CN109580179A - 基于波前技术的非球面透镜偏心检测装置及其检测方法 - Google Patents

基于波前技术的非球面透镜偏心检测装置及其检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于波前技术的非球面透镜偏心检测装置及其检测方法，该装置包括上部光纤光源、上部准直物镜、上部光源分光镜、上部缩束前透镜、上部缩束后透镜、上部成像探测器、上部成像分光镜、上部波前传感器、被测镜片夹持机构、下部光源分光镜、下部缩束前透镜、下部缩束后透镜、下部成像分光镜、下部波前传感器、下部成像探测器、下部准直物镜以及下部光纤光源。本发明为非接触式检测，不存在破坏镜片的风险，装置中无任何运动部件，系统可靠性、稳定性高；本发明可以一次性检测出非球面透镜有效口径内的多种偏心误差，避免了拼接检测带来的误差，同时也极大地缩减了检测时间，可用于流水线上的在线检测。

Description

基于波前技术的非球面透镜偏心检测装置及其检测方法
技术领域
本发明涉及光学检测技术领域，特别涉及一种基于波前技术的非球面透镜偏心检测装置及其检测方法。
背景技术
非球面透镜以其优良的光学特性可以减轻光学系统设计困难、简化结构、扩大视场、提高数值孔径等优势，目前已经广泛应用于空间遥感光学镜片、光刻镜片、光学检测仪器、摄像光学系统中。非球面透镜在制造过程中由对正误差或材料冷却不均匀收缩等不可避免的误差，都会使透镜的两个曲面光轴产生倾斜和偏心误差，其中倾斜误差会导致透镜给光学系统引入畸变和慧差，偏心误差会引入额外的球差，这两种误差均会降低非球面透镜的光学像质，还会降低透镜的机械性质。
对于非球面透镜的偏心检测，以panasonic公司的UA3P接触式检测为主流产品，其检测原理是通过单点探针对非球面透镜表面进行逐点扫描，可以获取每个面的所有面型数据，该方法精度很高，但是耗时很长导致效率很低，同时对测量过程中透镜固定精度要求很高，存在破坏镜面的危险。
为了提升效率，多种非接触式的偏心检测方法也得到了推广应用，其中光学成像和表面干涉的检测方法也得以。光学成像方法主要使用调焦望远镜结构，产生与透镜表面匹配的球面波，从透镜表面反射的点或者十字叉丝像随着旋转轴的旋转在成像相机上画出的圆来判断透镜表面光轴与旋转轴的偏离，该方法测量精度严格依赖旋转轴的精度，还依赖于点光源或十字叉丝的尺寸精度，测量精度并不高通常在几角秒。表面干涉方法(比如中国专利CN101226344B，CN102944194B)利用透镜表面的干涉条纹来测量表面倾斜，其定心测量精度高于光学成像方法，受限于干涉测量横向、纵向分辨率不高，往往需要分区域扫描干涉，并通过拼接的方式得到非球面整个面形和偏心误差，测量精度依赖于载物台的位置控制精度和拼接算法精度，并且随着非球面口径的增大，效率呈指数级下降，精度也下降严重。此外，干涉测量方法对于大偏离度和大偏离度斜率的非球面检测较为困难，干涉测量方法比较复杂，对操作人员要求较高，实用性较低。
由此可见，无论是接触式还是非接触式的非球面偏心检测装置和方法，在测量精度、测量效率方面不能同时兼得。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于波前技术的非球面透镜偏心检测装置及其检测方法。其偏心测量精度不依赖于任何其他移动、旋转机构，通过波前测量和光瞳成像的方法可以以非接触的方式，实现快速、准确的非球面透镜偏心检测。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于波前技术的非球面透镜偏心检测装置，包括上部光纤光源、上部准直物镜、上部光源分光镜、上部缩束前透镜、上部缩束后透镜、上部成像探测器、上部成像分光镜、上部波前传感器、被测镜片夹持机构、下部光源分光镜、下部缩束前透镜、下部缩束后透镜、下部成像分光镜、下部波前传感器、下部成像探测器、下部准直物镜以及下部光纤光源；
