CN109470454B - 一种曲面微透镜阵列面形检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种曲面微透镜阵列面形检测装置，包括激光器，所述曲面微透镜阵列面形检测装置还包括准直扩束装置、1/2波片、分束器BS三、偏振分束器PBS三、平面反射镜M二、1/4波片、光束曲率调节装置、平面反射镜M三、待测曲面微透镜阵列、半反半透镜、聚光透镜、汇聚透镜和光电接收器。本发明的上述技术方案通过利用马赫曾德干涉光路与二维扫描检测手段，能够实现曲面微透镜阵列的面形、焦距，传递函数等光学性能的高精度检测。
Description
技术领域
本公开一般涉及光学检测技术领域，具体涉及一种曲面微透镜阵列面形检测装置。
背景技术
在上个世纪80年代，一种新型的微小光学阵列器件自聚焦平面微透镜阵列发展起来，它采用当时先进的光刻工艺，制作出排列整齐，结构均匀的微透镜阵列，而且微透镜阵列的表面为平面，易于与其它平面元件耦合连接，并且具有较好的聚光、准直、分路、成像、波分复用、开关、隔离等三维功能。另外，由于单个透镜的直径小，透镜密度高，可实现信息的大容量，多通道并行处理。因此，在光传感、光计算、光纤通信及其它光电子器件中获得了重要的应用。
衡量微透镜光学质量的性能参数有很多，有焦距、表面粗糙度、阵列均匀性、点扩散函数等光学性能参数，目前，针对微透镜参数的测量方法有多种，如干涉法、CCD直接成像法、哈特曼波前传感器测量法、刀口振动法、莫尔法、泰伯效应法等等，各种方法所利用的光学原理各不相同，也各有优缺点。
近年来在仿生学中发展起来一种曲面微透镜阵列，其结构为一系列微透镜阵列均匀分布于半球面或者球面上，形成类似于昆虫的复眼结构，这种结构具有体积小、近距离清晰成像、视场大、对运动目标敏感等优点，能被广泛地应用在国防，光成像、光传感、光计算、光纤通信及其它光电子器件中。曲面上分布的微透镜阵列的面形直接关系到其成像性能参数，基于平面微透镜阵列的检测方法已不能直接应用来检测曲面微透镜阵列，为此，我们提出一种实现曲面微透镜阵列的面形检测装置，能够实现曲面微透镜面形的高精度检测。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种曲面微透镜阵列面形检测装置，基于马赫曾德光路的干涉检测方法来实现高精度的面形检测。
第一方面，
根据本申请实施例提供的技术方案，一种曲面微透镜阵列面形检测装置，包括激光器，所述曲面微透镜阵列面形检测装置还包括准直扩束装置、1/2波片、分束器BS三、偏振分束器PBS三、平面反射镜M二、1/4波片、光束曲率调节装置、平面反射镜M三、待测曲面微透镜阵列、半反半透镜、聚光透镜、汇聚透镜和光电接收器；
所述激光器后放置有所述准直扩束装置，所述准直扩束装置后放置有所述1/2波片，所述1/2波片后放置有所述分束器BS三，所述分束器BS三后放置有所述偏振分束器PBS三，所述偏振分束器PBS三后放置有所述1/4波片和光束曲率调节装置，所述1/4波片后放置有所述平面反射镜M二；
所述光束曲率调节装置后放置有所述半反半透镜，所述半反半透镜后放置有所述聚光透镜和汇聚透镜，所述聚光透镜后放置有所述待测曲面微透镜阵列，所述待测曲面微透镜阵列后放置有所述平面反射镜M三；所述汇聚透镜后放置有所述光电接收器；
整个干涉仪放置于可旋转平台之上，平台可绕转轴旋转，平台旋转精确到1′，转轴位置设定在平面反射镜M三的位置。
本发明中，所述待测曲面微透镜阵列放置于纳米移动平台上。
本发明中，所述准直扩束装置中，透镜1和透镜2的焦点重合在针孔处。
本发明中，所述待测曲面微透镜阵列的球心位于转轴上。
本发明中，所述可旋转平台绕所述待测曲面微透镜阵列旋转。
综上所述，本申请的上述技术方案通过利用马赫曾德干涉光路与二维扫描检测手段，能够实现曲面微透镜阵列的面形、焦距，传递函数等光学性能的高精度检测。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的结构示意图。
图中标号：激光器-1；准直扩束装置-2；1/2波片-3；分束器BS三-4；偏振分束器PBS三-5；平面反射镜M二-6；1/4波片-7；光束曲率调节装置-8；平面反射镜M三-9；待测曲面微透镜阵列-10；半反半透镜-11；聚光透镜-12；汇聚透镜-13；光电接收器-14。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参考图1，一种曲面微透镜阵列面形检测装置，包括激光器1，所述曲面微透镜阵列面形检测装置还包括准直扩束装置2、1/2波片3、分束器BS三4、偏振分束器PBS三5、平面反射镜M二6、1/4波片7、光束曲率调节装置8、平面反射镜M三9、待测曲面微透镜阵列10、半反半透镜11、聚光透镜12、汇聚透镜13和光电接收器14；
所述激光器1后放置有所述准直扩束装置2，所述准直扩束装置2后放置有所述1/2波片3，所述1/2波片3后放置有所述分束器BS三4，所述分束器BS三4后放置有所述偏振分束器PBS三5，所述偏振分束器PBS三5后放置有所述1/4波片7和光束曲率调节装置8，所述1/4波片7后放置有所述平面反射镜M二6；
