[发明专利]一种镜头内部形变的弱相干光学检测方法与系统

说明书

本发明公开了一种镜头内部形变的弱相干光学检测方法与系统。利用OCT分别采集镜头形变前后各镜片表面的干涉光谱；提取获得深度域复数信号；基于深度域强度信号，对各个镜片表面进行微米精度的表面定位，获得每个镜片表面的像素位置及亚像素位置；基于深度域相位信号，检测纳米精度的镜头内部形变；基于深度域复数信号分析每个镜片表面的光谱域相位，以补偿深度域相位的包裹量，扩展量程至微米量级。本发明解决了传统方法中量程和精度不能同时兼顾的问题，实现了镜头内部形变的大量程、高精度无损检测，对伪像问题做了优化，提升了各镜片表面定位的稳定性。

技术领域

本发明涉及镜头工业检测领域的一种镜头检测方法与系统，更具体地涉及与光学相干成像相关联的大量程高精度的镜头内部形变的测量系统和方法。

背景技术

随着社会和工业的进步，镜头的应用场景正在急速发展。作为成像系统，镜头需要在变化的外界环境(如机械力，温度，湿度，酸碱等)中保持足够的成像质量。极端环境会改变使镜头内部发生形变，进而引起镜头成像性能的变化，需要对镜头的内部形变做定量测量，以评估镜头的可靠性。

目前，已有多种技术应用于单镜片的表面形貌检测，例如以探针接触测量技术为代表的接触式测量法，以及以原子力显微镜测量法、计算全息法、干涉法、共聚焦显微镜法等技术为代表的非接触式测量法。这些技术大多已被广泛应用于生产实践，但都是针对单镜片的测量方法，无法对已装配的镜头做非侵入式检测。工业X射线CT是一种可行的非侵入式检测手段，可以得到镜头的横截面断层信息。但是镜头的内部形变通常在微米甚至纳米量级，工业X射线CT的分辨率难以达到，且工业X射线CT单次测量的数据量大，导致成像速度慢，因此并不适用于镜头的无损检测。

光学相干层析(OCT)是一种高分辨率，高信噪比，高速率的非侵入式成像技术，能对样品内部微结构进行二维横截面成像和三维体成像。OCT已在生物医学领域中广泛应用，其应用场景也扩展到工业检测领域，例如液晶屏幕，发光器件，触摸屏面板等工业产品的检测。

OCT在镜头测量场景中已有相关应用，例如镜头内部疵病的检查，镜头面型的测量等。现有的OCT镜头测量方法存在一些问题，一方面，由于镜片拥有光滑表面，扫描光束在穿过时会有明显的反射，这部分反射分量会形成镜片伪像，妨碍镜片表面的识别，这种问题在多镜片系统中尤为显著；另一方面，现有OCT装置的结构分辨率一般在1-20um，达不到分辨镜头内部形变的精度要求，而高精度的相位型OCT又因为相位的包裹效应，导致其量程被局限为扫描光中心波长的一半，形成了一个从1/2波长到结构分辨率的量程断档。

因此，需要新的方法来克服原理上的固有限制，来实现同时具有大量程和高精度特点的镜头内部形变检测。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种大量程高精度的镜头内部形变的弱相干光学检测方法与系统，本发明检测的镜头内部形变具体由各个镜片表面在OCT装置中沿扫描系统光轴方向的深度变化体现。通过光线追迹实现约束提取，提升了各镜片表面定位方法的稳定性，消除了镜片表面伪像带来的影响；另外，联合OCT成像的强度、深度域相位和光谱域相位信号，由强度分析定位各镜片表面，深度域相位分析实现高精度测量，光谱域相位分析解决背景中提出的量程断档问题，扩展了量程，从而实现了镜头内部形变的大量程，高精度无损检测。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一、一种大量程高精度的镜头内部形变的弱相干光学检测方法，包括以下步骤：

S1、利用OCT方法分别采集镜头形变前后(T1,T2)各镜片表面的干涉光谱；所述的镜头包括同光轴布置的多片镜片，每个镜片上下两侧的每侧表面均作为一个镜片表面，各个镜片上下两侧表面组成各个镜片表面；

镜头中，距离OCT装置的探头最近的镜片表面作为镜头的第一表面。镜头内部形变的体现形式是各个镜片表面在OCT装置中沿扫描系统光轴方向的深度变化。