專利名稱：連續(xù)采樣的哈特曼檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)元件質(zhì)量的檢測(cè)，尤其涉及一種連續(xù)采樣的哈特曼檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
哈特曼檢測(cè)法是通過被檢透鏡的會(huì)聚光束偏離同心程度來確定被檢透鏡質(zhì)量的定量檢測(cè)方法。其主要部件是一個(gè)不透明的哈特曼光闌，利用光闌上不同位置的小孔對(duì)檢測(cè)光束進(jìn)行分割，以得到照射在被檢透鏡不同區(qū)域的子光束會(huì)聚點(diǎn)位置的差異。傳統(tǒng)的哈特曼檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，光源1發(fā)出的光線經(jīng)聚光鏡2照明小孔光闌3，從而獲得點(diǎn)光源；小孔光闌3位于平行光管4的前焦點(diǎn)處，由小孔光闌3射出的光束經(jīng)平行光管4準(zhǔn)直為平行光束后，照射到哈特曼光闌5上并被哈特曼光闌5分割成許多子光束射向被檢透鏡6。利用照相方法在位置7和8處測(cè)量子光束中心與光軸的距離，最后通過分析得到被檢透鏡6的像差信息。在先技術(shù)中，哈特曼光闌5上的小孔分布是非連續(xù)的，根據(jù)小孔的分布形式，哈特曼光闌可以分為徑向式、螺旋式和矩形列陣式等多種類型。其中矩形列陣式哈特曼光闌結(jié)構(gòu)如圖2所示，該光闌上的小孔位于與兩坐標(biāo)軸分別平行的許多等間隔直線的交點(diǎn)處。
上述在先技術(shù)的缺點(diǎn)是1、無法測(cè)量局部誤差。由于光闌上分布的小孔是非連續(xù)的，使被檢透鏡表面上有些區(qū)域不能被采樣到。
2、非連續(xù)性的采樣，給計(jì)算帶來誤差。在計(jì)算波像差時(shí)一般采用梯形積分來代替連續(xù)積分，即wx=12fλ∫0xΔ(x)dx=Σx=0xΔ(x)d2fλ]]>(其中Wx為由X方向積分得到的波前，d為X方向上相鄰兩孔之間的距離)。由于哈特曼光闌是固定的，當(dāng)被檢透鏡口徑較小時(shí)，小孔間隔d就相對(duì)較大，由梯形法則代替連續(xù)積分所引起的誤差就不容忽視。
3、哈特曼光闌上小孔的大小不可調(diào)，測(cè)量靈活性差。小孔的大小即采樣子光束口徑的大小需要與被檢透鏡的焦距和數(shù)值孔徑相匹配，才能得到較好的檢測(cè)結(jié)果。所以在先技術(shù)為了檢測(cè)不同參數(shù)的被測(cè)透鏡，就必須設(shè)計(jì)與之相應(yīng)的哈特曼光闌，導(dǎo)致測(cè)量靈活性差。
4、對(duì)平行光管有很高的要求。該裝置要求照射在光闌上的光束為大口徑高質(zhì)量的平行光束，且其口徑必須大于或等于被檢透鏡的口徑，這就對(duì)平行光管提出了極高的設(shè)計(jì)和加工要求，提高了儀器的造價(jià)。
5、檢測(cè)光的波長是唯一的。由于大口徑平行光管的復(fù)雜性，更換檢測(cè)光源幾乎不可能，因此就不能用被檢透鏡的工作波長對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果不直接。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述在先技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種新的連續(xù)采樣的哈特曼檢測(cè)裝置，以提高檢測(cè)的精度和效率。