一種高精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備及檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及光學(xué)領(lǐng)域，公開了一種高精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備及檢測方法，包括機(jī)架、標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本，托架、物鏡連接器、檢測中間體、數(shù)據(jù)處理輸出設(shè)備等。檢測中間體包含投影系統(tǒng)和成像系統(tǒng)，投影系統(tǒng)內(nèi)的分劃板與成像系統(tǒng)中的圖像傳感器互為共軛關(guān)系，當(dāng)分劃板垂直光軸放置時，圖像傳感器傾斜光軸放置；當(dāng)分劃板傾斜光軸放置時，圖像傳感器垂直光軸放置；在不同齊焦距離下，圖像傳感器上的聚焦位置不一致，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，得到具體的齊焦數(shù)值，從而實現(xiàn)齊焦距離檢測的目的。該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，且觀察者在不需要更換機(jī)架的情況下可以對不同類別物鏡進(jìn)行齊焦檢測，從而實現(xiàn)簡易主體具有多種模式檢測的功能，極大程度提高產(chǎn)品的通用性。
【專利說明】
一種高精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備及檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)儀器檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種高精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備及檢測 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代生物顯微鏡的設(shè)計制造中，為了提高使用者的工作效率，一般都要求滿足齊 焦設(shè)計，亦即對于所有的物鏡，它們的共輒距離相等。這樣，在更換不同倍率的物鏡時，不必 再另行調(diào)焦，即在鏡檢時，當(dāng)用某一倍率的物鏡觀察圖像清晰后，在轉(zhuǎn)換另一倍率的物鏡， 其成像應(yīng)基本清晰。但是由于制造上的誤差，各物鏡物像之間的共輒距離不可能是絕對相 等的，總會有一些偏差。因此，齊焦是顯微鏡的關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)之一，齊焦性能的優(yōu)劣是評價 顯微鏡質(zhì)量的一個重要指標(biāo)。
[0003] 現(xiàn)有的檢查齊焦的典型裝置，為透射式光路。在透射條件下，光源通過聚光鏡，聚 焦在載物臺的十字分劃板上，通過標(biāo)準(zhǔn)物鏡、標(biāo)準(zhǔn)目鏡成像于人眼，確定此時齊焦位置時， 對焦螺旋上刻度線所對應(yīng)的讀數(shù)數(shù)值，以此值為基準(zhǔn)數(shù)值，然后在同一孔位，分別換上其他 物鏡，分別調(diào)至清晰狀態(tài)，依次讀出對焦螺旋刻線上的數(shù)值，此讀數(shù)與基準(zhǔn)數(shù)值之差，即為 齊焦的誤差精度。這種方式，由于人眼的誤差，齊焦精度不是特別高。
[0004] 授權(quán)公眾號為CN 201359560Y的專利公布文件中公開了一種齊焦檢查儀，該齊焦 檢查儀包括設(shè)置在機(jī)架上的平行光光源和物像，它還包括半透半反棱鏡、可沿被檢物鏡軸 向移動的反射鏡;在被檢物鏡軸線前端無限遠(yuǎn)處設(shè)置平行光光源和物像，在被檢物鏡軸線 前后端分別設(shè)置半透半反棱鏡和反射鏡，在半透半反棱鏡的側(cè)部設(shè)置目鏡;平行光光源打 出的物像通過半透半反棱鏡透射，再經(jīng)過被檢物鏡在其焦面上成像;反射鏡捕捉的成像作 為反射物像反射進(jìn)入被檢物鏡，通過被檢物鏡后經(jīng)過半透半反棱鏡轉(zhuǎn)向，進(jìn)入目鏡，使得反 射物像成像于人眼。該齊焦檢查儀，利用反射式光路，利用平行光(光源)打出的物像(如十 字分劃板的十字線)經(jīng)過半透半反棱鏡透射以及被檢物鏡，在被檢物鏡的焦面上成像，利用 反射鏡，捕捉成像，成為反射光路的被檢物鏡的焦點上的物像，然后通過被檢物鏡，通過半 透半反棱鏡轉(zhuǎn)向，經(jīng)過目鏡，成像于人眼。該檢查儀利用反射式光路檢查物鏡的齊焦性能， 將齊焦精度提高一倍。但是，由于它的精度同時依賴于設(shè)置在機(jī)架上的滑軌與測距儀(千分 表），滑軌與測距儀的精度直接影響檢測精度;而使用平行光管，加大了儀器的體積，使得儀 器過于龐大；為了消除色差，必須使用單色光光源，這在一定程度上增加儀器的復(fù)雜性;還 有物鏡連接滑塊，每次使用都必須抽出，在使用上頗為不便。而且該儀器仍然是人眼直接判 讀，人眼誤差仍然存在，精度還是沒有得到太大的改善。
