[发明专利]一种微透镜阵列焦距测量方法

权利要求书

1.一种微透镜阵列焦距测量方法，基于哈特曼-沙克波前检测原理测量微透镜阵列焦距，该检测系统由单色仪(1)、平行光管(2)、标准透镜(3)、被测微透镜阵列(4)、CCD探测器(5)和光栅测微仪(6)组成；其中，标准透镜(3)采用像差校正较好的双胶合透镜，使其出射波前接近于理想的球面波波前，利用清晰度函数的定焦技术，通过确定标准透镜(3)和被测微透镜阵列(4)的焦面，完成微透镜阵列焦距的测量，其特征是：通过以下步骤完成微透镜阵列各个子单元测量：

步骤1：调节光路使平行光管(2)、标准透镜(3)和CCD探测器(5)的轴线一致，利用CCD探测器(5)在标准透镜(3)焦面附近采集图像；

步骤2：利用数字图像的清晰度函数处理步骤1采集的图像，确定标准透镜(3)的焦点位置a，即球面波波前的汇集中心；

步骤3：调节被测微透镜阵列(4)进入检测系统，标准透镜(3)移出检测系统，利用CCD探测器(5)在被测微透镜阵列(4)的焦面附近采集图像；

步骤4：同样利用清晰度函数处理步骤3采集的图像，确定被测微透镜阵列(4)各个子单元的焦面位置b_i，其中i为微透镜阵列各个子单元的编号，利用光栅测微仪(6)结合定焦原理，计算位置a和b_i的轴向距离L_i；

步骤5：将标准透镜(3)移入检测系统，用CCD探测器(5)采集球面波波前入射被测微透镜阵列(4)焦面附近的光斑，并用光栅测微仪(6)记录采集图像的位置c；

步骤6：根据哈特曼-沙克波前检测原理和几何光学成像原理，分析被测微透镜阵列(4)各个子单元在位置b和位置c光斑的垂轴偏移Δy_i和轴向偏移Δx_i，计算微透镜阵列各个子单元的焦距f_i：

fi=Δyidi-Δyi(Li±Δxi)+‾Δxi]]>

式中，d_i为微透镜阵列第i个子单元在位置c时的光斑与球面波波前汇集中心的垂轴中心距；Δy_i为微透镜阵列第i个子单元在位置b和c的垂直偏移；Δx_i为轴向偏移；L_i为位置a和b_i的轴向距离，即球面波波前的汇集中心和微透镜阵列第i个子单元焦点的轴向距离。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：其基于图像清晰度的数字图像自动定焦技术，利用该定焦技术对微透镜阵列成像进行分析，清晰度函数用来确定标准透镜(3)的焦点位置即球面波波前的汇聚中心位置a和微透镜阵列各个子单元焦面位置bi的轴向距离Li，根据图像分析原理，图像越清晰，即越接近像面，其锐度越大，相应的图像相邻像素间的灰度差也增大，因此，在成像位置上，反映灰度变化趋势的清晰度函数具有极大值，在测量步骤2中，CCD探测器(5)放置在电动平移台上，以适当的步距在标准透镜(3)的焦面附近采集图像并将各帧图像依次编号，处理分析图像并确定焦面位置采集的图像编号n_a，；移动CCD探测器(5)至微透镜阵列(4)的焦面附近并采集图像，用光栅测微仪记录两次图像采集起始位置的轴向距离L；同样处理分析图像并确定被测微透镜阵列(4)各个子单元焦面位置采集的图像编号n_bi，计算位置a和位置b的轴线距离L_i：

L_i＝(n_bi-n_a)×l+L

式中，l为步进电机的步距，根据公式计算，一组图像采集能确定微透镜阵列多个子单元的焦面位置，即一次图像处理完成多个子单元的焦距测量。