬體上的幹涉儀定焦，測量成本更低，操作簡便、易行，操作簡便易行。同時，利用該方法一次採集圖像可完成對多個陣列的測量，適合於陣列數較多的微透鏡焦距測量。
文檔編號G01M11/02GK102661849SQ20121010680
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月12日 優先權日2012年4月12日
發明者伍凡, 吳時彬, 曹學東, 朱鹹昌 申請人:中國科學院光電技術研究所