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種用于透鏡光學(xué)質(zhì)量檢測(cè)的連續(xù)采樣的哈特曼檢測(cè)裝置，由照明系統(tǒng)、光束掃描機(jī)構(gòu)、被檢透鏡、圖像接受系統(tǒng)以及系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理軟件組成，其特征在于所述的照明系統(tǒng)是一輸出光束口徑可調(diào)的準(zhǔn)直光源；所述的光束掃描機(jī)構(gòu)由圓形屏、第一步進(jìn)電機(jī)、一維電動(dòng)調(diào)整架和支架組成，該圓形屏安放在一支架上，該支架的一方固定該第一步進(jìn)電機(jī)，第一步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)該圓形屏繞其軸旋轉(zhuǎn)，該一維電動(dòng)調(diào)整架的兩導(dǎo)軌沿徑向固定在該圓形屏上，該導(dǎo)軌上設(shè)置一滑塊，該滑塊上承載所述的照明系統(tǒng)，所述滑塊受第三步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)在導(dǎo)軌上移動(dòng)；所述的圖像接受系統(tǒng)包括CCD攝像機(jī)、導(dǎo)軌、第二步進(jìn)電機(jī)、支架和計(jì)算機(jī)，所述的CCD攝像機(jī)通過支架置于導(dǎo)軌上，該導(dǎo)軌的方向與被檢透鏡的光軸平行，CCD攝像機(jī)光軸與被檢透鏡光軸和圓形屏的轉(zhuǎn)軸三者同軸，所述的計(jì)算機(jī)與第一步進(jìn)電機(jī)、第二步進(jìn)電機(jī)、第三步進(jìn)電機(jī)和CCD攝像機(jī)通過信號(hào)線相連。
所述的圓形屏最好是有一徑向空槽，該一維電動(dòng)調(diào)整架的兩導(dǎo)軌沿該空槽固定在該圓形屏上，該導(dǎo)軌上設(shè)置一滑塊，該滑塊上載有所述的照明系統(tǒng)并使其恰好位于該空槽內(nèi)，所述的徑向空槽是一過該圓形屏軸心的空槽。
所述的被檢透鏡在照明系統(tǒng)的光束前進(jìn)方向，其光軸與圓形屏的轉(zhuǎn)軸同軸。
連續(xù)采樣的哈特曼檢測(cè)裝置，照明系統(tǒng)安裝在光束掃描機(jī)構(gòu)上，其出射光束口徑大小與在先技術(shù)中小孔的口徑相當(dāng)；光束掃描機(jī)構(gòu)能繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)軸與被檢透鏡的光軸重合；被檢透鏡對(duì)光束具有會(huì)聚作用；圖像接收系統(tǒng)在像方的不同位置采集光斑圖像；系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理軟件能控制照明系統(tǒng)沿被檢透鏡的徑向移動(dòng)，控制光束掃描機(jī)構(gòu)繞光軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以及處理光斑圖像數(shù)據(jù)。
1、所述的照明系統(tǒng)用于提供采樣光束，由光源、準(zhǔn)直透鏡組、擴(kuò)束鏡組和可變光闌組成。光源產(chǎn)生的光束經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡的準(zhǔn)直、擴(kuò)束鏡組的擴(kuò)束以及可變光闌對(duì)光束口徑的調(diào)節(jié)后，成為高質(zhì)量的平行光束。
2、所述的光束掃描機(jī)構(gòu)由圓形屏、一維調(diào)整架和第一步進(jìn)電機(jī)組成。照明系統(tǒng)被安裝在一維調(diào)整架上，一維調(diào)整架沿圓形屏徑向安裝在圓形屏上，一維調(diào)整架可以使照明系統(tǒng)沿圓形屏徑向移動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)可以驅(qū)動(dòng)圓形屏繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。這種機(jī)構(gòu)可以用來實(shí)現(xiàn)對(duì)被檢透鏡整個(gè)通光口徑的二維掃描采樣，其中二維掃描指半徑與圓周兩個(gè)方向相結(jié)合的掃描方式。首先調(diào)整一維調(diào)整架使照明系統(tǒng)離圓形屏轉(zhuǎn)軸中心一定距離處，然后步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)圓形屏轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，這樣就完成對(duì)被檢透鏡一個(gè)環(huán)帶的檢測(cè)。一維調(diào)整架與步進(jìn)電機(jī)以上述方式配合就實(shí)現(xiàn)了對(duì)被檢透鏡任意位置的采樣。
