一種基于LabVIEW的雙光柵同軸檢焦裝置和檢焦方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光學(xué)系統(tǒng)的自動檢焦裝置，特別是涉及一種基于LabVIEW的雙光 柵同軸檢焦裝置和檢焦方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)是利用光子來研究生命現(xiàn)象的科學(xué)，它是光子學(xué)和生命科學(xué)相互 交叉、互相滲透而產(chǎn)生的邊緣學(xué)科。生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)主要研究分子水平上的細(xì)胞功能和結(jié) 構(gòu)，其在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用主要是通過檢測人體組織與血液參數(shù)，探索組織結(jié)構(gòu)與功能的變化， 進(jìn)而實現(xiàn)宏觀和微觀水平疾病無損探測、診斷和治療。比如在人眼視網(wǎng)膜的在體成像中，采 用自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)實時補(bǔ)償人眼光學(xué)系統(tǒng)像差，可以獲得視覺細(xì)胞和眼底微血管的高分辨 率圖像，從而可以通過這些圖像分析患者病變?；蛘咴谀壳敖Y(jié)核桿菌自動檢測領(lǐng)域，對光學(xué) 顯微鏡的聚焦系統(tǒng)提出很高的要求，在設(shè)計初期，光學(xué)顯微鏡鏡頭的焦距等數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性 非常關(guān)鍵。作為生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)中的核心設(shè)備，光學(xué)系統(tǒng)的檢測精度對檢測結(jié)果其決定性 作用。在高精度的生物醫(yī)學(xué)光學(xué)檢測系統(tǒng)中，對光學(xué)系統(tǒng)的檢焦裝置提出微米量級的精度 檢測要求。
[0003]目前高精度的光學(xué)系統(tǒng)檢焦裝置通常采用離軸式方法，當(dāng)被測光學(xué)系統(tǒng)數(shù)值孔徑 或尺寸較小時，很難進(jìn)行較好的檢焦?，F(xiàn)有的檢焦裝置主要應(yīng)用于1C制造業(yè)中光學(xué)系統(tǒng)檢 焦中，成本昂貴，操作復(fù)雜，不適用于生物醫(yī)學(xué)光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)檢測中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供了一種基于LabVIEW的雙光柵同軸檢焦裝置，具有高精度和 實時檢測等優(yōu)點(diǎn)。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：一種基于LabVIEW的雙光柵同軸檢焦裝置，主要由 基于LabVIEW的光場強(qiáng)度檢測與檢焦控制系統(tǒng)、位移平臺系統(tǒng)、雙光柵系統(tǒng)、被測系統(tǒng)、探 測模塊和電源等模塊組成，其特征在于：從光束入射方向依次包括光源、準(zhǔn)直透鏡、第一聚 焦透鏡、毛玻璃、反射鏡、第二聚焦透鏡、第一光柵板、第二光柵、CCD;所述的第一光柵板置 于第一位移平臺上，并位于被測光學(xué)系統(tǒng)的物面上；所述的第二光柵置于第二位移平臺上， 并位于被測光學(xué)系統(tǒng)的像方平面上；所述的CCD位于第二光柵板的后方，并通過數(shù)據(jù)接收 總線與計算機(jī)相連。
[0006] 所述的光源為He-Ne激光器；
[0007] 所述的反射鏡放置成與第一光軸呈45度角，并與第二光軸也呈45度角；
[0008] 所述的第一光柵板為占空比為50%的相位型線光柵，周期為pi;
[0009] 所述的被測光學(xué)系統(tǒng)在檢測時，被固定在光學(xué)系統(tǒng)固定架上；
[0010] 所述的第二光柵板為占空比為50%的相位型線光柵，周期為p2; toon] 所述的第一光柵板與所述的第二光柵板平行放置；
[0012] 所述的第一位移平臺通過數(shù)據(jù)輸出總線與計算機(jī)相連，受到計算機(jī)控制的壓電陶 瓷驅(qū)動器（PZT)驅(qū)動，能實現(xiàn)微米級二維微動，用來將第一光柵板移入被測光學(xué)系統(tǒng)的物 面；
[0013] 所述的第二位移平臺通過數(shù)據(jù)輸出總線與計算機(jī)相連，受到計算機(jī)控制的壓電陶 瓷驅(qū)動器（ΡΖΤ)驅(qū)動，能實現(xiàn)微米級二維微動，用來將第二光柵板移入被測光學(xué)系統(tǒng)的像 面；
[0014] 所述的計算機(jī)安裝了基于LabVIEW的光場強(qiáng)度檢測與檢焦控制系統(tǒng)軟件，用于測 量過程控制，測量數(shù)據(jù)存儲，對CCD采集的干涉條紋進(jìn)行處理與分析，并對控制壓電陶瓷驅(qū) 動器（PZT)的運(yùn)動狀態(tài)。
[0015] -種基于LabVIEW的雙光柵同軸檢焦方法，實現(xiàn)步驟如下：
