一種電控變焦透鏡變焦時間的自動檢測裝置和檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于光電檢測的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電控變焦透鏡變焦時間的自動檢 測裝置和檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 變焦透鏡在各種光學(xué)系統(tǒng)中扮演著重要角色，變焦透鏡的使用會顯著簡化光學(xué)系 統(tǒng)。變焦透鏡相對傳統(tǒng)的光機(jī)系統(tǒng)，具有顯著優(yōu)點(diǎn)，如響應(yīng)時間快、聚焦可調(diào)范圍廣、性能穩(wěn) 定、重量輕、不易磨損、使用壽命長等。其中變焦透鏡的變焦時間是其主要的性能指標(biāo)，它直 接決定著變焦光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用。
[0003]目前變焦光學(xué)系統(tǒng)的變焦時間的測試是通過高速攝影的方法對變焦過程進(jìn)行錄 像，再將錄像拆解成幀，通過計(jì)算幀的數(shù)量來計(jì)算圖像變化所需要的時間；這種方法的測試 精度取決于高速攝像機(jī)幀與幀之間的時間間隔及成像質(zhì)量，要想提高測量精度，必須提高 高速攝像機(jī)的幀頻，這將導(dǎo)致在測量儀器方面的經(jīng)濟(jì)投入大幅增長。另外，由于大量的需要 判讀大量的圖像，無疑也大大增加了測試人員的工作量。
[0004] 總之，現(xiàn)有測量裝置和方法存在的不足主要有以下三個方面：（1)該方法的時間 分辨率取決于高速攝像機(jī)的幀頻，高速攝像機(jī)的價(jià)格與幀頻成一種非線性關(guān)系，這無疑極 大地增加了變焦透鏡變焦時間的測量成本。（2)該方法需要判讀大量的圖像，容易受到主觀 影響，因而精度有限。（3)該方法如何判定焦距穩(wěn)定時對應(yīng)的像也是一個困難，因而該方法 不易實(shí)現(xiàn)自動檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種電控變焦透鏡變焦時間的自動檢測裝 置和檢測方法，能夠快速、準(zhǔn)確地自動檢測各種電控變焦透鏡及變焦系統(tǒng)的變焦時間，實(shí)現(xiàn) 檢測方便、精度高、成本低。
[0006] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：
[0007] -種電控變焦透鏡變焦時間的自動檢測裝置，包括變焦透鏡、電控變焦透鏡驅(qū)動 模塊、激光器、空間濾波和擴(kuò)束模塊、分光模塊、光電探測器、差分放大器、數(shù)據(jù)采集與處理 模塊；其中：所述電控變焦透鏡驅(qū)動模塊用于驅(qū)動變焦透鏡，所述激光器、空間濾波和擴(kuò)束 模塊、分光模塊、變焦透鏡以及光電探測器前后依次設(shè)置，其中變焦透鏡設(shè)置在分光模塊的 探測光出射端，光電探測器與差分放大器相連接，差分放大器和電控變焦透鏡驅(qū)動模塊均 與數(shù)據(jù)采集與處理模塊相連接。
[0008] 進(jìn)一步的，本發(fā)明的一種電控變焦透鏡變焦時間的自動檢測裝置，所述電控變焦 透鏡驅(qū)動模塊包括依次連接的矩形脈沖發(fā)生器和高壓放大器。
[0009] 進(jìn)一步的，本發(fā)明的一種電控變焦透鏡變焦時間的自動檢測裝置，所述矩形脈沖 發(fā)生器的脈沖幅度為OV~200V且連續(xù)可調(diào)。
[0010] 進(jìn)一步的，本發(fā)明的一種電控變焦透鏡變焦時間的自動檢測裝置，所述矩形脈沖 發(fā)生器的脈沖偏置為OV~200V且連續(xù)可調(diào)。
[0011] 進(jìn)一步的，本發(fā)明的一種電控變焦透鏡變焦時間的自動檢測裝置，所述矩形脈沖 發(fā)生器的脈沖寬度為2ms~50s且連續(xù)可調(diào)。
[0012] 進(jìn)一步的，本發(fā)明的一種電控變焦透鏡變焦時間的自動檢測裝置，所述激光器為 連續(xù)激光器。
[0013] 進(jìn)一步的，本發(fā)明的一種電控變焦透鏡變焦時間的自動檢測裝置，所述分光模塊 包括依次連接的波片、偏振分光棱鏡和反射鏡，其中偏振分光棱鏡將入射光束分為探測光 和參考光。
[0014] 本發(fā)明還提出了一種基于上述自動檢測裝置進(jìn)行電控變焦透鏡變焦時間的檢測 方法，具體包括如下步驟：
[0015] 步驟A、采用激光器發(fā)出激光光束，該光束穿過空間濾波與擴(kuò)束模塊，進(jìn)入分光模 塊，得到探測光和參考光；
