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数码相机镜头自检测设计的研究

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    在数码相机的生产中,CCD和光学镜头的对准是一个亟待解决的问题。从检测对象、光学系统设计及软硬件设计等方面出发研制出数码相机开发板并利用开发板进行自检测,它不仅能对数码相机镜头进行有效的检测,同时也可对利用CCD的非接触式测量系统进行校准。

    1 检测对象及检测目标

    检测对象是联微科技有限公司生产的两百万像素数码相机镜头。该相机按ATMEL公司的两百万像素数码相机方案设计,光学镜头采用台湾理光公司的4T13,CCD采用SONY的ICX284AQ面阵彩色CCD。

    CCD和光学镜头的组合主要由穿过簧片的三颗螺钉来固定。为保证在对焦过程中CCD不出现大的倾斜和下滑,光学镜头背后设计有特殊的凹槽。针对这种结构特点,检测平台主要是对CCD和光学镜头之间是否平行、中心是否对齐进行检测。

    2 检测仪器及工作原理

    检测平台由光学系统、数码相机开发板、待测的相机镜头(含CCD)和后期图像处理软件组成,如图1所示。

    平行光管发出的平行光经米字靶标后成像于平面反光镜上,与待侧样品镜头构成成像系统,精确对焦后拍摄,并将照片通过USB接口传回PC系统,通过与标准镜头拍摄的照片对比、计算后即可得出CCD偏移平衡位置的距离。

    3 光学系统设计

    光学系统的作用是提供均匀集中的平行光,使得米字靶标能够在CCD上成像清晰。

    3.1 光源的选择

    为了保证光源的发散角不至于引起成像的误差,发散角应满足如图2所示临界条件。

    解出,其中d代表一个CCD像素的纵向尺寸。

    以选用的理光镜头为例,d=3.275Lm,f=6.0 mm,代入后得到A<3@10-4rad。如此高的发散角,要求光源只能选用平行光管。同时,平行光管采用的坷拉照明方式亦可以提供较好的均匀光源。通常对于透镜测量一类的应用,平行光管焦距最好是透镜焦距的3~5倍。对于6 mm的透镜组,以选用焦距为100 mm以下的微型平行光管为宜。一方面由于微型平行光管价格昂贵,另一方面数码相机是日光下的广角光学系统,而一般平行光管的相对孔径很小,10 mm边长的正方形靶标经平行光管成像后仅占96@96像素大小。为了充分利用大面阵CCD的特点,选用长焦的平行光管(550mm)并设计如图3所示的光路系统。设置光路中的反射镜是可旋转的,分别对CCD边缘各处进行测量,然后再进行处理。

    3.2 光学系统光路图

    通过成像在CCD各侧的不同边缘,实际相当于将像间接的放大了,因此更利于测量。放大后的成像光路图如图4所示。

    3.3 靶标设计

    考虑到CCD由三颗螺钉固定,因此设计米字靶标。考虑到光学系统的放大倍数为F/f,因此靶标的最小分辨率为d@F/f(d为CCD像素尺寸,F为平行光管焦距,f为透镜组焦距)。在设计的检测平台中,这个数值为300Lm。亦即300Lm宽的靶线在CCD上成像恰为一个像素的宽度。每一边长均为10 mm。除最小分辨率靶线外,还有2号、3号靶标,靶线宽度分别为600Lm,900Lm。

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