專利名稱：基于哈特曼-夏克傳感器的透鏡參數(shù)測試系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動化檢測設(shè)備，特別涉及一種基于哈特曼-夏克傳感器的透鏡 參數(shù)測試系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
焦距是一個透鏡最為重要的參數(shù)之一，對于一個透鏡，焦距、焦點測量精確度的高 低會極大地影響其應(yīng)用效果甚至決定其應(yīng)用的成敗。由于色差的存在，透鏡在設(shè)計和制造 之時，其設(shè)計焦距和像差往往只針對一個或幾個波長情況加以優(yōu)化，而在大多數(shù)應(yīng)用透鏡 的情況下，實際使用的光波長往往與透鏡的設(shè)計波長有所出入，這就使得透鏡的使用效果 在一定程度上發(fā)生下降。另外，受限于制造工藝，透鏡在制造的批次與批次之間，以及每片 透鏡的個體之間，不可避免地存在參數(shù)品質(zhì)的差異，對這樣的差異如果不能事先把握，那么 對透鏡的應(yīng)用，尤其是其在光學(xué)精密測量領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用無疑是有害的。傳統(tǒng)的光學(xué)方法測 量透鏡焦距時，無論是放大率法、物距像距法、二次成像法還是莫爾條紋法，都主要靠人眼 的判斷來完成，而且要反復(fù)多次測量，測量數(shù)據(jù)靠人工記錄，人眼容易疲勞，不同的人眼以 及同一人眼在不同時間對同一光學(xué)像的判斷也存在或大或小的差別，因此傳統(tǒng)的光學(xué)測量 手段帶有很大的主觀性，雖說這樣的測量方法能滿足一定的測量精度要求，但測量工作量 大，測量速度慢，工作效率低。其后，隨著電子學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電荷耦合器件(CCD)被逐漸地 應(yīng)用到焦距測量的技術(shù)中去，CCD的應(yīng)用盡管使得焦距的測量變得更加客觀，排除了主觀誤 差所帶來的影響，但并未帶來實質(zhì)性的突破，上述提到的方法依然僅限于測量透鏡焦距，而 對透鏡的其它諸如單色像差以及色差等其它對其應(yīng)用同樣有著重要意義的指標卻始終不 能給出有效的評判。目前，各種基于哈特曼-夏克原理的光學(xué)波前傳感器已成功發(fā)明(見中國專利申 請?zhí)?01136993. 0,98112210. 8,01108430. 8,01108433. 2 和 00814577. 6)，其結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)
定，使用方便，精確度高，并能測量和表示各階像差；但其目前的應(yīng)用還相對有限。將哈特 曼_夏克波前傳感器引入透鏡參數(shù)和品質(zhì)測量則是一個全新的嘗試。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對現(xiàn)在的測試設(shè)備測試透鏡的參數(shù)單一、操作復(fù)雜的問題，提出了一 種基于哈特曼_夏克傳感器的透鏡參數(shù)測試系統(tǒng)及方法，它既能測量透鏡對于不同入射波 長所對應(yīng)的焦距長度、焦點與主面位置參數(shù)，又能對透鏡的色差、球差、彗差、像散以及高階 像差予以測量的光學(xué)檢測系統(tǒng)，同時還具有簡便易行的特點。使得人們對透鏡品質(zhì)參數(shù)有 個快速全面的了解，為透鏡的合理、正確應(yīng)用提供有力的支持。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種基于哈特曼-夏克傳感器的透鏡參數(shù)測試系統(tǒng)，依 次包括三個波長可調(diào)激光光源、分光鏡、信標光準直系統(tǒng)、口徑控制系統(tǒng)、被測透鏡、哈特 曼-夏克波前傳感器和計算機，三個波長可調(diào)激光光源分別垂直指向分光鏡的三個入射 面，信標光準直系統(tǒng)位于三路信標光共同的出射方向；孔徑控制裝置位于信標光準直系統(tǒng)
