一种定位反射表面存在缺陷的反射镜的方法

摘要

本发明公开了一种定位反射表面存在缺陷的反射镜的方法，该方法使用相机对光学系统成像，通过分析图像信息确定光学系统中是否有反射镜的反射表面存在缺陷，并利用相机参数和成像规律推算反射表面存在缺陷的反射镜的位置范围。本发明适用范围广，可以事前事后或者在线检测光学系统中反射镜的反射表面是否存在缺陷，操作方便，为光学系统正常平稳的工作提供保障。

说明书

技术领域

本发明涉及一种定位光学系统中光学元件的方法，尤其涉及一种定位光学系统中反 射表面存在缺陷的反射镜的方法。

背景技术

在光学技术领域，使用反射镜的光学系统非常常见。在反射镜生产、加工和使用过 程中，灰尘积累、摩擦或者高功率光线灼伤等原因会造成反射镜的反射表面产生缺陷， 进而影响光学系统的正常工作。

对于一些已经装配好或者较难拆卸的光学系统，排查反射镜的反射表面是否存在缺 陷相对困难。解决这个问题的传统方法一般是由经过训练有经验的人员目视检验反射镜 反射表面，当前人工目视检测存在以下主要问题：1、该检测方法会受到工人生理差异、 经验、情绪和疲劳度等诸多因素的影响，检测精确度低。2、人工检测的判定标准很模 糊，无法对缺陷进行量化判别。3、人工目视检测一般只能事前或者事后检测，难以实 现在线检测。

针对上述问题，中国专利申请号201310086231.4的发明专利“镜片瑕疵检测系统” 中公布了一种利用机器视觉和图像处理技术来实现镜片瑕疵检测的系统。镜片瑕疵检测 系统克服了人工检测存在的前两个问题，但是仍然无法在反射镜的使用过程中进行检 测，即无法对装配完成或者处于工作状态的光学系统的反射镜进行检测。目前，该方法 更适合应用于反射镜生产过程中，将反射镜通过传送装置送入镜片瑕疵检测系统，逐个 检测反射镜的反射表面是否存在缺陷。该专利提出的初衷也是为解决在生产过程中反射 镜的检测问题。

为解决在线检测的问题，在一些光学系统中，在其处在工作状态下，如果反射镜的 反射表面存在缺陷会造成其表面温度分布不均，该领域科研人员常常使用热像仪记录反 射镜的反射表面的温度分布在线监测系统中的反射镜的反射表面是否存在或者产生缺 陷，但是此种方法只适用于光功率较大能引起反射镜的反射表面温度发生明显变化的光 学系统，同时热像仪分辨率较低很难观测到细小的瑕疵，而且此种方法只能监测处于工 作状态下的光学系统，无法事前监测提前排除反射镜的反射表面存在缺陷可能带来的危 害。

本发明涉及的方法可以克服上述方法的缺点，该方法适用范围广，可以事前事后或 者在线监测光学系统的工作状态，及时发现反射表面存在缺陷的反射镜并确定其位置范 围，以便及时采取保护措施，保障光学系统正常稳定的工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：在光学系统中，反射镜的反射表面存在缺陷会影响其 正常工作。人工目视检测存在检测精确度低、无法对缺陷进行量化判别、难以实现在线 检测等问题。使用热像仪的方法只适用于光功率较大能引起反射镜的反射表面温度发生 明显变化的光学系统，同时热像仪分辨率较低很难观测到细小的瑕疵，而且此种方法只 能监测处于工作状态下的光学系统，无法事前监测提前排除反射镜的反射表面存在缺陷 可能带来的危害。本发明所涉及的方法可以克服上述方法的缺点，适用范围广，可以事 前事后或者在线检测光学系统中反射镜的反射表面是否存在缺陷，并利用相机参数和成 像规律推算反射表面存在缺陷的反射镜的位置范围。

本发明要解决其技术问题所采用的技术方案是：

1、一种定位反射表面存在缺陷的反射镜的方法，该方法使用相机对光学系统成像， 通过分析相机采集到的图像信息确定光学系统中是否有反射镜的反射表面存在缺陷，并 利用相机参数和成像规律推算反射表面存在缺陷的反射镜的位置范围。该方法的特征在 于其实现步骤如下：