所述光束曲率调节装置8后放置有所述半反半透镜11，所述半反半透镜11后放置有所述聚光透镜12和汇聚透镜13，所述聚光透镜12后放置有所述待测曲面微透镜阵列10，所述待测曲面微透镜阵列10后放置有所述平面反射镜M三9；所述汇聚透镜13后放置有所述光电接收器14。
整个干涉仪放置于可旋转平台之上，平台可绕转轴旋转，平台旋转精确到1′，转轴位置设定在平面反射镜M三的位置。所述待测曲面微透镜阵列10放置于纳米移动平台上。所述准直扩束装置2中，透镜1和透镜2的焦点重合在针孔处。所述待测曲面微透镜阵列10的球心位于转轴上。所述可旋转平台绕所述待测曲面微透镜阵列10旋转。
具体实施方式：激光器1发出的激光束经过扩束准直系统2之后成为平行光，平行光经过半波片3之后入射到分束器BS三4上分成参考光束和测量光束，反射光束经过偏振分束镜PBS三5和1/4波片7后由平面反射镜M二6反射回来，M二6反射回来的光束由于两次通过1/4波片7，振动方向发生改变，不会透射回激光器，影响到激光器的稳定，并且通过转动1/2波片3可以调节参考光束的强度。经由偏振分束镜PBS三5反射后的光束通过一个光束曲率调节装置8，光束曲率调节装置8是凹透镜和凸透镜组合系统，经半反半透镜11透射后由聚焦透镜13汇聚后被光电接收器14接收。
透射光束经由平面反射镜M三9反射后入射到待测曲面微透镜阵列10上，曲面的球心在测量光束的反射点位置M处，出射光束经由一个聚光透镜12汇聚，光束发散角被缩小后经由半反半透镜11反射，再被聚焦透镜汇聚到光电接收器14上。参考光束和测量光束在光电接收器14上相遇会产生干涉现象。调节参考光束上的凹透镜和凸透镜组合系统使得图像上出现直条纹，此时条纹结构就反应出微透镜的相貌特征。通过干涉条纹判读，可以确定相位分布，再把相位分布作反演计算可以得到微透镜面形分布情况，实现微透镜面形检测。
整个干涉仪放置于可旋转平台之上，平台可绕转轴旋转，平台旋转精确到1′，转轴位置设定在平面反射镜M三的位置。
曲面微透镜10放置于纳米移动平台上，调节微透镜阵列位置，使其球心位于转轴上。通过控制旋转平台转动（转动精度1′）可以实现曲面微透镜阵列的扫描检测，得到微透镜阵列的面形分布情况。
其中，准直扩束装置2中，透镜1和透镜2的焦点重合在针孔处，针孔可以屏蔽掉杂散光的干扰，通过选取透镜1和透镜2的焦距可以实现激光束的准直与扩束功能。
通过旋转1/2波片3，可以控制参考光束的偏振方向，参考光束在通过偏振分束镜PBS三5时，偏振方向不同，透射光束的强度就不同。这样通过控制1/2波片3的方向可以实现参考光束强度的控制。
经平面反射镜M二6反射回来的光束会两次通过1/4波片7，反射光束的振动方向旋转90°，这样反射光束就不会再次穿过偏振分束镜PBS三5回到激光器1，干扰到激光器1输出的稳定性。
光束曲率调节装置8中，调节凹透镜和凸透镜组合可以改变参考光束的曲率，如果参考光束和测量光束通过半反半透镜11后曲率不相同，那么通过聚焦透镜汇聚后两束光焦距不同，无法形成干涉直条纹，通过调节凸透镜和凹透镜组合改变参考光束的曲率，使屏幕中出现干涉直条纹，此时，参考光束和测量光束的曲率时相同的。通过对干涉条纹的判读以及反演计算可以实现微透镜的面形检测。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (4)
1.一种曲面微透镜阵列面形检测装置，包括激光器（1），其特征是：所述曲面微透镜阵列面形检测装置还包括准直扩束装置（2）、1/2波片（3）、分束器BS三（4）、偏振分束器PBS三（5）、平面反射镜M二（6）、1/4波片（7）、光束曲率调节装置（8）、平面反射镜M三（9）、待测曲面微透镜阵列（10）、半反半透镜（11）、聚光透镜（12）、汇聚透镜（13）和光电接收器（14）；
所述激光器（1）后放置有所述准直扩束装置（2），所述准直扩束装置（2）后放置有所述1/2波片（3），所述1/2波片（3）后放置有所述分束器BS三（4），所述分束器BS三（4）后放置有所述偏振分束器PBS三（5），所述偏振分束器PBS三（5）后放置有所述1/4波片（7）和光束曲率调节装置（8），所述1/4波片（7）后放置有所述平面反射镜M二（6）；
所述光束曲率调节装置（8）后放置有所述半反半透镜（11），所述半反半透镜（11）后放置有所述聚光透镜（12）和汇聚透镜（13），所述聚光透镜（12）后放置有所述待测曲面微透镜阵列（10），所述待测曲面微透镜阵列（10）后放置有所述平面反射镜M三（9），所述汇聚透镜（13）后放置有所述光电接收器（14）；
整个干涉仪放置于可旋转平台之上，平台可绕转轴旋转，平台旋转精确到1′，转轴位置设定在平面反射镜M三（9）的位置，所述待测曲面微透镜阵列（10）的球心位于转轴上。
2.根据权利要求1所述的一种曲面微透镜阵列面形检测装置，其特征是：所述待测曲面微透镜阵列（10）放置于纳米移动平台上。
3.根据权利要求1所述的一种曲面微透镜阵列面形检测装置，其特征是：所述准直扩束装置（2）中，透镜1和透镜2的焦点重合在针孔处。
4.根据权利要求1所述的一种曲面微透镜阵列面形检测装置，其特征是：所述可旋转平台绕所述待测曲面微透镜阵列（10）旋转。
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