其中，所述上部光纤光源发出的光经所述上部准直物镜准直，再透射所述上部光源分光镜后照射到所述被测镜片夹持机构上的被测镜片的上表面；所述被测镜片上表面的反射光经所述上部光源分光镜反射，再依次经所述上部缩束前透镜和上部缩束后透镜进行口径匹配后到达所述上部成像分光镜，光经过所述上部成像分光镜后被分为两部分，一部分经所述上部成像分光镜反射进入所述上部成像探测器，另一部分透射所述上部成像分光镜后进入所述上部波前传感器；所述上部成像探测器采集到被测镜片上表面的反射光形成的图像，通过对该图像中变曲率环图像的处理获得被测镜片上表面的光轴中心位置；所述上部波前传感器采集到被测镜片上表面的反射光的畸变信息，通过对该畸变信息进行处理获得被测镜片上表面的倾斜信息；
其中，所述下部光纤光源发出的光经所述下部准直物镜准直，再透射所述下部光源分光镜后照射到所述被测镜片夹持机构上的被测镜片的下表面；所述被测镜片下表面的反射光经所述下部光源分光镜反射，再依次经所述下部缩束前透镜和下部缩束后透镜进行口径匹配后到达所述下部成像分光镜，光经过所述下部成像分光镜后被分为两部分，一部分经所述下部成像分光镜反射进入所述下部成像探测器，另一部分透射所述下部成像分光镜后进入所述下部波前传感器；所述下部成像探测器采集到被测镜片下表面的反射光形成的图像，通过对该图像中变曲率环图像的处理获得被测镜片下表面的光轴中心位置；所述下部波前传感器采集到被测镜片下表面的反射光的畸变信息，通过对该畸变信息进行处理获得被测镜片下表面的倾斜信息。
优选的是，所述下部光纤光源发出的光经所述下部准直物镜准直后形成平行光束，平行光束透射所述下部光源分光镜后照射到所述被测镜片夹持机构上的被测镜片上，穿过所述被测镜片后被所述上部光源分光镜反射，反射光再依次经所述上部缩束前透镜和上部缩束后透镜进行口径匹配后到达所述上部成像分光镜；部分光经所述上部成像分光镜反射后到达所述上部成像探测器，形成被测镜片透射像，对该图像中被测镜片外边缘图像进行处理以获得该被测镜片上表面的外径中心位置。
优选的是，所述上部光纤光源发出的光经所述上部准直物镜准直后形成平行光束，平行光束透射所述上部光源分光镜后照射到所述被测镜片夹持机构上的被测镜片上，穿过所述被测镜片后被所述下部光源分光镜反射，反射光再依次经所述下部缩束前透镜和下部缩束后透镜进行口径匹配后到达所述下部成像分光镜；部分光经所述下部成像分光镜反射后到达所述下部成像探测器，形成被测镜片透射像，对该图像中被测镜片外边缘图像进行处理以获得该被测镜片下表面的外径中心位置。
优选的是，所述上部成像探测器和上部波前传感器在光路上的位置均与被测镜片的上表面共轭；
所述下部成像探测器和下部波前传感器在光路上的位置均与被测镜片的下表面共轭。
优选的是，所述波前传感器为哈特曼波前传感器或剪切干涉波前传感器或四棱锥波前传感器。
优选的是，通过将获得的被测镜片上表面的光轴中心位置信息、上表面的倾斜信息、上表面的外径中心位置信息、下表面的光轴中心位置信息、下表面的外径中心位置信息以及下表面的倾斜信息进行综合处理，最终可获得被测镜片的上下表面的面别平移偏心、上下表面的面别倾斜偏心、上表面的外径偏心、下表面的外径偏心数据，从而完成对被测镜片偏心误差信息的测量。