(1)使用相机对光学系统成像。

(2)相机对焦于光学系统中一个反射镜的反射表面。

(3)判断相机对焦的反射表面是否存在缺陷。

(4)如果该反射镜的反射表面存在缺陷，则根据相机参数与高斯成像公式、景深 计算公式等成像规律计算该反射镜的位置范围。

(5)如果相机对焦的反射镜的反射表面不存在缺陷，则相机对焦于下一个反射镜 的反射表面，直到完成对焦所有反射镜的反射表面。

2、所述第(2)步中的反射镜包括全反镜和半反半透镜。

3、所述第(2)步中，衡量相机是否准确对焦于反射镜的反射表面采用清晰度评价 函数判定。

4、所述第(3)步中，反射表面存在的缺陷包括在反射镜生产、加工、使用过程中 造成的反射表面的划痕、刻痕，空气中灰尘颗粒附着反射表面、反射表面镀膜层被高功 率光线灼伤和反射表面镀膜过程中造成的瑕疵等缺陷。

5、所述第(2)、(3)步中，相机依照由远及近或者由近及远的顺序依次对焦于 光学系统中反射镜的反射表面，判断反射表面是否存在缺陷的过程为：观察相机所成图 像中清晰的部分是否存在由于反射表面缺陷而造成的相对于背景较亮或者较暗的点、 斑、线、带，若存在则可确定该反射镜的反射表面存在缺陷。

6、所述第(4)步中定位一个表面存在缺陷的反射镜在光学系统中的位置范围的过 程如下：

1)根据相机参数，在相机中镜头到感光芯片的距离即像距为l'，由高斯成像公式：

f'/l'+f/l＝1

其中f'是像方焦距，f是物方焦距，l是物距。

可推算出成像清晰时的物距：

l＝l'f/(l'-f')

2)根据景深计算公式可得：

近景位置P₁为：

P₁＝f'l/(f'+Flε)

远景位置P₂为：

P₂＝f'l/(f'-Flε)

其中f'是像方焦距，l是物距，ε是人眼的极限角分辨率，F是镜头光圈值。

3)得到表面存在缺陷的反射镜的位置范围为：

(P₁,P₂)

7、所述第(5)中，相机完成依次对焦所有反射镜的反射表面的前提是所有反射镜 均在相机可调对焦范围内。

本发明的原理是：一种定位反射表面存在缺陷的反射镜的方法，该方法使用相机对 光学系统成像，通过分析图像信息确定光学系统中是否有反射镜的反射表面存在缺陷， 并利用相机参数和成像规律推算反射表面存在缺陷的反射镜的位置范围。

本发明有如下优点：本发明适用范围广，可以事前事后或者在线检测光学系统中反 射镜的反射表面是否存在缺陷，并利用相机参数和成像规律推算反射表面存在缺陷的反 射镜的位置范围，操作方便，为光学系统正常平稳的工作提供保障。

附图说明

图1为本发明的基本流程图；

图2为本发明的工作系统示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，结合本发明的工作系统示意图， 对本发明进一步详细说明。

如附图2所示，确定光学系统中反射表面存在缺陷的反射镜的位置范围工作系统由 计算机1、相机2、分光镜3、光学系统4组成，其中光学系统4包括多个反射镜，其具 体实施方法如下：

(1)搭建光路，使用相机2对光学系统4成像，连通相机2和计算机1的软硬件， 将生成图像传递到计算机1上。

(2)相机2依照由远及近或者由近及远的顺序依次对焦于光学系统4中反射镜的 反射表面。

(3)判断相机对焦的反射镜的反射表面是否存在缺陷，其过程为：观察相机所成 图像中清晰部分是否存在由于反射表面缺陷而造成的相对于背景较亮或者较暗的点、 斑、线、带，若存在则可确定该反射镜的反射表面存在缺陷。

(4)如果有反射镜的反射表面存在瑕疵，可根据相机参数与高斯成像公式、景深 计算公式等成像规律计算出反射表面存在缺陷的反射镜在光学系统4中的位置范围，其 具体过程如下：

1)根据相机2参数，在相机2中镜头到感光芯片的距离即像距为l'，由高斯成像公 式：

f'/l'+f/l＝1

其中f'是像方焦距，f是物方焦距，l是物距。

可推算出成像清晰时的物距：

l＝l'f/(l'-f')

2)根据景深计算公式可得：

近景位置P₁为：

P₁＝f'l/(f'+Flε)

远景位置P₂为：

P₂＝f'l/(f'-Flε)

其中f'是像方焦距，l是物距，ε是人眼的极限角分辨率，F是镜头光圈值。

3)得到表面存在缺陷的反射镜的位置范围为：

(P₁,P₂)

(5)如果相机对焦的反射镜的反射表面不存在缺陷，则相机对焦于下一个反射镜 的反射表面，直到完成对焦所有反射镜的反射表面。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任 何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖 在本发明的权利要求书的保护范围之内。