[发明专利]基于哈特曼-夏克传感器的透镜参数测试系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种自动化检测设备，特别涉及一种基于哈特曼-夏克传感器的透镜参数测试系统及方法。

背景技术

焦距是一个透镜最为重要的参数之一，对于一个透镜，焦距、焦点测量精确度的高低会极大地影响其应用效果甚至决定其应用的成败。由于色差的存在，透镜在设计和制造之时，其设计焦距和像差往往只针对一个或几个波长情况加以优化，而在大多数应用透镜的情况下，实际使用的光波长往往与透镜的设计波长有所出入，这就使得透镜的使用效果在一定程度上发生下降。另外，受限于制造工艺，透镜在制造的批次与批次之间，以及每片透镜的个体之间，不可避免地存在参数品质的差异，对这样的差异如果不能事先把握，那么对透镜的应用，尤其是其在光学精密测量领域内的应用无疑是有害的。传统的光学方法测量透镜焦距时，无论是放大率法、物距像距法、二次成像法还是莫尔条纹法，都主要靠人眼的判断来完成，而且要反复多次测量，测量数据靠人工记录，人眼容易疲劳，不同的人眼以及同一人眼在不同时间对同一光学像的判断也存在或大或小的差别，因此传统的光学测量手段带有很大的主观性，虽说这样的测量方法能满足一定的测量精度要求，但测量工作量大，测量速度慢，工作效率低。其后，随着电子学技术的发展，电荷耦合器件(CCD)被逐渐地应用到焦距测量的技术中去，CCD的应用尽管使得焦距的测量变得更加客观，排除了主观误差所带来的影响，但并未带来实质性的突破，上述提到的方法依然仅限于测量透镜焦距，而对透镜的其它诸如单色像差以及色差等其它对其应用同样有着重要意义的指标却始终不能给出有效的评判。

目前，各种基于哈特曼-夏克原理的光学波前传感器已成功发明(见中国专利申请号01136993.0、98112210.8、01108430.8、01108433.2和00814577.6)，其结构简单，稳定，使用方便，精确度高，并能测量和表示各阶像差；但其目前的应用还相对有限。将哈特曼-夏克波前传感器引入透镜参数和品质测量则是一个全新的尝试。

发明内容

本发明是针对现在的测试设备测试透镜的参数单一、操作复杂的问题，提出了一种基于哈特曼-夏克传感器的透镜参数测试系统及方法，它既能测量透镜对于不同入射波长所对应的焦距长度、焦点与主面位置参数，又能对透镜的色差、球差、彗差、像散以及高阶像差予以测量的光学检测系统，同时还具有简便易行的特点。使得人们对透镜品质参数有个快速全面的了解，为透镜的合理、正确应用提供有力的支持。

本发明的技术方案为：一种基于哈特曼-夏克传感器的透镜参数测试系统，依次包括三个波长可调激光光源、分光镜、信标光准直系统、口径控制系统、被测透镜、哈特曼-夏克波前传感器和计算机，三个波长可调激光光源分别垂直指向分光镜的三个入射面，信标光准直系统位于三路信标光共同的出射方向；孔径控制装置位于信标光准直系统的后方；三个波长可调激光光源、分光镜、信标光准直系统和口径控制装置共同组成信标光输出光路，被测透镜置于信标光输出光路的出射端；哈特曼-夏克波前传感器位于靠近被测透镜的出射端，哈特曼-夏克波前传感器和三个波长可调激光光源连接同一计算机，计算机对数据进行处理。

所述三个波长可调激光光源的可调波长分别覆盖三个不同的波长范围。

所述信标光准直系统包括显微物镜、低通滤波器以及准直透镜(组)。

所述被测透镜可以是单一透镜，也可是透镜组。

一种基于哈特曼-夏克传感器的透镜参数测试方法，包括基于哈特曼-夏克传感器的透镜参数测试系统，所述测试方法包括如下具体步骤：

1)首先设置并选择被测透镜的测量波长，开启激光光源，并将孔径控制装置的通光孔调节至最大通光孔径，信标光通过信标光准直系统后出射并被哈特曼-夏克波前传感器探测，计算机根据采集得到的波前斜率信息对出射波前进行重构后处理并输出到显示器；

2)根据重构得到的波前，调整信标光准直系统以实现准直平行光的输出，校准完成后可以看到哈特曼-夏克波前传感器探测到的经由准直系统准直的出射光波前其光焦度为零；

3)将被测透镜安装于孔径控制装置与哈特曼-夏克波前传感器之间，准直光束通过被测透镜后进入哈特曼-夏克波前传感器的入瞳，哈特曼-夏克波前传感器的CCD采集得到会聚或发散光束照射传感器后所形成的光斑图像；