[發明專利]一種檢測微透鏡陣列焦距的方法

無效

• 申請號: 201210106803.6
• 申請日: 2012-04-12
• 公開（公告）號: CN102661849A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 朱咸昌;伍凡;曹學東;吳時彬
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02;G01B11/04
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 梁愛榮

技術領域

本發明屬于光學檢測技術領域，涉及一種基于圖像定焦技術的微透鏡陣列焦距的測量方法，可用于單元數較多的微透鏡陣列測量。

背景技術

微透鏡陣列作為一個重要的微光學器件，被廣泛應用于光準直、光耦合和三維成像等領域，尤其在哈特曼-沙克波前傳感器中，微透鏡陣列是一個核心的組成部件。與普通透鏡一樣，焦距是微透鏡陣列一個關鍵的參數。對于微透鏡陣列的焦距測量，由于微透鏡陣列的應用越來越廣，對微透鏡陣列的檢測要求也越來越高。

傳統的對微透鏡陣列焦距檢測方法有放大率法、轉角法、浮雕深度測量法、焦距儀檢測法、光柵衍射測量法和干涉測量法等。

放大率法是焦距測量過程中比較常用的檢測方法，其檢測原理為：檢測使用的平行光管星點板上有兩個小孔；通過光源照明后，平行光管的出射光為兩束平行光；平行光經過微透鏡陣列匯聚，在其各個子單元的焦面上成兩個點像。根據幾何成像原理，可計算微透鏡陣列各個子單元的焦距。

fiF=did]]>

式中F為平行光管的焦距，d為星點板上兩個小孔的中心距，fi為被測微透鏡子單元的焦距，di為該子單元焦面上像點的中心距，i為相應的子單元編號。該方法操作簡單，測量成本較低，一次測量可完成多個微透鏡陣列焦距的測量，具有較高的測量精度和測量效率；但由于平行光管的焦距較長和微透鏡陣列焦面上光斑衍射極限的限制，不易完成短焦距微透鏡陣列的檢測。

轉角法是將平行光管置于精密轉臺上，首先調節轉臺使平行光管的出射光正入射進入被測微透鏡陣列，在焦面上采集圖像；然后調節轉臺轉動一定的角度使平行光管出射光斜入射進入被測微透鏡陣列，再次在焦面上采集圖像；計算兩次采集圖像的各個子單元的光斑偏移量，結合轉動的角度可完成微透鏡陣列的焦距測量。

f_i＝d_i/tanα

式中，fi為被測微透鏡陣列各個子單元的焦距；di為相應子單元兩次成像的中心距；α為轉臺轉動的角度。配合高精密轉臺的使用，該方法具有較高的測量精度和測量效率，但測量成本較高。

浮雕深度測量法是根據二元光學元件的微細加工原理，測量微透鏡陣列的浮雕深度h和口徑d，計算微透鏡陣列的焦距f。

f=d28(n-1)h]]>

其中n為微透鏡陣列的折射率，該方法簡單易行，但測量過程中，微透鏡陣列子單元的口徑受面型變化的影響，測量誤差較大，所以精度較低；而且一次只可以完成單個子單元的檢測，測量效率偏低。

焦距儀測量法是用測量顯微鏡首先觀察被測微透鏡陣列，利用紅筆在其定點上做一個標記，移動顯微鏡，在焦面上觀察這個標記的像點，顯微鏡兩次移動的距離即是微透鏡陣列的焦距。該方法檢測精度較低，且一次只能測量單個子單元的焦距，測量效率偏低，不適于陣列數較多的微透鏡陣列檢測。

光柵衍射法是用普通的衍射光柵代替精密轉臺對微透鏡陣列進行測量的方法。根據測量微透鏡陣列各個子單元對光柵的0級和1級衍射光所成像的中心距，結合光柵參數完成微透鏡陣列焦距測量。

f_i＝h_i/tan?a

式中fi為微透鏡陣列子孔徑的焦距，hi為該子單元0級和1級光斑的中心距。該方法一次采集可完成微透鏡陣列多個子孔徑的焦距測量，測量效率較高；但由于相鄰子孔徑間的光斑干擾，不適于長焦距微透鏡陣列的檢測。