3、圖像接收系統(tǒng)包括CCD攝像機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、計(jì)算機(jī)等組成。其中CCD攝像機(jī)用于采集像方空間的光斑圖像，并把圖像傳遞給計(jì)算機(jī)，由軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理。初始化條件下，CCD攝像機(jī)以小的離焦量位于焦后。系統(tǒng)開始工作時(shí)，照明系統(tǒng)沿被檢透鏡的徑向移動(dòng)與光束掃描機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)相結(jié)合完成對(duì)被檢透鏡整個(gè)通光口徑的采樣，同時(shí)CCD攝像機(jī)記錄下這些圖像；然后CCD攝像機(jī)在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下沿軸向著被檢透鏡移動(dòng)一定距離，再對(duì)被檢透鏡進(jìn)行全口徑采樣；重復(fù)上述步驟，直到CCD攝像機(jī)在幾個(gè)位置完成采集為止。在整個(gè)檢測(cè)過程中CCD攝像機(jī)對(duì)圖像的采集、光束掃描機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)及照明系統(tǒng)的徑向移動(dòng)都受系統(tǒng)軟件的控制，保證了CCD攝像機(jī)采集到的光斑信息與被檢透鏡采樣點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)。
4、系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理軟件用于控制照明系統(tǒng)沿被檢透鏡徑向的移動(dòng)、光束掃描機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)、采樣光束在像方的光斑圖像的采集、CCD攝像機(jī)軸向位置的精密移動(dòng)以及檢測(cè)結(jié)果的處理。
本發(fā)明與在先技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明最顯著的特點(diǎn)是采用細(xì)光束掃描機(jī)構(gòu)，代替了傳統(tǒng)哈特曼檢測(cè)裝置中的大口徑高質(zhì)量平行光管和小孔排列結(jié)構(gòu)固定的哈特曼光闌。
2、能對(duì)被檢透鏡進(jìn)行全面檢測(cè)。連續(xù)采樣使得被檢透鏡的每個(gè)區(qū)域都能被檢測(cè)到，可以得到透鏡的局部誤差。
3、減少了計(jì)算中帶來的誤差?？梢愿鶕?jù)被檢透鏡的不同口徑設(shè)置照明系統(tǒng)沿被檢透鏡徑向的單步移動(dòng)量，以使裝置對(duì)不同的被檢透鏡都能得到較高的采樣頻率，使計(jì)算時(shí)由梯形法則積分代替連續(xù)積分引起的誤差可以忽略。
4、采樣光束口徑大小可以隨意調(diào)節(jié)?？梢愿鶕?jù)被檢透鏡的焦距及數(shù)值孔徑調(diào)節(jié)照明系統(tǒng)的可變光闌，以得到較合適的采樣光束的口徑。
5、檢測(cè)波長可變。可以通過更換不同波長的光源，實(shí)現(xiàn)對(duì)在被檢透鏡的工作波長下對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，使檢測(cè)結(jié)果直接、實(shí)用。
6、減小了照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與加工難度，因?yàn)楸景l(fā)明采用小孔徑準(zhǔn)直平行光束代替?zhèn)鹘y(tǒng)的大口徑高質(zhì)量平行光束。