[0005] 因此，為了提高精度，可以使用圖像傳感器。在文獻(xiàn)《顯微視覺自動聚焦研究》中， 提出一種評估空域聚焦函數(shù)的方法。從計算時間與聚焦曲線變化率兩個方面，提出四個參 量作為評估依據(jù)，可從多個函數(shù)中篩選出最佳聚焦測度。針對研制的微對準(zhǔn)裝配自動聚焦 系統(tǒng)的評估結(jié)果表明：灰度熵函數(shù)是適合于該系統(tǒng)的最佳聚焦測度。為克服聚焦搜索運(yùn)動 中的機(jī)械傳動回差，提出不同于傳統(tǒng)聚焦策略的"定位法"。該方法的核心是建立聚焦函數(shù) 值與離焦量之間的函數(shù)關(guān)系，提出采用多項式擬合、高斯函數(shù)擬合以及樣條插值擬合的方 法可以構(gòu)建這種函數(shù)關(guān)系；并給出了計算結(jié)果。最后綜合灰度熵函數(shù)與定位法策略進(jìn)行自 動聚焦實驗。該方法，在聚焦時通過讀取精密定位平臺的旋轉(zhuǎn)編碼器的位置獲得焦平面相 對于某一選取基準(zhǔn)平面的距離，該定位單元在聚焦運(yùn)動方向上的重復(fù)定位精度約為光學(xué)系 統(tǒng)焦深的1/3,可用作測量基準(zhǔn)，聚焦精度相對于已有的方法，已得到很大的提升。但是，此 方法還是基于傳統(tǒng)的爬山法，還是通過運(yùn)動尋找最佳焦面，在找尋過程中，還是不連續(xù)的變 量，因此還是有可能錯過最佳焦面。且用了斐波那契法，相對而言所使用的算法也更加復(fù) 雜，對軟件的要求也較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種高精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備及檢測方 法。本發(fā)明可以解決現(xiàn)有儀器精度低、操作工序復(fù)雜等諸多問題，而且所使用的算法相對于 已有的也相對簡便。
[0007] 本發(fā)明的具體技術(shù)方案為:一種高精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備，包括機(jī)架、托架、底 座、物鏡連接器、檢測中間體、標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本和數(shù)據(jù)處理輸出設(shè)備;待檢物鏡固定于所述 物鏡連接器上，所述機(jī)架固定于所述底座上，所述托架固定于所述機(jī)架上。
[0008] 所述檢測中間體內(nèi)包括落射明場同軸投影系統(tǒng)和成像系統(tǒng)，所述落射明場同軸投 影系統(tǒng)包括依次設(shè)置的光源8、照明透鏡前片、標(biāo)準(zhǔn)分劃板、孔徑光欄、視場光欄、照明透鏡 后片和第一半透半反鏡;所述成像系統(tǒng)包括依次設(shè)置的管鏡、反光鏡、成像透鏡和傾斜成像 裝置，傾斜成像裝置至少包含一個與待檢物鏡光軸傾斜的圖像傳感器;所述光源對標(biāo)準(zhǔn)分 劃板實現(xiàn)均勻照明，然后光線經(jīng)過第一半透半反鏡反射后，到達(dá)待檢物鏡，在待檢物鏡物面 位置投影一個標(biāo)準(zhǔn)像，所述標(biāo)準(zhǔn)像經(jīng)所述標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本的反射后，再經(jīng)過待檢物鏡、管 鏡、反光鏡、成像透鏡后成像在待檢物鏡的一次像面位置;所述圖像傳感器的中間位置放置 于所述的一次像面位置，所述圖像傳感器的不同位置捕捉從經(jīng)過待檢物鏡反射回來的標(biāo)準(zhǔn) 像信息或標(biāo)準(zhǔn)像的離焦信息;所述數(shù)據(jù)處理輸出設(shè)備通過分析所述標(biāo)準(zhǔn)像信息和所述標(biāo)準(zhǔn) 像的離焦信息，經(jīng)由軟件算法，把該信息轉(zhuǎn)化成物鏡齊焦位置的誤差信息并輸出，從而達(dá)到 檢測齊焦距離的目的。
[0009] 標(biāo)準(zhǔn)分劃板為一系列的十字線插板，目視下檢測低倍物鏡時，使用最小格值為0.1 十字線分劃板；目視下檢測高倍物鏡時，使用最小格值為0.01十字線分劃板，觀察者可以實 現(xiàn)快速簡易的切換，以實現(xiàn)對不同倍數(shù)的齊焦距離檢測;而在數(shù)碼觀察時，標(biāo)準(zhǔn)分劃板則沒 有要求。
[0010] 圖像傳感器傾斜光軸放置，角度可調(diào)，放置角度與落射明場同軸投影系統(tǒng)的十字 線分劃板插板放置角度互相對應(yīng)。通過數(shù)碼觀察時，落射明場同軸投影系統(tǒng)的十字線分劃 板垂直光軸放置，則圖像傳感器傾斜光軸放置;落射明場同軸投影系統(tǒng)的十字線分劃板傾 斜光軸放置時，則圖像傳感器垂直光軸放置。如直接通過目視觀察，僅需落射明場同軸投影 系統(tǒng)的十字線分劃板傾斜光軸放置，但在不同倍數(shù)下使用時，必須使用匹配的十字線分劃 板，才能獲得最佳的檢測效果。
[0011] 在本發(fā)明中，十字線分劃板與標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本共輒，十字線分劃板，通過物鏡系 統(tǒng)，成像于標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本上，反射像通過物鏡，進(jìn)入成像系統(tǒng)，成像于傾斜的圖像傳感器 光敏面上。當(dāng)齊焦距離不一致時，圖像傳感器上聚焦的位置不一致，可通過圖像傳感器自身 的算法，判斷最佳像面，進(jìn)而實現(xiàn)齊焦距離的檢測。而當(dāng)圖像傳感器垂直放置時，由于十字 線分劃板是傾斜放置的，同樣是齊焦距離不一致時，圖像傳感器上的聚焦的位置也不一致， 通過圖像傳感器自身的算法，判斷最佳像面，實現(xiàn)齊焦距離的檢測。