一种如上所述的基于波前技术的非球面透镜偏心检测装置的检测方法，其包括以下步骤：
步骤S1：同时开启上部光纤光源、上部成像探测器和上部波前传感器，根据上部成像探测器上的图像调节被测镜片夹持机构，将被测镜片的位置调节到上部成像探测器的成像中心区域；
步骤S2：采集上部波前传感器的图像，对波前图像处理得到被测镜片上表面倾斜量(px,py)；
步骤S3：采集上部成像探测器上的光瞳图像Jp，对光瞳图像处理得到被测镜片上表面的光轴中心位置(Ox，Oy)；
步骤S4：关闭上部光纤光源，开启下部光纤光源，采集上部成像探测器上的光瞳图像Ip，对光瞳图像Ip按照步骤S3的方法计算处理，得到被测镜片上表面的外径中心位置(dx,dy)；
步骤S5：开启下部成像探测器和下部波前传感器，采集下部波前传感器的图像，根据下部波前传感器的部件参数，按照步骤S2的方法计算处理，得到被测镜片下表面倾斜量(px',py')；
步骤S6：采集下部成像探测器上的光瞳图像Jp’，对光瞳图像Jp’按照步骤S3的方法计算处理，得到被测镜片下表面的光轴中心位置(Ox’，Oy’)；
步骤S7：关闭下部光纤光源，开启上部光纤光源，采集下部成像探测器上的光瞳图像I’p，光瞳图像I’p按照步骤S3的方法计算处理，得到被测镜片下表面的外径中心位置(dx',dy')；
步骤S8：将步骤S2和步骤S5得到的被测镜片的上下表面倾斜量相减，得到被测镜片上下表面的面别倾斜偏心为
将步骤S3和步骤S6得到的上表面光轴中心位置与下表面光轴中心位置相减，得到被测镜片上下表面的面别平移偏心为O＝(Ox’，Oy’)-(Ox，Oy)。
步骤S9：根据步骤S3和步骤S4得到的上表面光轴中心位置(Ox，Oy)、以及上表面外径中心位置(dx,dy)，得到被测镜片上表面的外径偏心为：
其中，参数K为上部缩束前透镜和上部缩束后透镜组成的缩扩束光学系统的放大倍率，参数p为上部成像探测器的像素大小。
步骤S10：根据步骤S6和步骤S7得到的下表面光轴中心位置(Ox’，Oy’)、以及下表面外径中心位置(dx',dy')，得到被测镜片下表面的外径偏心为：
其中，参数k’为下部缩束前透镜和下部缩束后透镜组成的缩扩束光学系统的放大倍率，参数p’为下部成像探测器的像素大小。
优选的是，所述步骤S2具体包括：
步骤S21：采集上部波前传感器的波前图像；
步骤S22：检测波前图像中最外环有效子孔径，去掉其中的最外一圈和最内一圈的子孔径后，剩下的子孔径记为有效子孔径；令有效子孔径个数为L，计算每个有效子孔径的斜率，记为(gxi,gyi)，其中i＝1,2,...,L；
步骤S23：计算有效子孔的平均斜率
步骤S24：计算被测镜片上表面倾斜量：
其中，参数K为上部缩束前透镜和上部缩束后透镜组成的缩扩束光学系统的放大倍率，参数p为上部波前传感器的探测相机像素大小，参数q为上部波前传感器的子孔径大小。
优选的是，所述步骤S3具体包括：
步骤S31：采集上部成像探测器上的光瞳图像Jp；
步骤S32：对光瞳图像Jp进行二值化，得到二值化图像Jp2；其中，通过手动指定阈值或采用自动阈值计算方法设置二值化阈值；
步骤S33：对二值化图像Jp2进行边缘提取，得到图像Jp3；
步骤S34：对图像Jp3进行圆霍夫变换，得到圆，并提取圆心记为(Ox，Oy)，该圆心即为被测镜片上表面的光轴中心位置。