7、提高了檢測(cè)的效率，實(shí)現(xiàn)了哈特曼光闌檢測(cè)法的智能化和數(shù)字化。


圖1是在先技術(shù)哈特曼檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是在先技術(shù)采用的哈特曼光闌結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明連續(xù)采樣的哈特曼檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明采用的照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明采用的光束掃描機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本發(fā)明采用的系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理軟件流程圖。
具體實(shí)施例方式先請(qǐng)參閱圖3，圖3是本發(fā)明連續(xù)采樣的哈特曼檢測(cè)裝置具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可以看出，本發(fā)明由照明系統(tǒng)9、光束掃描機(jī)構(gòu)10、被檢透鏡11、圖像接收系統(tǒng)12和系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理軟件組成。所述的照明系統(tǒng)9固定在光束掃描機(jī)構(gòu)10中的一維電動(dòng)調(diào)整架103上，一維電動(dòng)調(diào)整架103受計(jì)算機(jī)125控制。所述的光束掃描機(jī)構(gòu)10安裝在支架104上，支架104的一方固定有一個(gè)受計(jì)算機(jī)125控制的第一步進(jìn)電機(jī)102，光束掃描機(jī)構(gòu)10能在第一步進(jìn)電機(jī)102的驅(qū)動(dòng)下繞被檢透鏡11的光軸轉(zhuǎn)動(dòng)；所述的被檢透鏡11對(duì)光束具有會(huì)聚作用。所述的圖像接收系統(tǒng)12中的CCD攝像機(jī)121通過支架置于導(dǎo)軌122上，導(dǎo)軌122移動(dòng)方向與被檢透鏡11的光軸平行，與計(jì)算機(jī)125相連的第二步進(jìn)電機(jī)123用于控制CCD攝像機(jī)121沿光軸移動(dòng)。CCD攝像機(jī)121的靶面與光軸垂直，而且通過信號(hào)線與計(jì)算機(jī)125相連，能夠?qū)⒔邮盏降墓獍邎D像傳遞給計(jì)算機(jī)125。所述的系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理軟件安裝在計(jì)算機(jī)125上，用于控制照明系統(tǒng)9沿被檢透鏡11的徑向移動(dòng)、光束掃描機(jī)構(gòu)10繞光軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，CCD攝像機(jī)121沿光軸的移動(dòng)，處理光斑圖像以及計(jì)算被檢透鏡的性能參數(shù)。
本發(fā)明的照明系統(tǒng)9用于產(chǎn)生平行光束，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，由半導(dǎo)體激光器91、準(zhǔn)直透鏡組92、擴(kuò)束鏡組93和可變光闌94組成。所述的半導(dǎo)體激光器91產(chǎn)生的光束具有一定的發(fā)散角且垂直方向和水平方向發(fā)散角不同。所述的準(zhǔn)直透鏡組92由一個(gè)負(fù)透鏡和一個(gè)正透鏡組成，用于將發(fā)散光束變?yōu)槠叫泄馐?。所述的擴(kuò)束鏡組93由聚焦鏡931和準(zhǔn)直鏡932組成，用于擴(kuò)大平行光束的口徑并減小其發(fā)散角，其中聚焦鏡931的像方焦點(diǎn)與準(zhǔn)直鏡932的物方焦點(diǎn)重合，光束口徑擴(kuò)大倍數(shù)等于準(zhǔn)直鏡932焦距與聚焦鏡931焦距之比。所述的可變光闌94用于調(diào)節(jié)出射光束的口徑大小，其口徑連續(xù)可變。本照明系統(tǒng)工作過程是半導(dǎo)體激光器91發(fā)出的發(fā)散光束被準(zhǔn)直透鏡組92準(zhǔn)直后變?yōu)楦哔|(zhì)量的平行光束，該平行光束經(jīng)過擴(kuò)束鏡組93的擴(kuò)束以及可變光闌94限定口徑后，以一定口徑出射。