[0012]在圖像傳感器判讀最佳像面過程中，本裝置采用基于圖像梯度變化的評價函數(shù)， 此評價函數(shù)是根據(jù)像素間梯度幅值變化來尋找最佳聚焦位置，聚焦良好的圖像，具有更尖 銳邊緣的圖像，具有更大的梯度函數(shù)值。常用的灰度梯度函數(shù)有灰度梯度模方和函數(shù)、 Roberts梯度模方和函數(shù)、Prewitt梯度模方和函數(shù)、Tenengrad函數(shù)、Brenner函數(shù)、 Laplacian函數(shù)等。本裝置選取最簡單的Brenner函數(shù)，它只是計算相差兩個單位的兩個像 素的灰度差，此函數(shù)的優(yōu)點是具有較高的靈敏度且計算量較小，其表達(dá)式為
[0014] 式中，I(x，y)表示圖像中第X行第y列像素的灰度值，當(dāng)調(diào)焦評價函數(shù)F(I)數(shù)值最 大時，圖像最清晰。這種算法可以進(jìn)一步優(yōu)化，判讀出精準(zhǔn)的最佳像面，避免物面景深的影 響，極大程度地提高測量精度。
[0015] 作為優(yōu)選，所述標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本放置于所述底座上，所述物鏡連接器連接于托架 底面，物鏡連接器位于標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本上方，形成正置式檢測設(shè)備。
[0016] 作為優(yōu)選，所述標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本固定于托架底面，所述物鏡連接器連接于底座上， 物鏡連接器位于標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本下方，所述檢測中間體內(nèi)置于底座內(nèi)，形成倒置式檢測設(shè) 備。
[0017] 作為優(yōu)選，所述托架在機(jī)架上具有一個或多個工作位置。
[0018] 作為優(yōu)選，物鏡連接器為多孔物鏡轉(zhuǎn)換器或單孔連接環(huán)。
[0019] 上述的高精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備上的物鏡齊焦檢測方法，包括以下步驟：
[0020] 第一步:確定高精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備的工作狀態(tài)；
[0021] 第二步:裝入與待檢物鏡適配的標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本，通過圖像傳感器的軟件算法，校 準(zhǔn)高精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備的零點位置；
[0022] 第三步:選擇或輸入待檢物鏡的倍數(shù)等規(guī)格參數(shù)；
[0023] 第四步:裝入待檢物鏡，通過圖像傳感器及數(shù)據(jù)處理輸出設(shè)備內(nèi)置的軟件算法，計 算并輸出該物鏡的齊焦誤差數(shù)值；
[0024] 重復(fù)以上第四步，檢測同類別物鏡的齊焦誤差數(shù)值；
[0025] 重復(fù)以上步驟，測出不同規(guī)格物鏡的齊焦精度誤差。
[0026] 作為另一種選擇，一種高精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備，包括機(jī)架、托架、底座、物鏡連 接器、檢測中間體、標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本和圖像接收設(shè)備;待檢物鏡固定于所述物鏡連接器上， 其特征在于:所述機(jī)架固定于所述底座上，所述托架固定于所述機(jī)架上。
[0027] 所述檢測中間體內(nèi)包括落射明場同軸投影系統(tǒng)，所述落射明場同軸投影系統(tǒng)包括 依次設(shè)置的光源8、照明透鏡前片、傾斜放置的標(biāo)準(zhǔn)分劃板、孔徑光欄、視場光欄、照明透鏡 后片和第一半透半反鏡;所述光源對標(biāo)準(zhǔn)分劃板實現(xiàn)均勻照明，然后光線經(jīng)過第一半透半 反鏡反射后，到達(dá)待檢物鏡，在待檢物鏡物面位置投影一個傾斜的標(biāo)準(zhǔn)像，所述傾斜的標(biāo)準(zhǔn) 像經(jīng)所述標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本的反射后，再經(jīng)過待檢物鏡、第一半透半反鏡后成像在待檢物鏡 的一次像面位置;所述圖像接收設(shè)備接收所述傾斜的標(biāo)準(zhǔn)像，通過該傾斜的標(biāo)準(zhǔn)像在圖像 接收設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)像信息或標(biāo)準(zhǔn)像的離焦信息，從而達(dá)到檢測齊焦距離的目的。
[0028] 作為優(yōu)選，所述圖像接收設(shè)備為數(shù)碼圖像接收設(shè)備。
[0029] 作為優(yōu)選，所述圖像接收設(shè)備為目鏡；高精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備還包括目視成 像系統(tǒng);所述目視成像系統(tǒng)包括依次設(shè)置的直角棱鏡、第一反射鏡、第二發(fā)射鏡、第一中繼 透鏡、第二中繼透鏡、直角棱鏡組、第三反射鏡、第四反射鏡、第五反射鏡、目鏡;所述光源對 標(biāo)準(zhǔn)分劃板實現(xiàn)均勻照明，然后光線經(jīng)過第一半透半反鏡反射后，到達(dá)待檢物鏡，在待檢物 鏡物面位置投影一個標(biāo)準(zhǔn)像，所述標(biāo)準(zhǔn)像經(jīng)所述標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本的反射后，再經(jīng)過待檢物 鏡、管鏡、反光鏡、直角棱鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、第一中繼透鏡、第二中繼透鏡、直角 棱鏡組，最后經(jīng)過第三反射鏡、第四反射鏡分別進(jìn)目鏡。
