基于干涉定位的光电自动调焦系统

　　随着感光材料分辨率的提高，对其测试仪器的调焦精度要求也提高.但目前国内外各种光电自动调焦方法(光切法、光度法、激光扫描法等)，对感光材料分辨率的测定都不太适用，因此作者研制了激光干涉自动调焦系统.实验证明:在15um以内，调焦精度小于0.5um.

　　1基本原理

　　这种新型光电自动调焦系统分3部分:激光干涉系统、CCD接收系统、控制系统如图1

　　激光干涉系统产生干涉条纹确定焦面的位置，CCD接收系统将干涉条纹的视频信号变为数字信号，控制系统通过对数字信号的处理得到焦面的位置信息并由执行机构控制焦面位置.

　　2激光干涉系统

　　如图2主光路中，标板4经辅助物镜5和显微物镜6成像于像面7.干涉系统中，He一Ne激光器1经2、3扩束准直后，通过分光镜9形成主光线和参考光线，主光线经显微物镜6以胶片作反射面.如果胶片不在显微物镜焦面上，反射光为球面波，与经反射镜8反射的参考光(平面波)发生干涉，产生干涉条纹.对干涉图样进一步表达可建立调焦控制系统的数学模型如下

　　式中I。—平均光强，f2—显微物镜焦距，δh—离焦量，r—干涉图样上一点到中心的距离，z。—与干涉环形状关的常位相因子.对式(l)作如下分析:

　　l)当δh=0即离焦量为零时

　　光强在干涉像面上的分布是均匀的，其强弱与Z"0有关

2)式(l)是一周期函数，周期为 π

　　对应于中心位置

　　3)设中心条纹位相为

　　式中m—干涉条纹数.m=1,2,3...

　　r_max-----孔径光栏半径，取r_max=4.065mm

　　f 2—显微物镜焦距，取f2= 6.25mm

　　λ—干涉波长，取 λ=0.632 8um

　　由此可见△m与△δh在一定范围内(见调焦精度一节)成线性关系

　　3CCD接收系统

　　由于采用了干涉图样作为接收的视频信号，对CCD的空间分辨率和数据率不必要求很高;同时干涉图样的中心对称性决定了一行过中心的信号就可以反应条纹信息，提高了采集和处理速度.接收器件采用线阵512xICCD光电祸合器件，像元尺寸17umx17um，驱动频率为30kHz·

　　CCD输出的模拟信号首先要经A/D转换为数字信号，再存入单片机的片外数据存贮器中.A/D转换器采用8位(256灰度)的高速A/D，转换速度达1.2脚.转换时，单片机首先查得CcD驱动的帧同步信号Φx，在Φx下降沿调人A/D转换子程序，A/D转换的起动信号由CCD驱动的像素转移同步信号ΦR提供.转换结果放于锁存器中，待单片机存人数据存贮器的空闲单元中，直到采集完毕.在A/D转换和数据传送时，CCD的驱动周期应大于A/D转换和数据传送的周期之和，否则会出现数据丢失.