光束掃描機(jī)構(gòu)10是本發(fā)明最重要的部件，用來實(shí)現(xiàn)對(duì)被檢透鏡11整個(gè)口徑的二維連續(xù)掃描采樣，其結(jié)構(gòu)如圖5所示，由圓形屏101、第一步進(jìn)電機(jī)102、一維電動(dòng)調(diào)整架103和支架104組成。所述的圓形屏101有一個(gè)通過軸心的徑向空槽，其余部分均被涂黑，并且在光束掃描機(jī)構(gòu)10的轉(zhuǎn)軸中心處刻有一個(gè)白色豎線作為標(biāo)記。所述的第一步進(jìn)電機(jī)102受系統(tǒng)軟件控制，用于驅(qū)動(dòng)光束掃描機(jī)構(gòu)10繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。所述的一維電動(dòng)調(diào)整架103包括導(dǎo)軌1031、載有照明系統(tǒng)的滑塊1032和第三步進(jìn)電機(jī)1033。導(dǎo)軌1031沿著空槽固定在圓形屏101上，以使照明系統(tǒng)9剛好位于該空槽內(nèi)。在滑塊1032的一側(cè)刻有一個(gè)豎形標(biāo)記，若該標(biāo)記與圓形屏上的標(biāo)記重合，則說明此時(shí)照明系統(tǒng)出射的光束中心光線與轉(zhuǎn)軸重合。這種機(jī)構(gòu)可以用來實(shí)現(xiàn)對(duì)被檢透鏡整個(gè)通光口徑的二維掃描采樣，其中二維掃描指半徑與圓周兩個(gè)方向相結(jié)合的掃描方式。首先系統(tǒng)軟件控制一維電動(dòng)調(diào)整架使照明系統(tǒng)移動(dòng)到離轉(zhuǎn)軸中心一定距離處，然后第一步進(jìn)電機(jī)102驅(qū)動(dòng)光束掃描機(jī)構(gòu)10轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，這樣就完成對(duì)被檢透鏡一個(gè)環(huán)帶的采樣。一維電動(dòng)調(diào)整架103使照明系統(tǒng)9沿徑向的移動(dòng)與光束掃描機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)以上述方式相配合，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)被檢透鏡11任意位置的采樣。為了實(shí)現(xiàn)上述功能本機(jī)構(gòu)在裝調(diào)時(shí)需要滿足以下條件光束掃描機(jī)構(gòu)10的轉(zhuǎn)軸要與被檢透鏡11的光軸重合、圓形屏101要與被檢透鏡11的光軸垂直、空槽要過光束掃描機(jī)構(gòu)10的轉(zhuǎn)軸中心、采樣光束中心光線能夠與光束掃描機(jī)構(gòu)10的轉(zhuǎn)軸重合，這樣就保證了當(dāng)光束掃描機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)檢測(cè)的為被檢透鏡的同一環(huán)帶。
本發(fā)明的圖像接收系統(tǒng)12由CCD攝像機(jī)121、與光軸平行的導(dǎo)軌122、第二步進(jìn)電機(jī)123、支架124以及計(jì)算機(jī)125組成。CCD攝像機(jī)121通過支架124置于導(dǎo)軌122上，在支架124下方安裝有步進(jìn)電機(jī)123，CCD攝像機(jī)121能夠在第二步進(jìn)電機(jī)123驅(qū)動(dòng)下沿導(dǎo)軌122運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)軌122與光軸的平行保證了CCD攝像機(jī)121移動(dòng)方向與光軸重合，第二步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)CCD攝像機(jī)121移動(dòng)，使接收面之間的距離能夠精確測(cè)定，提高了后繼計(jì)算的精度。