3的后方；三個波長可調(diào)激光光源、分光鏡、信標光準直系統(tǒng)和口徑控制裝置共同組成信標光 輸出光路，被測透鏡置于信標光輸出光路的出射端；哈特曼-夏克波前傳感器位于靠近被 測透鏡的出射端，哈特曼_夏克波前傳感器和三個波長可調(diào)激光光源連接同一計算機，計 算機對數(shù)據(jù)進行處理。所述三個波長可調(diào)激光光源的可調(diào)波長分別覆蓋三個不同的波長范圍。所述信標光準直系統(tǒng)包括顯微物鏡、低通濾波器以及準直透鏡(組)。所述被測透鏡可以是單一透鏡，也可是透鏡組。一種基于哈特曼_夏克傳感器的透鏡參數(shù)測試方法，包括基于哈特曼_夏克傳感 器的透鏡參數(shù)測試系統(tǒng)，所述測試方法包括如下具體步驟1)首先設(shè)置并選擇被測透鏡的測量波長，開啟激光光源，并將孔徑控制裝置的通 光孔調(diào)節(jié)至最大通光孔徑，信標光通過信標光準直系統(tǒng)后出射并被哈特曼-夏克波前傳感 器探測，計算機根據(jù)采集得到的波前斜率信息對出射波前進行重構(gòu)后處理并輸出到顯示 器；2)根據(jù)重構(gòu)得到的波前，調(diào)整信標光準直系統(tǒng)以實現(xiàn)準直平行光的輸出，校準完 成后可以看到哈特曼-夏克波前傳感器探測到的經(jīng)由準直系統(tǒng)準直的出射光波前其光焦 度為零；3)將被測透鏡安裝于孔徑控制裝置與哈特曼_夏克波前傳感器之間，準直光束通 過被測透鏡后進入哈特曼_夏克波前傳感器的入瞳，哈特曼_夏克波前傳感器的CCD采集 得到會聚或發(fā)散光束照射傳感器后所形成的光斑圖像；4)調(diào)節(jié)孔徑控制裝置的大小使得光斑像剛好充滿哈特曼_夏克波前傳感器的入 瞳，設(shè)哈特曼_夏克波前傳感器的入瞳直徑為Rh(單位m)，測量得到此時孔徑控制裝置的 通光直徑為Ra(單位m)，哈特曼-夏克波前傳感器測得的出射波前光焦度為Dpt (單位
R
πΓ1)，則此時所測得的被測透鏡的焦距可由公式=計算得到；5)切換不同波長的激光，重復(fù)1) 4)步驟，比較不同波長下對應(yīng)的焦距值，即可 獲得透鏡的位置色差。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明基于哈特曼_夏克傳感器的透鏡參數(shù)測試系統(tǒng)及 方法，將哈特曼-夏克波前傳感器的波前測量功能運用到透鏡參數(shù)和品質(zhì)的測定中來，可 以全面地考察透鏡的焦距參數(shù)與像差品質(zhì)，結(jié)合波長可調(diào)的激光器，還可實現(xiàn)對色差的測 量，考察不同波長情況下透鏡焦距與像差分布的變化情況。


圖1為本發(fā)明基于哈特曼_夏克傳感器的透鏡參數(shù)測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖。
具體實施例方式如圖1所示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖，基于哈特曼-夏克傳感器的透鏡參數(shù)測試系統(tǒng) 依次包括三個波長可調(diào)激光光源1、2、3，分光鏡4、信標光準直系統(tǒng)12、口徑控制系統(tǒng)8、 被測透鏡(組)9、哈特曼-夏克波前傳感器10和計算機11，波長可調(diào)激光光源1、2、3分 別垂直指向分光鏡4的三個入射面，其可調(diào)波長分別覆蓋三個不同的波長范圍，三個波長
權(quán)利要求
