[發明專利]一種微透鏡陣列測試裝置及方法

有效

• 申請號: 201710225491.3
• 申請日: 2017-04-07
• 公開（公告）號: CN106802233B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 韓鋒;衛文志
• 申請（專利權）人: 上海匯玨網絡通信設備股份有限公司
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種微透鏡陣列測試裝置，用于對陣列中每個微透鏡的焦距及其一致性進行測試，其特征在于：它包括一臺激光器(10)、一個采樣光闌(20)、一個傅立葉透鏡(30)、一個待測微透鏡陣列(40)、一個顯微物鏡(50)、一個圖像采集芯片(60)和一個圖像處理模塊(70)；其中，激光器(10)位于采樣光闌(20)前，采樣光闌(20)后依次有傅立葉透鏡(30)、待測微透鏡陣列(40)、顯微物鏡(50)、圖像采集芯片(60)，所述圖像采集芯片(60)與圖像處理模塊(70)連接；

其中，以激光器(10)輸出的高斯光束照明采樣光闌(20)，經過傅立葉透鏡(30)的變換，在其后焦面上得到與待測微透鏡陣列一一對應的第一個高斯光斑陣列；

高斯光斑陣列中的每個光斑被一個微透鏡變換，在微透鏡陣列(40)的后焦面上得到第二個高斯光斑陣列；第二個高斯光斑陣列的間距與第一個高斯光斑陣列相同，光斑大小則取決于微透鏡的焦距和第一個高斯光斑陣列中的光斑尺寸；顯微物鏡(50)對微透鏡陣列的后焦面成像，在圖像采集芯片上得到第二個高斯光斑陣列的圖像，通過圖像分析算法，得到每個高斯光斑的尺寸；

第一個高斯光斑陣列中每個光斑的大小由激光器輸出高斯光束的尺寸和傅立葉透鏡的焦距決定，為已知量；第二個高斯光斑陣列中每個光斑的大小通過圖像分析算法得到，由此可計算每個微透鏡的焦距，并對微透鏡陣列焦距的一致性進行分析。

2.根據權利要求1所述一種微透鏡陣列測試裝置，其特征在于：所述采樣光闌(20)是一個二維的小孔陣列。

3.根據權利要求1或2所述一種微透鏡陣列測試裝置，其特征在于：所述采樣光闌(20)置于傅立葉透鏡(30)的前焦面上。

4.根據權利要求1所述一種微透鏡陣列測試裝置，其特征在于：所述微透鏡陣列(40)的前焦面與傅立葉透鏡(30)的后焦面重合。

5.根據權利要求4所述一種微透鏡陣列測試裝置，其特征在于：所述傅立葉透鏡(30)和微透鏡陣列(40)形成的第一個高斯光斑陣列和第二個高斯光斑陣列分別位于微透鏡陣列(40)的前后焦面(40a，40b)上。

6.一種微透鏡陣列測試方法，其特征在于：按照如下方式實現；光闌結構它是一個二維的小孔陣列，在x軸、y軸方向的間距分別為tx、ty；

其中，透鏡對高斯光束的變換作用，前焦面上半徑為W1的高斯光斑，經微透鏡變換之后，在后焦面上得到半徑為W2的高斯光斑，兩個高斯光斑的直徑之間滿足關系式(1)，

其中λ為激光器輸出波長，f為微透鏡的焦距，π為圓周率參數，

其中，各關鍵位置處的光斑圖樣，詳述如下：

激光器輸出的高斯光束，照射在采樣光闌上，光闌之前的光斑其半徑為W₀，光場分布函數如式(2)，

采樣光闌對該高斯光斑進行采樣處理，在光闌之后的光場分布函數如式(3)，

其中comb為梳狀函數符號，表示一個二維梳狀函數，其x軸方向間距為t_x、y軸方向間距為t_y，它代表采樣光闌的透過率函數；

根據傅立葉光學理論，經傅立葉透鏡變換之后，在其后焦面上得到的光場分布函數如式(4)，

其中符號“*”表示卷積運算，f₁為傅立葉透鏡的焦距；上式第一項代表一個x軸方向間距為y軸方向間距為的二維梳狀函數，第二項代表一個半徑為的高斯光斑，兩項卷積代表一個二維的高斯光斑陣列；此為出現在微透鏡陣列前焦面處的第一個高斯光斑陣列，陣列間距為取決于采樣光闌中的小孔間距t_x、t_y和傅立葉透鏡的焦距f₁；陣列中每個高斯光斑的半徑為取決于激光器輸出光斑的半徑W₁和傅立葉透鏡的焦距f₁，此光斑陣列中的每個光斑尺寸完全相同；

適當設計采樣光闌中的小孔間距和傅立葉透鏡的焦距，讓第一個光斑陣列的間距與微透鏡陣列的間距相同，則每個高斯光斑均與一個微透鏡對應；讓微透鏡陣列的前焦面與傅立葉透鏡的后焦面重合，則此第一個高斯光斑陣列位于微透鏡陣列的前焦面上，每個高斯光斑經過對應的微透鏡變換，在微透鏡陣列的后焦面上得到第二個高斯光斑陣列；第二個光斑陣列的間距與第一個光斑陣列相同；根據式(1)，第二個光斑陣列中每個光斑的半徑W_2ij，取決于第一個光斑陣列中的光斑半徑W₁和對應微透鏡的焦距f_ij，如式(5)，

每個微透鏡的焦距以f_ij表示，下標i、j代表對應微透鏡的位置編號；因存在加工誤差，陣列中的每個微透鏡焦距不會完全相同，因此第二個光斑陣列中的每個光斑尺寸W_2ij必然存在差異；

以顯微物鏡對微透鏡陣列的后焦面即第二個光斑陣列處成像，在圖像采集芯片上得到第二個光斑陣列的放大圖像，其間距和光斑尺寸均取決于成像系統的倍率β，如式(6)-式(7)，

通過圖像處理算法，得到每個光斑的半徑W_3ij，進而由式(7)計算每個微透鏡的焦距f_ij，并分析其一致性。