檢測(cè)過程中CCD攝像機(jī)121采集光斑圖像并把它傳遞給計(jì)算機(jī)125，由系統(tǒng)軟件對(duì)圖像進(jìn)行初步處理得到光束中心光線交在CCD攝像機(jī)靶面上的坐標(biāo)值。當(dāng)被檢透鏡11全口徑檢測(cè)完成后，第二步進(jìn)電機(jī)123驅(qū)動(dòng)CCD攝像機(jī)121沿光軸移動(dòng)一段距離，重新對(duì)被檢透鏡11全口徑進(jìn)行采樣。重復(fù)上述過程直到CCD攝像機(jī)121已經(jīng)在幾個(gè)位置完成了圖像的采集。
本發(fā)明的系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理軟件的流程如圖6所示，系統(tǒng)開始工作前的初始條件為圓形屏101、及CCD攝像機(jī)121的靶面都與被檢透鏡11的光軸垂直，光束掃描機(jī)構(gòu)10的轉(zhuǎn)軸中心與被檢透鏡11的光軸重合，CCD攝像機(jī)121的靶面位于理想焦面后方一定距離處，照明系統(tǒng)9出射光束的光軸與光束掃描機(jī)構(gòu)10的轉(zhuǎn)軸重合。系統(tǒng)對(duì)被檢透鏡11的檢驗(yàn)過程如下所述(1)軟件控制光束掃描機(jī)構(gòu)10繞其軸轉(zhuǎn)動(dòng)e角，從照明系統(tǒng)9出射的小口徑平行光束投射在被檢透鏡11的某一區(qū)域，經(jīng)被檢透鏡11會(huì)聚后射向CCD攝像機(jī)121，CCD攝像機(jī)121將接收到的光斑圖像傳遞給計(jì)算機(jī)125，軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理，得到采樣光束的中心光線交到靶面上的位置坐標(biāo)(x1，y1，z1)(該坐標(biāo)系的XOY面是以CCD攝像機(jī)121靶面左上角第一個(gè)像素作為坐標(biāo)原點(diǎn)，以垂直紙面向外為X軸正向以在紙面內(nèi)豎直向下為Y軸正向，以像素為單位，該坐標(biāo)系的Z軸與光軸平行，以CCD攝像機(jī)121初始位置為零點(diǎn)，沿光路行徑方向?yàn)檎?；(2)重復(fù)步驟(1)，直到光束掃描機(jī)構(gòu)10剛好已經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈；(3)軟件控制第二步進(jìn)電機(jī)使照明系統(tǒng)沿被檢透鏡11徑向移動(dòng)一定距離，重復(fù)步驟(1)和(2)。
(4)當(dāng)被檢透鏡11的整個(gè)通光口徑都被采樣過后，軟件控制CCD攝像機(jī)121向著光路的反方向軸向移動(dòng)一段距離，重復(fù)步驟(1)、(2)、(3)(5)重復(fù)上述步驟，當(dāng)CCD攝像機(jī)121已經(jīng)被移動(dòng)4次時(shí)，系統(tǒng)采樣過程結(jié)束。此時(shí)檢測(cè)被檢透鏡11同一位置的采樣光束已經(jīng)在像方的5個(gè)位置被CCD攝像機(jī)121采集下來，同時(shí)軟件對(duì)其處理，得到采樣光束中心光線分別在這5個(gè)位置與CCD攝像機(jī)121的靶面相交的坐標(biāo)，分別記為被檢測(cè)時(shí)采樣光束中心光線與靶面的交點(diǎn)坐標(biāo)分別記為(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)、(x4，y4，z4)、(x5，y5，z5)。