优选的是，所述步骤S33中采用Sobel算子或Laplacian算子或Canny算子对二值化图像Jp2进行边缘提取。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的基于波前技术的非球面透镜偏心检测装置为非接触式检测，不存在破坏镜片的风险，装置中无任何运动部件，系统可靠性、稳定性高；
(2)本发明可以一次性检测出非球面透镜有效口径内的多种偏心误差，避免了拼接检测带来的误差，同时也极大地缩减了检测时间，可用于流水线上的在线检测；
(3)本发明采用波前测量技术实现对非球面透镜上下表明偏心误差的检测，测量精度可达亚纳米级；
(4)本发明的基于波前技术的非球面透镜偏心检测装置系统结构简便紧凑，复杂度低，计算分析方便，便于多种使用场合，便于大规模推广应用。
附图说明
图1为本发明的基于波前技术的非球面透镜偏心检测装置的结构示意图；
图2为本发明的一种实施例中的上部波前传感器获取的上表面倾斜波前图像；
图3为本发明的一种实施例中的上部波前传感器处理得到的上表面倾斜量图像；
图4为本发明的一种实施例中的上部成像探测器获取的上表面反射光瞳图像；
图5为本发明的一种实施例中的上表面光轴中心位置测量结果图像；
图6为本发明的一种实施例中的上部成像探测器获取的上表面透射光瞳图像；
图7为本发明的一种实施例中的上表面外径中心位置测量结果图像；
图8为本发明的一种实施例中的下部波前传感器获取的下表面倾斜波前图像；
图9为本发明的一种实施例中的下表面波前倾斜量图像；
图10为本发明的一种实施例中的下部波前传感器获取的下表面反射光瞳图像；
图11为本发明的一种实施例中的下表面光轴中心位置图像；
图12为本发明的一种实施例中的下部成像探测器采集的下表面透射光瞳图像；
图13为本发明的一种实施例中的下表面外径中心位置图像。
附图标记说明：
上部光纤光源1，上部准直物镜2，上部光源分光镜3，上部缩束前透镜4，上部缩束后透镜5，上部成像探测器6，上部成像分光镜7，上部波前传感器8，被测镜片夹持机构9，下部光源分光镜10，下部缩束前透镜11，下部缩束后透镜12，下部成像分光镜13，下部波前传感器14，下部成像探测器15，下部准直物镜16，下部光纤光源17。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1所示，本实施例的一种基于波前技术的非球面透镜偏心检测装置包括上部光纤光源1、上部准直物镜2、上部光源分光镜3、上部缩束前透镜4、上部缩束后透镜5、上部成像探测器6、上部成像分光镜7、上部波前传感器8、被测镜片夹持机构9、下部光源分光镜10、下部缩束前透镜11、下部缩束后透镜12、下部成像分光镜13、下部波前传感器14、下部成像探测器15、下部准直物镜16，以及下部光纤光源17。
其中，所述波前传感器为哈特曼波前传感器或剪切干涉波前传感器或四棱锥波前传感器，优选地，本实施例中选取哈特曼波前传感器。
其中，上部光纤光源1发出的光经过上部准直物镜2准直后形成平行光束，平行光束透过上部光源分光镜3后到达被测镜片夹持机构9，被测镜片夹持机构9上夹持的被测镜片上表面对入射的平行光进行反射，反射光经过上部光源分光镜3反射后经上部缩束前透镜4和上部缩束后透镜5进行口径匹配后到达上部成像分光镜7。光经过上部成像分光镜7后被分为两部分，反射光进入上部成像探测器6，透射光进入上部波前传感器8，上部成像探测器6和上部波前传感器8在光路上的位置均与被测镜片的上表面共轭。上部成像探测器6采集到被测镜片上表面的反射光形成的图像，通过对该图像中变曲率环图像的处理获得被测镜片上表面的光轴中心位置，上部波前传感器8采集到被测镜片上表面的反射光的畸变信息，通过对该畸变信息进行处理获得被测镜片上表面的倾斜信息。