[0030] 作為優(yōu)選，所述標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本放置于所述底座上，所述物鏡連接器連接于托架 底面，物鏡連接器位于標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本上方，形成正置式檢測設(shè)備。
[0031] 作為優(yōu)選，所述標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本固定于托架底面，所述物鏡連接器連接于底座上， 物鏡連接器位于標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本下方，所述檢測中間體內(nèi)置于底座內(nèi)，形成倒置式檢測設(shè) 備。
[0032] 作為優(yōu)選，所述托架在機(jī)架上具有一個或多個工作位置。
[0033] 作為優(yōu)選，物鏡連接器為多孔物鏡轉(zhuǎn)換器或單孔連接環(huán)。
[0034] 上述的一種高精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備的檢測方法，包括以下步驟：
[0035] 第一步:確定高精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備的工作狀態(tài)；
[0036] 第二步:裝入與待檢物鏡適配的標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本，通過圖像接收設(shè)備校準(zhǔn)高精度 的物鏡齊焦檢測設(shè)備的零點位置；
[0037] 第三步:選擇檢物鏡的倍數(shù)等規(guī)格參數(shù)；
[0038] 第四步:裝入待檢物鏡，通過圖像接收設(shè)備讀出該物鏡的齊焦誤差數(shù)值；
[0039]重復(fù)以上第四步，檢測同類別物鏡的齊焦誤差數(shù)值；
[0040] 重復(fù)以上步驟，測出不同規(guī)格物鏡的齊焦精度誤差。
[0041] 與現(xiàn)有技術(shù)對比，本發(fā)明的有益效果是:在本發(fā)明中，通過圖像傳感器與分劃板的 不同放置形式，經(jīng)由軟件算法，可以直接對齊焦距離進(jìn)行檢測。與現(xiàn)有技術(shù)比較，有如下優(yōu) 勢：
[0042] 1、實現(xiàn)反射條件下的檢測，相對透射檢測，提高測量精度；
[0043] 2、實現(xiàn)圖像傳感器直接判讀，避免人眼誤差，消除物面景深影響，提高測量精度；
[0044] 3、實現(xiàn)同一機(jī)架上多種類別物鏡的齊焦檢測，簡化不同類別物鏡齊焦檢測的工 序；
[0045] 4、實現(xiàn)檢測過程中，更換同類物鏡，不需要重新對焦，簡化操作步驟；
[0046] 5、實現(xiàn)目視和數(shù)碼兩種模式的自由切換，便于實時比較；
[0047] 6、實現(xiàn)簡單機(jī)架的多功能操作，且成本便宜。
【附圖說明】
[0048]圖1是本發(fā)明正置式數(shù)碼觀察的總裝配圖；
[0049]圖2是本發(fā)明正置式數(shù)碼觀察的光學(xué)系統(tǒng)簡圖；
[0050]圖3是本發(fā)明正置式目視觀察的總裝配圖；
[0051 ]圖4是本發(fā)明正置式目視觀察的光學(xué)系統(tǒng)簡圖；
[0052]圖5是本發(fā)明倒置式數(shù)碼觀察的總裝配圖；
[0053]圖6是本發(fā)明倒置式數(shù)碼觀察的光學(xué)系統(tǒng)簡圖；
[0054]圖7是本發(fā)明正置式單孔數(shù)碼觀察的總裝配圖；
[0055] 圖8是圖像采集系統(tǒng)獲取清晰圖像的示意圖；
[0056] 圖9是圖像清晰度判別流程圖；
[0057]圖10是邊緣跨度計算流程圖；
[0058] 圖 11是基于 MATLAB 的 Brenner 算法。
【具體實施方式】
[0059] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。在本發(fā)明中所涉及的裝置、連接結(jié)構(gòu) 和方法，若無特指，均為本領(lǐng)域公知的裝置、連接結(jié)構(gòu)和方法。
[0060] 實施例1
[0061] 圖1是本裝置正置式數(shù)碼觀察的總裝配圖，如圖所示，檢測中間體2內(nèi)含落射明場 同軸投影系統(tǒng)和傾斜成像系統(tǒng)，采用整體部件式設(shè)計，可根據(jù)需要自由裝卸，落射明場同軸 投影系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)分劃板垂直光軸放置，傾斜成像系統(tǒng)的圖像傳感器傾斜光軸放置，通過圖 像傳感器自身的算法，在顯示屏1可直接讀出數(shù)值，從而實現(xiàn)齊焦距離的檢測。托架4可定位 于不同的齊焦距離，且?guī)в卸嗫孜镧R轉(zhuǎn)換器，方便多個物鏡的檢測。電器控制組采用內(nèi)置方 式固定于機(jī)架3內(nèi)部，這樣大大簡化了外部的電線而在機(jī)架內(nèi)部走線，達(dá)到安全、美觀的目 的。標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本放置于底座5上。
[0062] 接下來結(jié)合本實施例的光學(xué)系統(tǒng)簡圖和圖像處理示意圖講述本實施例具體的實 施步驟：
