[发明专利]一种相机全系统的波像差检测系统及检测方法

说明书

本发明提供了一种相机全系统的波像差检测系统及检测方法，波像差检测系统包括检测模块和分析模块，检测模块包括光源装置、单色装置和整形装置，分析模块根据待测相机的光学参数计算波长组合，以及计算待测相机的波像差；光源装置输出连续光谱的复色光；单色装置对复色光进行分光处理，输出单色光；整形装置对单色光进行波面整形，以获取均匀平行光束；待测相机接收均匀平行光束并进行成像。本发明基于相位差波前传感原理，通过在光源端切换成像波长，实现不同成像通道的相位差异，进而实现相机全系统的波像差检测。相较于传统的调整探测器位置实现相位差异，本发明的方案更易实现，且检测精度高，抗环境干扰能力强。

技术领域

本发明涉及光学成像镜头测量领域，具体而言，涉及一种相机全系统的波像差检测系统及检测方法。

背景技术

光学成像是人类获取外界信息的重要手段，光学成像系统已经成为现代工业生产、日常生活、科学研究等活动中不可或缺的工具，例如摄像头、数码相机、望远镜、显微镜、机器视觉系统等。一般而言，成像系统主要包含光源、成像镜头、探测器三部分，而成像镜头和探测器又往往组装在一起，构成相机系统。随着科技的发展和应用的不断拓展，人们对成像系统的成像质量要求越来越高，也对成像系统检测的精度和全面性提出更高的要求。其中波像差检测是一种高精度综合性检测方法。

波像差是指物点光波经过成像系统后的出射波面与理想波面之间的偏差，它是用衍射理论处理成像系统的缺陷检测问题，计算结果比传统的几何像差分析方法更加精确和全面。

波像差检测的主流手段包括干涉仪、Shack-Hartmann波前传感器、基于远场图像的方法等。干涉仪通过干涉图测量波前相位，具有灵敏度高、精度高的优点，但是需要复杂昂贵的光学系统和器件，而且对测量环境要求很高。Shack-Hartmann波前传感器通过微透镜阵列分割波前测量波前相位，测量迅速、抗干扰能力强，但是测量的精度与动态范围相互制约，而且空间分辨率不高。基于远场图像的方法是指通过对待测波前在后续光路的某个或某些特征面的光强分布，逆向求解得到波前分布。基于远场图像的方法不需要额外增加复杂昂贵的器件，结构简单，易于实现，而且对环境要求较低。

相位差波前传感是一种代表性的基于远场图像的检测方法。它利用对同一目标所成的两幅或者多幅图像恢复波前相位，不同图像的成像通道中增加了不同的并准确知道的相位差，使不同成像通道的点扩散函数产生非线性，从而加强约束条件，改善解的唯一性。相位差一般采用离焦差异，通过某些方法获取焦面清晰和离焦模糊图像。例如采用平移机构调整探测器在光轴方向的位置，产生不同的离焦量，但是对探测器的平移精度要求很高，而且探测器移动方向和光轴不可避免存在夹角，引起测量误差。又例如采用分光镜和若干个探测器同时获取两幅或者多幅不同离焦图像，但是硬件成本随探测器个数成倍增加，而且空间布局臃肿。

然而，无论采取何种方法，目前的波像差检测方法的对象主要是光学镜头或者透镜，难以实现相机全系统的检测。例如，干涉仪的分波前或者分振幅干涉结构限制了其在相机系统的检测应用；Shack-Hartmann波前传感器自身带有探测器，它无法与待测相机兼容；相位差法需要精确移动探测器的位置，或者采用多个探测器，这对于一个装配完好的相机系统而言都是难以实现的。但是，相机全系统的检测又是十分有必要的。光学镜头与探测器的装配过程中，可能会产生轴向偏差、倾斜、镜片挤压变形等因素导致的各种像差，这是独立于镜头的像差外新产生的，必须通过对相机全系统进行检测才能被准确评估。

所以，亟需一种能够检测相机全系统波像差的方案，解决上述问题。

发明内容

基于现有技术存在的问题，本发明提供了一种相机全系统的波像差检测系统及检测方法。具体方案如下：

一种相机全系统的波像差检测系统，包括检测模块和分析模块，所述检测模块包括光源装置、单色装置和整形装置，各装置按预设顺序布置、且中心对准公共光轴；