基于莫尔条纹的自动对焦系统设计与控制原理

本文主要探讨了基于莫尔条纹（Moiré）效应的自动调焦技术在光学系统中的应用。该研究由Ju-Yi Lee等人进行，他们分别来自台湾交通大学的光学机械工程研究所和工业技术研究院的激光应用技术中心的光学传感部门。文章于2010年12月27日首次接收，并在2011年7月26日进行了修订，最终于8月29日接受并发表，于同年9月3日在线发布。 自动调焦系统的核心原理是利用莫尔条纹来实现精确的焦距控制。系统的工作流程是：首先，一束经过校准的激光光束通过聚焦透镜，然后照射到样品表面。由于光的反射角度会随样本与透镜间的焦点偏移而变化，这种角度的偏差直接反映出了样本与理想聚焦位置的距离，即所谓的“调焦距离”。 当光线从样品反射后，它会穿过两个螺旋形光栅。这两个光栅的相互作用会产生三种类型的莫尔条纹图案，这些图案是由光波干涉产生的，它们的特征可以被线性CCD（Charge-Coupled Device，电荷耦合器件）清晰地观察和记录下来。CCD能够捕捉到光强度的变化，从而转化为调焦距离的信息。 通过分析莫尔条纹的间距和结构变化，研究人员可以设计出一种反馈控制系统，根据接收到的图像数据计算出当前的最佳焦距。这种技术的优势在于其非接触式的测量方式，减少了机械磨损，提高了系统的稳定性和精度。此外，利用莫尔条纹的周期性变化，可以实现高分辨率的调焦，这对于微小物体成像、光学仪器和精密设备的自动化操作具有重要意义。 总结来说，这篇论文介绍了利用莫尔条纹效应作为反馈机制的自动调焦系统设计，包括光路设计、信号处理以及调焦控制算法，这为光学系统的智能化和精密控制提供了新的解决方案。这项技术对于提高光学成像设备的效率和性能具有实际应用价值，特别是在工业检测、生物医学成像和科研领域。