[0063] 圖2是本裝置正置式數(shù)碼觀察的光學(xué)系統(tǒng)簡圖，如圖所示，裝置主體光學(xué)系統(tǒng)包括 3個部分，I為傾斜成像系統(tǒng)，π為落射照明同軸投影系統(tǒng)，m為物鏡系統(tǒng)。在落射照明下，光 源8發(fā)出的光，依次經(jīng)過照明透鏡前片9、標(biāo)準(zhǔn)分劃板10、孔徑光欄11、視場光欄12、照明透鏡 后片13,第一半透半反鏡14,進(jìn)入充當(dāng)聚光鏡的物鏡15,均勻照射在標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本面16 上。標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本16反射的光，再次經(jīng)過物鏡15,第一半透半反鏡14,進(jìn)入數(shù)碼成像系統(tǒng) I，經(jīng)由管鏡17，反光鏡18，成像透鏡19，成像在傾斜圖像傳感器20上。
[0064]在圖像傳感器20中，進(jìn)行信息處理，如圖8所示。圖8是圖像采集系統(tǒng)獲取清晰圖像 的示意圖。其中a為圖像傳感器上清晰成像范圍示意圖，b為理想調(diào)焦判定函數(shù)曲線圖。本檢 測裝置中，不管標(biāo)準(zhǔn)分劃板與圖像傳感器如何放置，在圖像傳感器成像面上都只有部分列 像素是清晰成像的，如a所示，A區(qū)為清晰成像的像素列，B區(qū)為模糊成像區(qū)域，該區(qū)的列像素 均是模糊成像;而調(diào)焦判定函數(shù)，則是根據(jù)圖像相鄰像素間灰度的變化，來判定圖像是否離 焦，形成b曲線，橫軸為離焦量，縱軸為調(diào)焦判定函數(shù)值，且對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，虛線代 表準(zhǔn)確的對焦位置，經(jīng)由這種方式，完成最佳像面的判斷。
[0065] 最佳像面的判斷，可經(jīng)由圖9和圖10兩個流程進(jìn)行判斷。
[0066] 圖9是圖像清晰度判別流程圖。在空域中，聚焦目標(biāo)的邊緣最銳利時，灰度值變化 最劇烈，即灰度梯度最大，對應(yīng)的灰度變化跨度達(dá)到最小。根據(jù)這個原理，直接搜索目標(biāo)邊 緣，分別計算圖像在離焦和聚焦時的目標(biāo)邊緣灰度跨度，結(jié)果顯示，當(dāng)跨度取得最小值時， 梯度最大的位置就是圖像聚焦位置。圖像傳感器采集一副圖像，找到圖像中的待檢區(qū)域，開 始讀取圖片，通過具體算法計算圖片邊緣跨度值，對邊緣跨度值取倒數(shù)，接著判斷圖片是否 讀取結(jié)束，結(jié)束就可以繪制邊緣跨度聚焦特性曲線，找到最清晰的圖像，結(jié)束判別流程，否 則則繼續(xù)圖片的讀取及之后的流程。
[0067]圖10是邊緣跨度計算流程圖。開始讀取圖片，通過具體的算法計算背景平均灰度 值，接著計算前景平均灰度值，取背景和前景的平均值作為自動閾值，開始搜索，找到粗邊 緣，最后在粗邊緣附近進(jìn)行精搜索，計算邊緣跨度值。
[0068] 該圖像處理的具體算法，選擇基于MATLAB的Brenner算法，如圖11所示。圖11是基 于MATLAB的Brenner算法。由于本裝置是通過計算灰度梯度函數(shù)來判斷最佳焦面，因此只要 能反映圖像鄰域灰度變化的任何算子都可以用來計算梯度，Brenner函數(shù)計算梯度的方式 與其他梯度函數(shù)有所不同，它利用與當(dāng)前像素間隔1個像素的點計算圖像梯度，實際上也可 以理解為計算二階梯度，它的優(yōu)點是具有較高的靈敏度且計算量較小，其表達(dá)式為
[0070] 式中，I(X，y)表示圖像中第X行第y列像素的灰度值，當(dāng)調(diào)焦評價函數(shù)F(I)數(shù)值最 大時，圖像最清晰。如圖11所示，給出它的具體算法。
[0071] 以上是本實施例的具體內(nèi)容，在整個檢測過程中，由于采用特殊放置方式的圖像 傳感器，不僅操作步驟簡單，而且大大提高檢測的精度。其檢測步驟如下：
[0072] 第一步:確定該檢測設(shè)備的工作狀態(tài)，如托架位置、標(biāo)準(zhǔn)反射組規(guī)格與待檢物鏡適 配；
[0073] 第二步:裝入與待檢物鏡適配的標(biāo)準(zhǔn)物鏡，通過圖像傳感器的軟件算法，校準(zhǔn)該檢 測設(shè)備的零點位置；
[0074] 第三步:選擇或輸入待檢物鏡的倍數(shù)等規(guī)格參數(shù)；
[0075] 第四步:裝入待檢物鏡，通過圖像傳感器及數(shù)據(jù)處理輸出設(shè)備內(nèi)置的軟件算法，即 可計算并輸出該物鏡的齊焦誤差數(shù)值；
[0076] 只需重復(fù)以上第四步，即可檢測同類別物鏡的齊焦誤差數(shù)值；
[0077] 只需重復(fù)以上步驟，即可測出不同規(guī)格物鏡的齊焦精度誤差。
[0078] 實施例2
[0079]圖3是本裝置正置式目視觀察的總裝配圖，如圖所示，檢測中間體2a內(nèi)含落射明場 同軸投影系統(tǒng)和傾斜成像系統(tǒng)，采用整體部件式設(shè)計，可根據(jù)需要自由裝卸，落射明場同軸 投影系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)分劃板傾斜光軸放置，成像系統(tǒng)的圖像傳感器垂直光軸放置，可以通過目 視頭部la直接判讀數(shù)值，也可連接電腦，在顯示屏上直接讀出數(shù)值，觀察模式根據(jù)用戶需求 選擇。托架4可定位于不同的齊焦距離，且?guī)в卸嗫邹D(zhuǎn)換器，方便多個物鏡的檢測。電器控制 組采用內(nèi)置方式固定于機(jī)架3內(nèi)部，這樣大大簡化了外部的電線而在機(jī)架內(nèi)部走線，達(dá)到安 全、美觀的目的。標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本放置于底座5上。