其中，下部光纤光源17发出的光经过下部准直物镜16准直后形成平行光束，平行光束透过下部光源分光镜10后到达被测镜片夹持机构9，穿透过被测镜片夹持机构9上夹持的被测镜片后被上部光源分光镜3反射，反射光经过上部光源分光镜3反射后经上部缩束前透镜4和上部缩束后透镜5进行口径匹配后到达成像分光镜7。经过成像分光镜7反射的部分光被上部成像探测器6探测，形成被测镜片透射像，对该图像中被测镜片外边缘图像进行处理获得该被测镜片上表面的外径中心位置。
其中，下部光纤光源17发出的光经过下部准直物镜16准直后形成平行光束，平行光束透过下部光源分光镜10后到达被测镜片夹持机构9，被测镜片夹持机构9上夹持的被测镜片下表面对入射的平行光进行反射，反射光经过下部光源分光镜10反射后经下部缩束前透镜11和下部缩束后透镜12进行口径匹配后到达下部成像分光镜13。光经过下部成像分光镜13后被分为两部分，反射光进入下部成像探测器15，透射光进入下部波前传感器14，下部成像探测器15和下部波前传感器14在光路上的位置均与被测镜片的下表面共轭。下部成像探测器15采集到被测镜片下表面的反射光形成的图像，通过对该图像中变曲率环图像的处理获得被测镜片下表面的光轴中心位置，下部波前传感器14采集到被测镜片下表面的反射光的畸变信息，通过对该畸变信息进行处理获得被测镜片下表面的倾斜信息。
其中，上部光纤光源1发出的光经过上部准直物镜2准直后形成平行光束，平行光束透过上部光源分光镜3后到达被测镜片夹持机构9，穿透过被测镜片夹持机构9上夹持的被测镜片后被下部光源分光镜10反射，反射光经过下部光源分光镜10反射后经下部缩束前透镜11和下部缩束后透镜12进行口径匹配后到达下部成像分光镜13。经过下部成像分光镜13反射的部分光被下部成像探测器15探测，形成被测镜片透射像，对该图像中被测镜片外边缘图像进行处理获得该被测镜片下表面的外径中心位置。
综合以上获得的被测镜片上表面的光轴中心位置信息、上表面的倾斜信息、上表面的外径中心位置信息、下表面的光轴中心位置信息、下表面的倾斜信息以及下表面的外径中心位置信息，最终通过处理可以获得被测镜片的上下表面的面别平移偏心、上下表面的面别倾斜偏心、上表面的外径偏心、下表面的外径偏心数据，从而完成对被测镜片偏心误差信息的测量。
本实施例还提供一种基于波前技术的非球面透镜偏心检测装置的检测方法，其包括以下步骤：
步骤S1：同时开启上部光纤光源1、上部成像探测器6和上部波前传感器8，根据上部成像探测器6上的图像调节被测镜片夹持机构9，将被测镜片的位置调节到上部成像探测器6的成像中心区域；
步骤S2：采集上部波前传感器8的图像，对波前图像处理得到被测镜片上表面倾斜量(px,py)；
步骤S3：采集上部成像探测器6上的光瞳图像Jp，对光瞳图像处理得到被测镜片上表面的光轴中心位置(Ox，Oy)；
步骤S4：关闭上部光纤光源1，开启下部光纤光源17，采集上部成像探测器6上的光瞳图像Ip，对光瞳图像Ip按照步骤S3的方法计算处理，得到被测镜片上表面的外径中心位置(dx,dy)；
步骤S5：开启下部成像探测器15和下部波前传感器14，采集下部波前传感器14的图像，根据下部波前传感器的部件参数，按照步骤S2的方法计算处理，得到被测镜片下表面倾斜量(px',py')；