最后計(jì)算機(jī)通過軟件開始進(jìn)行數(shù)值計(jì)算以得到被檢透鏡11的一些質(zhì)量評(píng)價(jià)參數(shù)。數(shù)值計(jì)算過程如下首先將CCD攝像機(jī)121在位置Z1時(shí)，裝置對(duì)被檢透鏡11某個(gè)環(huán)帶采樣時(shí)得到的一些坐標(biāo)值用最小二乘法進(jìn)行圓擬和，得到擬和圓半徑R1，記為(R1，Z1)，然后將CCD攝像機(jī)121在其他4個(gè)位置時(shí)，裝置對(duì)被檢透鏡11同一環(huán)帶采樣時(shí)得到的坐標(biāo)值進(jìn)行擬和，結(jié)果記為(R2，Z2)、(R3，Z3)、(R4，Z4)和(R5，Z5)。對(duì)這5個(gè)點(diǎn)用最小二乘法進(jìn)行直線擬和得到直線方程Z＝f(R)，令R＝0，解方程得Z0，Z0與理想焦面位置差值便是該環(huán)帶的平均縱向球差。用同樣的方法可以得到被檢透鏡11任意環(huán)帶的平均縱向球差δL′。最后環(huán)帶平均波像差可由公式wh=Σ0h-δL′·hf′2·Δh]]>算得，其中f’為被檢透鏡11的理想像方焦距，h為環(huán)帶離透鏡中心的距離，Δh為相鄰環(huán)帶之間的距離。
圖3是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其具體結(jié)構(gòu)參數(shù)敘述如下
照明系統(tǒng)9中半導(dǎo)體激光器91的波長為1.06μm，光束發(fā)散角垂直方向?yàn)?0°，水平方向?yàn)?0°。準(zhǔn)直透鏡組92由一個(gè)正透鏡和一個(gè)負(fù)透鏡組成，出射的高質(zhì)量平行光束的口徑是Φ2mm。擴(kuò)束鏡組903中的準(zhǔn)直透鏡932與聚焦鏡931的焦距之比為5，則通過擴(kuò)束鏡組后光束口徑被放大5倍，變?yōu)棣?0mm?？勺児怅@94的口徑是連續(xù)可調(diào)的，最大口徑為Φ15mm，根據(jù)被檢透鏡的參數(shù)，我們調(diào)節(jié)可變光闌使出射光束的口徑為Φ6mm。光束掃描機(jī)構(gòu)10的圓形屏101口徑為Φ400mm，其上的空槽寬20mm，長420mm，空槽的軸線過光束掃描機(jī)構(gòu)10的轉(zhuǎn)軸中心。第一步進(jìn)電機(jī)102為四相線混合式步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)光束掃描機(jī)構(gòu)10每次轉(zhuǎn)動(dòng)0.9°或者根據(jù)測(cè)量需要每次轉(zhuǎn)動(dòng)0.9°的整數(shù)倍。一維電動(dòng)調(diào)整架103行程為400mm，采樣過程中一維電動(dòng)調(diào)整架103每次驅(qū)動(dòng)照明系統(tǒng)9移動(dòng)2mm(可以根據(jù)需要得到的檢測(cè)精度自行設(shè)定)。被檢透鏡11的通光口徑為Φ300mm，焦距為900mm，工作波長為1.06μm。CCD攝像機(jī)121為1/3″黑白CCD攝像機(jī)，像素尺寸為6.5μm×6.3μm。第二步進(jìn)電機(jī)123驅(qū)動(dòng)CCD攝像機(jī)121每次軸向移動(dòng)距離為1mm。系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理軟件用VC++語言編寫，安裝在計(jì)算機(jī)125上，其通過計(jì)算機(jī)上的圖像采集卡對(duì)CCD攝像機(jī)121進(jìn)行控制，通過計(jì)算機(jī)125上的并行口對(duì)裝置中的步進(jìn)電機(jī)發(fā)出時(shí)序脈沖進(jìn)行控制。
權(quán)利要求
1.一種用于透鏡光學(xué)質(zhì)量檢測(cè)的連續(xù)采樣的哈特曼檢測(cè)裝置，由照明系統(tǒng)(9)、光束掃描機(jī)構(gòu)(10)、被檢透鏡(11)、圖像接受系統(tǒng)(12)以及系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理軟件組成，其特征在于所述的照明系統(tǒng)(9)是一輸出光束口徑可調(diào)的準(zhǔn)直光源；所述的光束掃描機(jī)構(gòu)(10)由圓形屏(101)、第一步進(jìn)電機(jī)(102)、一維電動(dòng)調(diào)整架(103)和支架(104)組成，該圓形屏(101)安