[0080] 接下來結(jié)合本實施例的光學(xué)系統(tǒng)簡圖和圖像處理示意圖講述本實施例具體的實 施步驟：
[0081] 圖4是本裝置正置式目視觀察的光學(xué)系統(tǒng)簡圖，如圖所示，裝置主體光學(xué)系統(tǒng)包括 4個部分，i為目視成像系統(tǒng)，π為數(shù)碼成像系統(tǒng)，m為落射明場同軸投影系統(tǒng)，ιν為物鏡系 統(tǒng)。此系統(tǒng)下，有2種觀察模式。在落射照明下，光源8發(fā)出的光，依次經(jīng)過照明透鏡前片9、傾 斜設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)分劃板10、孔徑光欄11、視場光欄12、照明透鏡后片13,第一半透半反鏡14,進(jìn) 入充當(dāng)聚光鏡的物鏡15，均勾照射在標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本面16上。標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本16反射的光， 再次經(jīng)過物鏡15,第一半透半反鏡14,進(jìn)入數(shù)碼成像系統(tǒng)Π，經(jīng)由管鏡17,第二半透半反射 18，成像透鏡19，成像在垂直圖像傳感器20上，這是數(shù)碼觀察方式。而目視觀察方式，則是在 落射照明下，光源8發(fā)出的光，依次經(jīng)過照明透鏡前片9、傾斜設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)分劃板10、孔徑光 欄11、視場光欄12、照明透鏡后片13,第一半透半反鏡14,進(jìn)入充當(dāng)聚光鏡的物鏡15,均勻照 射在標(biāo)本面16上。標(biāo)本16反射的光，再次經(jīng)過物鏡15,第一半透半反鏡14,經(jīng)由管鏡17,第二 半透半反鏡18a，直角棱鏡21，反射鏡22,反射鏡23,中繼透鏡24,中繼透鏡25,直角棱鏡組 26，分別進(jìn)入目鏡30和目鏡31。
[0082]本實施例在數(shù)碼觀察模式下，其圖像處理過程，與實施例1 一致。而在目視觀察模 式下，直接在目鏡內(nèi)觀察，由于分劃板，傾斜放置，只要齊焦距離不一致，在目視范圍內(nèi)，分 劃板上中心的具體位置是不一致的，如此，可得到具體的齊焦誤差。其檢測步驟如下：
[0083]第一步:確定該檢測設(shè)備的工作狀態(tài)，如托架位置、標(biāo)準(zhǔn)反射組規(guī)格與待檢物鏡適 配；
[0084] 第二步:裝入與待檢物鏡適配的標(biāo)準(zhǔn)物鏡，通過圖像接受設(shè)備校準(zhǔn)該檢測設(shè)備的 零點位置；
[0085] 第三步:選擇檢物鏡的倍數(shù)等規(guī)格參數(shù)；
[0086] 第四步:裝入待檢物鏡，通過圖像接受設(shè)備讀出該物鏡的齊焦誤差數(shù)值；
[0087] 只需重復(fù)以上第四步，即可檢測同類別物鏡的齊焦誤差數(shù)值；
[0088] 只需重復(fù)以上步驟，即可測出不同規(guī)格物鏡的齊焦精度誤差。
[0089] 實施例3
[0090] 圖5是本裝置倒置式數(shù)碼觀察的總裝配圖，如圖所示，物鏡安裝于底座5a多孔物鏡 轉(zhuǎn)換器上，托架4b連接標(biāo)準(zhǔn)反射鏡，且可定位于不同的齊焦距離，方便多種類別物鏡的檢 測。檢測中間體采用內(nèi)嵌式設(shè)計，內(nèi)置于底座5a內(nèi)，且內(nèi)含落射明場同軸投影系統(tǒng)和成像系 統(tǒng)，同軸投影系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)分劃板垂直光軸放置，成像系統(tǒng)的圖像傳感器傾斜光軸放置，通過 圖像傳感器自身的算法，在顯示屏lb可直接讀出數(shù)值，從而實現(xiàn)齊焦距離的檢測。電器控制 組采用內(nèi)置方式固定于機(jī)架3a內(nèi)部。
[0091] 接下來結(jié)合本實施例的光學(xué)系統(tǒng)簡圖和圖像處理示意圖講述本實施例具體的實 施步驟：
[0092] 圖6是本裝置倒置式數(shù)碼觀察的光學(xué)系統(tǒng)簡圖，如圖所示，裝置主體光學(xué)系統(tǒng)包括 3個部分，I為物鏡系統(tǒng)，π為落射照明同軸投影系統(tǒng)，m為數(shù)碼成像系統(tǒng)。在落射照明下，光 源8發(fā)出的光，依次經(jīng)過照明透鏡前片9、標(biāo)準(zhǔn)分劃板10、孔徑光欄11、視場光欄12、照明透鏡 后片13,第一半透半反鏡14,進(jìn)入充當(dāng)聚光鏡的物鏡15,均勻照射在標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本面16 上。標(biāo)本16反射的光，再次經(jīng)過物鏡15,第一半透半反鏡14,進(jìn)入數(shù)碼成像系統(tǒng)ΙΠ，經(jīng)由管鏡 17，反光鏡18，，成像透鏡19，成像在傾斜圖像傳感器20上。
[0093]本實施例圖像處理過程，與實施例1 一致。
[0094] 實施例4