步骤S6：采集下部成像探测器15上的光瞳图像Jp’，对光瞳图像Jp’按照步骤S3的方法计算处理，得到被测镜片下表面的光轴中心位置(Ox’，Oy’)；
步骤S7：关闭下部光纤光源17，开启上部光纤光源1，采集下部成像探测器15上的光瞳图像I’p，光瞳图像I’p按照步骤S3的方法计算处理，得到被测镜片下表面的外径中心位置(dx',dy')；
步骤S8：将步骤S2和步骤S5得到的被测镜片的上、下表面倾斜量相减，得到被测镜片的面别倾斜偏心为
将步骤S3和步骤S6得到的上表面光轴中心位置与下表面光轴中心位置相减，得到被测镜片的面别平移偏心为O＝(Ox’，Oy’)-(Ox，Oy)。
步骤S9：根据步骤S3和步骤S4得到的上表面光轴中心位置(Ox，Oy)、以及上表面外径中心位置(dx,dy)，得到被测镜片上表面的外径偏心为：
其中，参数K为上部缩束前透镜4和上部缩束后透镜5组成的缩扩束光学系统的放大倍率，参数p为上部成像探测器6的像素大小。
步骤S10：根据步骤S6和步骤S7得到的下表面光轴中心位置(Ox’，Oy’)、以及下表面外径中心位置(dx',dy')，得到被测镜片下表面的外径偏心为：
其中，参数k’为下部缩束前透镜11和下部缩束后透镜12组成的缩扩束光学系统的放大倍率，参数p’为下部成像探测器15的像素大小。
其中，步骤S2具体还包括：
步骤S21：采集上部波前传感器8的波前图像；
步骤S22：检测波前图像中最外环有效子孔径，去掉其中的最外一圈和最内一圈的子孔径后，剩下的子孔径记为有效子孔径；令有效子孔径个数为L，计算每个有效子孔径的斜率，记为(gxi,gyi)，其中i＝1,2,...,L；
步骤S23：计算有效子孔的平均斜率
步骤S24：计算被测镜片上表面倾斜量：
其中，参数K为上部缩束前透镜4和上部缩束后透镜5组成的缩扩束光学系统的放大倍率，参数p为上部波前传感器8的探测相机像素大小，参数q为上部波前传感器8的子孔径大小。
其中，步骤S3具体还包括：
步骤S31：采集上部成像探测器6上的光瞳图像Jp；
步骤S32：对光瞳图像Jp进行二值化，得到二值化图像Jp2；其中，通过手动指定阈值或采用自动阈值计算方法设置二值化阈值；
步骤S33：对二值化图像Jp2进行边缘提取，得到图像Jp3，可采用Sobel算子，Laplacian算子，Canny算子等方法；
步骤S34：对图像Jp3进行圆霍夫变换，得到圆，并提取圆心记为(Ox，Oy)，该圆心即为被测镜片上表面的光轴中心位置。
更进一步的，在一种实施例中，检测的结果为：步骤S2中上部波前传感器8获取的上表面倾斜波前图像如图2所示；参照图3，上部波前传感器8处理得到的上表面倾斜量为(0.0019mm，0.0065mm)，总体倾斜量为0.0068mm；
参照图4，为步骤S3中上部成像探测器6获取的上表面反射光瞳图像Jp；参照图5，上表面光轴中心位置测量结果：光轴中心位置坐标为(4.8767mm,2.6132mm)，半径为0.9012mm；
参照图6，为步骤S4中上部成像探测器6获取的上表面透射光瞳图像Ip；参照图7，上表面外径中心位置测量结果：外径中心位置坐标为(4.8748mm,2.6197mm)，半径为2.4651mm；
步骤S9中，上表面外径偏心量为(-0.755度，-2.016度)；
参照图8，为步骤S5中下部波前传感器14获取的下表面倾斜波前图像；参照图9，处理得到下表面波前倾斜量为(0.0101mm,0.0053mm)，下表面总体倾斜量为0.0114mm；