一種基于哈特曼 夏克傳感器的透鏡參數(shù)測試系統(tǒng)，其特征在于，依次包括三個波長可調(diào)激光光源、分光鏡、信標光準直系統(tǒng)、口徑控制系統(tǒng)、被測透鏡、哈特曼 夏克波前傳感器和計算機，三個波長可調(diào)激光光源分別垂直指向分光鏡的三個入射面，信標光準直系統(tǒng)位于三路信標光共同的出射方向；孔徑控制裝置位于信標光準直系統(tǒng)的后方；三個波長可調(diào)激光光源、分光鏡、信標光準直系統(tǒng)和口徑控制裝置共同組成信標光輸出光路，被測透鏡置于信標光輸出光路的出射端；哈特曼 夏克波前傳感器位于靠近被測透鏡的出射端，哈特曼 夏克波前傳感器和三個波長可調(diào)激光光源連接同一計算機，計算機對數(shù)據(jù)進行處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于哈特曼-夏克傳感器的透鏡參數(shù)測試系統(tǒng)，其特征在于，所 述三個波長可調(diào)激光光源的可調(diào)波長分別覆蓋三個不同的波長范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于哈特曼-夏克傳感器的透鏡參數(shù)測試系統(tǒng)，其特征在于，所 述信標光準直系統(tǒng)包括顯微物鏡、低通濾波器以及準直透鏡(組)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于哈特曼-夏克傳感器的透鏡參數(shù)測試系統(tǒng)，其特征在于，所 述被測透鏡可以是單一透鏡，也可是透鏡組。
5.一種基于哈特曼_夏克傳感器的透鏡參數(shù)測試方法，包括基于哈特曼_夏克傳感器 的透鏡參數(shù)測試系統(tǒng)，其特征在于，所述測試方法包括如下具體步驟1)首先設(shè)置并選擇被測透鏡的測量波長，開啟激光光源，并將孔徑控制裝置的通光孔 調(diào)節(jié)至最大通光孔徑，信標光通過信標光準直系統(tǒng)后出射并被哈特曼_夏克波前傳感器探 測，計算機根據(jù)采集得到的波前斜率信息對出射波前進行重構(gòu)后處理并輸出到顯示器；2)根據(jù)重構(gòu)得到的波前，調(diào)整信標光準直系統(tǒng)以實現(xiàn)準直平行光的輸出，校準完成后 可以看到哈特曼-夏克波前傳感器探測到的經(jīng)由準直系統(tǒng)準直的出射光波前其光焦度為 零；3)將被測透鏡安裝于孔徑控制裝置與哈特曼_夏克波前傳感器之間，準直光束通過被 測透鏡后進入哈特曼_夏克波前傳感器的入瞳，哈特曼_夏克波前傳感器的CCD采集得到 會聚或發(fā)散光束照射傳感器后所形成的光斑圖像；4)調(diào)節(jié)孔徑控制裝置的大小使得光斑像剛好充滿哈特曼_夏克波前傳感器的入瞳，設(shè) 哈特曼-夏克波前傳感器的入瞳直徑為Rh(單位m)，測量得到此時孔徑控制裝置的通光直 徑為Ra(單位m)，哈特曼-夏克波前傳感器測得的出射波前光焦度為Dpt (單位！!!—1)，則此R時所測得的被測透鏡的焦距可由公式/’ = ^^一計算得到；5)切換不同波長的激光，重復(fù)1) 4)步驟，比較不同波長下對應(yīng)的焦距值，即可獲得 透鏡的位置色差。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于哈特曼-夏克傳感器的透鏡參數(shù)測試系統(tǒng)及方法，通過對被測透鏡入射一束參考光，使用波前傳感器對出射被測透鏡的光波前加以探測，重構(gòu)光波前并計算波前的匯聚/發(fā)散中心從而獲得正/負透鏡焦距、焦點與主面位置；使用不同波長的入射光入射被測透鏡，可獲得不同波長的焦距、焦點與主面位置；對重構(gòu)并還原的波前進行波前分析，根據(jù)波前疊加原理，使用最小二乘法將測得的波前展開為像差基元的疊加形式，使得每個像差基元都對應(yīng)有一定大小的權(quán)重因子，討論權(quán)重因子的分布可得到透鏡像差的分布情況?？梢匀娴乜疾焱哥R的焦距參數(shù)與像差品質(zhì)，結(jié)合波長可調(diào)的激光器，還可實現(xiàn)對色差的測量，考察不同波長情況下透鏡焦距與像差分布的變化情況。
文檔編號G01J9/00GK101963543SQ20101025658
公開日2011年2月2日 申請日期2010年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月19日
發(fā)明者吳佳杰 申請人:上海理工大學(xué)