[0095] 圖7是本裝置正置式單孔數(shù)碼觀察的總裝配圖，如圖所示，檢測中間體2內(nèi)含落射 明場同軸投影系統(tǒng)和成像系統(tǒng)，采用整體部件式設(shè)計，可根據(jù)需要自由裝卸，落射明場同軸 投影系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)分劃板垂直光軸放置，成像系統(tǒng)的圖像傳感器傾斜光軸放置，通過圖像傳 感器自身的算法，在顯示屏1可直接讀出數(shù)值，從而實現(xiàn)齊焦距離的檢測。托架4a可定位于 不同的齊焦距離，帶有單孔物鏡連接器，方便操作。電器控制組采用內(nèi)置方式固定于機(jī)架3 內(nèi)部，這樣大大簡化了外部的電線而在機(jī)架內(nèi)部走線，達(dá)到安全、美觀的目的。標(biāo)準(zhǔn)反射鏡 標(biāo)本放置于底座5上。
[0096] 本實施例只是物鏡連接器與實施例1不一致，其余實施方式均相同
[0097]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明 技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變換，均仍屬于本發(fā)明技 術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種高精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備，包括機(jī)架、托架、底座、物鏡連接器、檢測中間體、 標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本和數(shù)據(jù)處理輸出設(shè)備;待檢物鏡固定于所述物鏡連接器上，其特征在于:所 述機(jī)架固定于所述底座上，所述托架固定于所述機(jī)架上； 所述檢測中間體內(nèi)包括落射明場同軸投影系統(tǒng)和成像系統(tǒng)，所述落射明場同軸投影系 統(tǒng)包括依次設(shè)置的光源8、照明透鏡前片、垂直放置的標(biāo)準(zhǔn)分劃板、照明透鏡后片和第一半 透半反鏡;所述成像系統(tǒng)包括依次設(shè)置的管鏡、反光鏡、成像透鏡和圖像傳感器;所述光源 對標(biāo)準(zhǔn)分劃板實現(xiàn)均勻照明，然后光線經(jīng)過第一半透半反鏡反射后，到達(dá)待檢物鏡，在待檢 物鏡物面位置投影一個標(biāo)準(zhǔn)像，所述標(biāo)準(zhǔn)像經(jīng)所述標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本的反射后，再經(jīng)過待檢 物鏡、管鏡、反光鏡、成像透鏡后成像在待檢物鏡的一次像面位置;所述成像系統(tǒng)至少包含 一個與待檢物鏡光軸傾斜的圖像傳感器，所述圖像傳感器的中間位置放置于所述的一次像 面位置，所述圖像傳感器的不同位置捕捉從經(jīng)過待檢物鏡反射回來的標(biāo)準(zhǔn)像信息或標(biāo)準(zhǔn)像 的離焦信息;所述數(shù)據(jù)處理輸出設(shè)備通過分析所述標(biāo)準(zhǔn)像信息和所述標(biāo)準(zhǔn)像的離焦信息， 經(jīng)由軟件算法，把該信息轉(zhuǎn)化成物鏡齊焦位置的誤差信息并輸出，從而達(dá)到檢測齊焦距離 的目的。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備，其特征在于:所述標(biāo)準(zhǔn)反射 鏡標(biāo)本放置于所述底座上，所述物鏡連接器連接于托架底面，物鏡連接器位于標(biāo)準(zhǔn)反射鏡 標(biāo)本上方，形成正置式檢測設(shè)備。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備，其特征在于:所述標(biāo)準(zhǔn)反射 鏡標(biāo)本固定于托架底面，所述物鏡連接器連接于底座上，物鏡連接器位于標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本 下方，所述檢測中間體內(nèi)置于底座內(nèi)，形成倒置式檢測設(shè)備。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備，其特征在于:所述托架在機(jī) 架上具有一個或多個工作位置。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備，其特征在于:物鏡連接器為 多孔物鏡轉(zhuǎn)換器或單孔連接環(huán)。6. -種在如權(quán)利要求1-5任一所述的高精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備上的物鏡齊焦檢測方 法，其特征在于包括以下步驟： 第一步:確定高精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備的工作狀態(tài)； 第二步:裝入與待檢物鏡適配的標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本，通過圖像傳感器的軟件算法，校準(zhǔn)高 精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備的零點位置； 第三步:選擇或輸入待檢物鏡的倍數(shù)等規(guī)格參數(shù)； 第四步:裝入待檢物鏡，通過圖像傳感器及數(shù)據(jù)處理輸出設(shè)備內(nèi)置的軟件算法，計算并 輸出該物鏡的齊焦誤差數(shù)值； 重復(fù)以上第四步，檢測同類別物鏡的齊焦誤差數(shù)值； 重復(fù)以上步驟，測出不同規(guī)格物鏡的齊焦精度誤差。