参照图10，为步骤S6中下部波前传感器14获取的下表面反射光瞳图像Jp’；参照图11，下表面光轴中心位置坐标为(4.5304mm,3.3342mm)，半径为1.5171mm；
参照图12，为步骤S7中下部成像探测器15采集的下表面透射光瞳图像I’p；参照图13，下表面外径中心位置为(4.5203mm,3.3395mm)，半径为2.4675mm；
步骤S10中下表面外径偏心量为(1.73度，-3.924度)；
步骤S8中，上下表面面别倾斜偏心为(0.0082mm,0.0118mm)，总体偏心为0.144mm；上下表面面别平移偏心为(-0.3444mm,0.7145mm)。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (10)

1.一种基于波前技术的非球面透镜偏心检测装置，其特征在于，包括上部光纤光源、上部准直物镜、上部光源分光镜、上部缩束前透镜、上部缩束后透镜、上部成像探测器、上部成像分光镜、上部波前传感器、被测镜片夹持机构、下部光源分光镜、下部缩束前透镜、下部缩束后透镜、下部成像分光镜、下部波前传感器、下部成像探测器、下部准直物镜以及下部光纤光源；
其中，所述上部光纤光源发出的光经所述上部准直物镜准直，再透射所述上部光源分光镜后照射到所述被测镜片夹持机构上的被测镜片的上表面；所述被测镜片上表面的反射光经所述上部光源分光镜反射，再依次经所述上部缩束前透镜和上部缩束后透镜进行口径匹配后到达所述上部成像分光镜，光经过所述上部成像分光镜后被分为两部分，一部分经所述上部成像分光镜反射进入所述上部成像探测器，另一部分透射所述上部成像分光镜后进入所述上部波前传感器；所述上部成像探测器采集到被测镜片上表面的反射光形成的图像，通过对该图像中变曲率环图像的处理获得被测镜片上表面的光轴中心位置；所述上部波前传感器采集到被测镜片上表面的反射光的畸变信息，通过对该畸变信息进行处理获得被测镜片上表面的倾斜信息；
其中，所述下部光纤光源发出的光经所述下部准直物镜准直，再透射所述下部光源分光镜后照射到所述被测镜片夹持机构上的被测镜片的下表面；所述被测镜片下表面的反射光经所述下部光源分光镜反射，再依次经所述下部缩束前透镜和下部缩束后透镜进行口径匹配后到达所述下部成像分光镜，光经过所述下部成像分光镜后被分为两部分，一部分经所述下部成像分光镜反射进入所述下部成像探测器，另一部分透射所述下部成像分光镜后进入所述下部波前传感器；所述下部成像探测器采集到被测镜片下表面的反射光形成的图像，通过对该图像中变曲率环图像的处理获得被测镜片下表面的光轴中心位置；所述下部波前传感器采集到被测镜片下表面的反射光的畸变信息，通过对该畸变信息进行处理获得被测镜片下表面的倾斜信息。
2.根据权利要求1所述的基于波前技术的非球面透镜偏心检测装置，其特征在于，所述下部光纤光源发出的光经所述下部准直物镜准直后形成平行光束，平行光束透射所述下部光源分光镜后照射到所述被测镜片夹持机构上的被测镜片上，穿过所述被测镜片后被所述上部光源分光镜反射，反射光再依次经所述上部缩束前透镜和上部缩束后透镜进行口径匹配后到达所述上部成像分光镜；部分光经所述上部成像分光镜反射后到达所述上部成像探测器，形成被测镜片透射像，对该图像中被测镜片外边缘图像进行处理以获得该被测镜片上表面的外径中心位置。