放在一支架(104)上，該支架(104)的一方固定該第一步進(jìn)電機(jī)(102)，第一步進(jìn)電機(jī)(102)驅(qū)動(dòng)該圓形屏(101)繞其軸旋轉(zhuǎn)，該一維電動(dòng)調(diào)整架(103)的兩導(dǎo)軌(1031)沿徑向固定在該圓形屏(101)上，該導(dǎo)軌(1031)上設(shè)置一滑塊(1032)，該滑塊(1032)上承載所述的照明系統(tǒng)(9)，所述滑塊(1032)受第三步進(jìn)電機(jī)(1033)驅(qū)動(dòng)在導(dǎo)軌(1031)上移動(dòng)；所述的圖像接受系統(tǒng)(12)包括CCD攝像機(jī)(121)、導(dǎo)軌(122)、第二步進(jìn)電機(jī)(123)、支架(124)和計(jì)算機(jī)(125)，所述的CCD攝像機(jī)(121)通過支架(124)置于導(dǎo)軌(122)上，該導(dǎo)軌(122)的方向與被檢透鏡(11)的光軸平行，CCD攝像機(jī)(121)光軸與被檢透鏡(11)光軸和圓形屏(101)的轉(zhuǎn)軸三者同軸，所述的計(jì)算機(jī)(125)與第一步進(jìn)電機(jī)(102)、第二步進(jìn)電機(jī)(123)、第三步進(jìn)電機(jī)(1033)和CCD攝像機(jī)(121)通過信號(hào)線相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)采樣的哈特曼檢測(cè)裝置，其特征在于所述的圓形屏(101)有一徑向空槽，該一維電動(dòng)調(diào)整架(103)的兩導(dǎo)軌(1031)沿該空槽固定在該圓形屏(101)上，該導(dǎo)軌(1031)上設(shè)置一滑塊(1032)，該滑塊(1032)上載有所述的照明系統(tǒng)(9)并使其恰好位于該空槽內(nèi)，所述的徑向空槽是一過該圓形屏(101)軸心的空槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)采樣的哈特曼檢測(cè)裝置，其特征在于所述的被檢透鏡(11)在照明系統(tǒng)(9)的光束前進(jìn)方向，其光軸與圓形屏(101)的轉(zhuǎn)軸同軸。
全文摘要
一種用于透鏡光學(xué)質(zhì)量檢測(cè)的連續(xù)采樣的哈特曼檢測(cè)裝置，由照明系統(tǒng)、光束掃描機(jī)構(gòu)、被檢透鏡、圖像接受系統(tǒng)以及系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)處理軟件組成，其特征在于所述的照明系統(tǒng)是一輸出光束口徑可調(diào)的準(zhǔn)直光源；所述的光束掃描機(jī)構(gòu)由圓形屏、第一步進(jìn)電機(jī)、一維電動(dòng)調(diào)整架和支架組成；所述的圖像接受系統(tǒng)包括CCD攝像機(jī)、導(dǎo)軌、第二步進(jìn)電機(jī)、支架和計(jì)算機(jī)，所述的計(jì)算機(jī)與第一步進(jìn)電機(jī)、第二步進(jìn)電機(jī)、第三步進(jìn)電機(jī)和CCD攝像機(jī)通過信號(hào)線相連。本發(fā)明能對(duì)被檢透鏡進(jìn)行全面檢測(cè)，可以得到被檢透鏡的局部誤差。采樣光束口徑大小可以隨意調(diào)節(jié)。檢測(cè)波長可變。減小了照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與加工難度，提高了檢測(cè)的效率，實(shí)現(xiàn)了哈特曼光闌檢測(cè)法的智能化和數(shù)字化。
文檔編號(hào)G01M11/02GK1603773SQ200410084250
公開日2005年4月6日 申請(qǐng)日期2004年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月17日
發(fā)明者黃惠杰, 閻巖, 劉丹, 任冰強(qiáng), 趙永凱, 黃立華, 張維新 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所