7. -種高精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備，其特征在于包括機(jī)架、托架、底座、物鏡連接器、檢 測中間體、標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本和圖像接收設(shè)備;待檢物鏡固定于所述物鏡連接器上，其特征在 于:所述機(jī)架固定于所述底座上，所述托架固定于所述機(jī)架上； 所述檢測中間體內(nèi)包括落射明場同軸投影系統(tǒng)，所述落射明場同軸投影系統(tǒng)包括依次 設(shè)置的光源8、照明透鏡前片、傾斜放置的標(biāo)準(zhǔn)分劃板、照明透鏡后片和第一半透半反鏡;所 述光源對標(biāo)準(zhǔn)分劃板實現(xiàn)均勻照明，然后光線經(jīng)過第一半透半反鏡反射后，到達(dá)待檢物鏡， 在待檢物鏡物面位置投影一個傾斜的標(biāo)準(zhǔn)像，所述傾斜的標(biāo)準(zhǔn)像經(jīng)所述標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本的 反射后，再經(jīng)過待檢物鏡、第一半透半反鏡后成像在待檢物鏡的一次像面位置;所述圖像接 收設(shè)備接收所述傾斜的標(biāo)準(zhǔn)像，通過該傾斜的標(biāo)準(zhǔn)像在圖像接收設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)像信息或標(biāo)準(zhǔn) 像的離焦信息，從而達(dá)到檢測齊焦距離的目的。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備，其特征在于:所述圖像接收 設(shè)備為數(shù)碼圖像接收設(shè)備。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備，其特征在于:所述圖像接收 設(shè)備為目鏡;高精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備還包括目視成像系統(tǒng);所述目視成像系統(tǒng)包括依 次設(shè)置的直角棱鏡、第一反射鏡、第二發(fā)射鏡、第一中繼透鏡、第二中繼透鏡、直角棱鏡組、 第三反射鏡、第四反射鏡、第五反射鏡、目鏡;所述光源對標(biāo)準(zhǔn)分劃板實現(xiàn)均勻照明，然后光 線經(jīng)過第一半透半反鏡反射后，到達(dá)待檢物鏡，在待檢物鏡物面位置投影一個標(biāo)準(zhǔn)像，所述 標(biāo)準(zhǔn)像經(jīng)所述標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本的反射后，再經(jīng)過待檢物鏡、管鏡、反光鏡、直角棱鏡、第一反 射鏡、第二反射鏡、第一中繼透鏡、第二中繼透鏡、直角棱鏡組，最后經(jīng)過第三反射鏡、第四 反射鏡分別進(jìn)目鏡。10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備，其特征在于:所述標(biāo)準(zhǔn)反 射鏡標(biāo)本放置于所述底座上，所述物鏡連接器連接于托架底面，物鏡連接器位于標(biāo)準(zhǔn)反射 鏡標(biāo)本上方，形成正置式檢測設(shè)備。11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備，其特征在于:所述標(biāo)準(zhǔn)反 射鏡標(biāo)本固定于托架底面，所述物鏡連接器連接于底座上，物鏡連接器位于標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo) 本下方，所述檢測中間體內(nèi)置于底座內(nèi)，形成倒置式檢測設(shè)備。12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備，其特征在于:所述托架在 機(jī)架上具有一個或多個工作位置。13. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備，其特征在于:物鏡連接器 為多孔物鏡轉(zhuǎn)換器或單孔連接環(huán)。14. 一種如權(quán)利要求7-13任一所述的一種高精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備的檢測方法，包 括以下步驟： 第一步:確定高精度的物鏡齊焦檢測設(shè)備的工作狀態(tài)； 第二步:裝入與待檢物鏡適配的標(biāo)準(zhǔn)反射鏡標(biāo)本，通過圖像接收設(shè)備校準(zhǔn)高精度的物 鏡齊焦檢測設(shè)備的零點位置； 第三步:選擇檢物鏡的倍數(shù)等規(guī)格參數(shù)； 第四步:裝入待檢物鏡，通過圖像接收設(shè)備讀出該物鏡的齊焦誤差數(shù)值； 重復(fù)以上第四步，檢測同類別物鏡的齊焦誤差數(shù)值； 重復(fù)以上步驟，測出不同規(guī)格物鏡的齊焦精度誤差。
【文檔編號】G01M11/02GK106092521SQ201610656564
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月11日 公開號201610656564.X, CN 106092521 A, CN 106092521A, CN 201610656564, CN-A-106092521, CN106092521 A, CN106092521A, CN201610656564, CN201610656564.X
【發(fā)明人】夏波, 鄔明慧
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