[0016] (1)將被測光學(xué)系統(tǒng)固定在光學(xué)系統(tǒng)固定架上；
[0017] (2)首先對探測模塊進(jìn)行光瞳坐標(biāo)標(biāo)定，建立光瞳坐標(biāo)與C⑶笛卡爾坐標(biāo)系的映 射關(guān)系；
[0018] (3)調(diào)整光源、準(zhǔn)直透鏡、第一聚焦透鏡、毛玻璃、反射鏡和第二聚焦透鏡的位置， 使第二聚焦透鏡的出射光均勻穩(wěn)定；
[0019] (4)將第一光柵板安裝在第一位移平臺上，通過計算機(jī)控制壓電陶瓷驅(qū)動器使第 一位移平臺移動到設(shè)定的物方視場點(diǎn)位置；
[0020] (5)將標(biāo)定好的探測模塊安裝在被測光學(xué)系統(tǒng)的像面一側(cè)，調(diào)整第二位移平臺對 第二光柵板進(jìn)行對準(zhǔn)與調(diào)平；
[0021] (6)通過計算機(jī)控制第二位移平臺，將第二光柵板移動到被測光學(xué)系統(tǒng)像面附近， 利用LabVIEW軟件編寫的光場強(qiáng)度檢測與檢焦控制軟件，對CCD采集的干涉條紋圖進(jìn)行一 定的數(shù)據(jù)處理，計算當(dāng)前干涉條紋的功率譜，并顯示當(dāng)前功率譜分布圖；
[0022] (7)基于LabVIEW的光場強(qiáng)度檢測與檢焦控制系統(tǒng)軟件自動控制第二位移平臺， 使第二位移平臺沿第二光軸方向移動，當(dāng)數(shù)據(jù)處理分析第二光柵板達(dá)到焦點(diǎn)位置時，在計 算機(jī)上顯示、標(biāo)記并存儲相關(guān)數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)被測光學(xué)系統(tǒng)的自動檢焦。
[0023] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)勢在于：
[0024](1)本發(fā)明采用了基于圖像處理的自動檢焦方法直接根據(jù)獲取的圖像分析出條紋 數(shù)，檢測速度快、精度高；
[0025] (2)本發(fā)明的同軸檢焦方法結(jié)構(gòu)簡單，成本低，便于操作；
[0026] (3)本發(fā)明基于LabVIEW的光場強(qiáng)度檢測與檢焦控制系統(tǒng)可以實時顯示當(dāng)前檢測 的數(shù)據(jù)的功率譜，并繪制相應(yīng)的動態(tài)曲線，便于數(shù)據(jù)保存和拓展應(yīng)用。
【附圖說明】
[0027] 圖1為基于LabVIEW的雙光柵同軸檢焦裝置組成示意圖。
[0028] 圖2為雙光柵同軸檢焦裝置結(jié)構(gòu)圖。
[0029] 圖3為第一光柵板不意圖；
[0030] 圖4為第二光柵板示意圖；
[0031] 圖5為(XD采集的條紋示意圖；
[0032] 圖6為系統(tǒng)程序控制流程圖。
【具體實施方式】
[0033] 下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0034] 由圖2看出基于LabVIEW的雙光柵同軸檢焦裝置結(jié)構(gòu)包括：從光束入射方向依次 包括光源1、準(zhǔn)直透鏡2、第一聚焦透鏡3、毛玻璃4、反射鏡5、第二聚焦透鏡6、第一光柵板 7、第二光柵11、（XD13 ;所述的第一光柵板7置于第一位移平臺8上，并位于被測光學(xué)系統(tǒng) 10的物面上；所述的第二光柵11置于第二位移平臺12上，并位于被測光學(xué)系統(tǒng)10的像方 平面上；所述的CCD13位于第二光柵板11的后方，并通過數(shù)據(jù)接收總線14與計算機(jī)16相 連。
[0035] 所述的光源1為He-Ne激光器；所述的反射鏡5放置成與第一光軸18呈45度角， 并與第二光軸19也呈45度角；所述的第一位移平臺8通過數(shù)據(jù)輸出總線15與計算機(jī)16相 連，受到計算機(jī)16控制的壓電陶瓷驅(qū)動器（PZT)驅(qū)動，能實現(xiàn)微米級二維微動，用來將第一 光柵板7移入被測光學(xué)系統(tǒng)10的物面；所述的被測光學(xué)系統(tǒng)10在檢測時，被固定在光學(xué)系 統(tǒng)固定架9上；所述的第二位移平臺12通過數(shù)據(jù)輸出總線15與計算機(jī)16相連，受到計算 機(jī)16控制的壓電陶瓷驅(qū)動器（PZT)驅(qū)動，能實現(xiàn)微米級二維微動，用來將第二光柵板12移 入被測光學(xué)系統(tǒng)10的像面；所述的計算機(jī)16用于測量過程控制，測量數(shù)據(jù)存儲，對CCD13 采集的干涉條紋進(jìn)行處理與分析，并對控制壓電陶瓷驅(qū)動器（PZT)的運(yùn)動狀態(tài)。
[0036] 實施例：
[0037] 在目前結(jié)核桿菌自動檢測領(lǐng)域，對光學(xué)顯微鏡的聚焦系統(tǒng)提出很高的要求，在設(shè) 計初期，光學(xué)顯微鏡鏡頭的焦長等數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性非常關(guān)鍵。因此，以數(shù)值孔徑為1. 25、放大 倍率為10X的光學(xué)顯微鏡鏡頭為被測光學(xué)系統(tǒng)，采用本發(fā)明的基于圖像功率譜的雙光柵同 軸檢焦裝置進(jìn)行測量。
[0038] 所述的