[0016] 步驟B、采用光電探測器接收參考光；
[0017] 步驟C、采用矩形脈沖發(fā)生器輸出矩形脈沖電壓信號，然后經(jīng)過高壓放大器放大， 獲得OV~200V的高壓信號，所述高壓信號加載在變焦透鏡上，驅(qū)動變焦透鏡實(shí)現(xiàn)變焦；
[0018] 步驟D、將探測光穿過變焦透鏡后被光電探測器接收；
[0019] 步驟E、采用差分放大器對探測光的光強(qiáng)變化和參考光的光強(qiáng)變化分別進(jìn)行差分 放大，得到實(shí)測變焦透鏡變焦響應(yīng)曲線；
[0020] 步驟F、數(shù)據(jù)采集和處理模塊對實(shí)測變焦透鏡變焦響應(yīng)曲線進(jìn)行處理，獲取變焦透 鏡變焦響應(yīng)曲線的上升時間和下降時間，即為變焦透鏡的正變焦響應(yīng)時間和逆變焦響應(yīng)時 間。
[0021] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：
[0022] 1、本發(fā)明的變焦透鏡變焦時間測試的時間分辨率可達(dá)納秒量級，測試精度高；
[0023] 2、本發(fā)明的測試裝置成本低，提高了變焦透鏡變焦時間測試的經(jīng)濟(jì)性；
[0024] 3、本發(fā)明的變焦透鏡變焦時間測試的數(shù)據(jù)量小，且直觀，能夠迅速獲得變焦透鏡 的變焦時間，顯著提高了測試效率；
[0025] 4、本發(fā)明使用矩形脈沖，能夠一次性得到變焦透鏡的正變焦和逆變焦的變焦時 間；
[0026] 5、本發(fā)明的測試裝置操作簡單。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0028] 圖2為本發(fā)明的近軸光線經(jīng)過凸透鏡時光束變換的示意圖；
[0029] 圖3為本發(fā)明的近軸光線經(jīng)過凹透鏡時光束變換的示意圖；
[0030] 圖4為本發(fā)明的高壓矩形脈沖驅(qū)動波形；
[0031] 圖5為本發(fā)明的實(shí)測變焦透鏡變焦響應(yīng)曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解 的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語（包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語）具有與本發(fā)明所屬 領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的 那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一 樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。下面的實(shí)施例可以使本專業(yè)技術(shù)人員更 全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。
[0033] 測量原理：
[0034] 變焦透鏡驅(qū)動電壓的改變，會引起變焦透鏡焦距f的變化，進(jìn)而會使經(jīng)透鏡后距 離透鏡L處中心的光強(qiáng)I1S生變化，當(dāng)變焦透鏡焦距f穩(wěn)定時，光強(qiáng)I 會穩(wěn)定。利用該 原理可以對變焦透鏡的響應(yīng)時間進(jìn)行測量。
[0035] 如圖2為近軸光線經(jīng)過凸透鏡時光束變換的示意圖，當(dāng)變焦透鏡表現(xiàn)為凸透鏡 時，f為變焦透鏡的焦距，D。為入射光束直徑，I。為入射光束中心處光強(qiáng)，距離變焦透鏡L處 的光束直徑為D 1, L處的中心光強(qiáng)為Iid
[0036] 假設(shè)光束分布均勻，由能量守恒可得
[0040] 由幾何光學(xué)可得：
[0044] 如果L相對于f足夠長，則可以滿足1。> > I p
[0045] 則上式可以改寫為：
[0048] 由此可見，對于凸透鏡變焦透鏡來說，如果L相對于變焦透鏡的焦距f足夠長，則 變焦透鏡的焦距與^成正比，即通過探測I 1就可以對變焦透鏡的焦距變化規(guī)律進(jìn)行研究。
[0049] 如圖3為近軸光線經(jīng)過凹透鏡時光束變換的示意圖，當(dāng)變焦透鏡表現(xiàn)為凹透鏡 時，假設(shè)變焦透鏡的焦距為f，入射光束直徑為D。，入射光束中心處光強(qiáng)為I。，距離變焦透鏡 L處的光束直徑為D1, L處的中心光強(qiáng)為I1。變焦透鏡對傳輸光線的變化特性如圖