3.根据权利要求2所述的基于波前技术的非球面透镜偏心检测装置，其特征在于，所述上部光纤光源发出的光经所述上部准直物镜准直后形成平行光束，平行光束透射所述上部光源分光镜后照射到所述被测镜片夹持机构上的被测镜片上，穿过所述被测镜片后被所述下部光源分光镜反射，反射光再依次经所述下部缩束前透镜和下部缩束后透镜进行口径匹配后到达所述下部成像分光镜；部分光经所述下部成像分光镜反射后到达所述下部成像探测器，形成被测镜片透射像，对该图像中被测镜片外边缘图像进行处理以获得该被测镜片下表面的外径中心位置。
4.根据权利要求3所述的基于波前技术的非球面透镜偏心检测装置，其特征在于，所述上部成像探测器和上部波前传感器在光路上的位置均与被测镜片的上表面共轭；
所述下部成像探测器和下部波前传感器在光路上的位置均与被测镜片的下表面共轭。
5.根据权利要求4所述的基于波前技术的非球面透镜偏心检测装置，其特征在于，所述波前传感器为哈特曼波前传感器或剪切干涉波前传感器或四棱锥波前传感器。
6.根据权利要求3-5中任意一项所述的基于波前技术的非球面透镜偏心检测装置，其特征在于，通过将获得的被测镜片上表面的光轴中心位置信息、上表面的倾斜信息、上表面的外径中心位置信息、下表面的光轴中心位置信息、下表面的外径中心位置信息以及下表面的倾斜信息进行综合处理，最终可获得被测镜片的上下表面的面别平移偏心、上下表面的面别倾斜偏心、上表面的外径偏心、下表面的外径偏心数据，从而完成对被测镜片偏心误差信息的测量。
7.一种如权利要求1-6中任意一项所述的基于波前技术的非球面透镜偏心检测装置的检测方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤S1：同时开启上部光纤光源、上部成像探测器和上部波前传感器，根据上部成像探测器上的图像调节被测镜片夹持机构，将被测镜片的位置调节到上部成像探测器的成像中心区域；
步骤S2：采集上部波前传感器的图像，对波前图像处理得到被测镜片上表面倾斜量(px,py)；
步骤S3：采集上部成像探测器上的光瞳图像Jp，对光瞳图像处理得到被测镜片上表面的光轴中心位置(Ox，Oy)；
步骤S4：关闭上部光纤光源，开启下部光纤光源，采集上部成像探测器上的光瞳图像Ip，对光瞳图像Ip按照步骤S3的方法计算处理，得到被测镜片上表面的外径中心位置(dx,dy)；
步骤S5：开启下部成像探测器和下部波前传感器，采集下部波前传感器的图像，根据下部波前传感器的部件参数，按照步骤S2的方法计算处理，得到被测镜片下表面倾斜量(px',py')；
步骤S6：采集下部成像探测器上的光瞳图像Jp’，对光瞳图像Jp’按照步骤S3的方法计算处理，得到被测镜片下表面的光轴中心位置(Ox’，Oy’)；
步骤S7：关闭下部光纤光源，开启上部光纤光源，采集下部成像探测器上的光瞳图像I’p，光瞳图像I’p按照步骤S3的方法计算处理，得到被测镜片下表面的外径中心位置(dx',dy')；
步骤S8：将步骤S2和步骤S5得到的被测镜片的上下表面倾斜量相减，得到被测镜片上下表面的面别倾斜偏心为
将步骤S3和步骤S6得到的上表面光轴中心位置与下表面光轴中心位置相减，得到被测镜片上下表面的面别平移偏心为O＝(Ox’，Oy’)-(Ox，Oy)。
步骤S9：根据步骤S3和步骤S4得到的上表面光轴中心位置(Ox，Oy)、以及上表面外径中心位置(dx,dy)，得到被测镜片上表面的外径偏心为：
其中，参数K为上部缩束前透镜和上部缩束后透镜组成的缩扩束光学系统的放大倍率，参数p为上部成像探测器的像素大小。
步骤S10：根据步骤S6和步骤S7得到的下表面光轴中心位置(Ox’，Oy’)、以及下表面外径中心位置(dx',dy')，得到被测镜片下表面的外径偏心为：
其中，参数k’为下部缩束前透镜和下部缩束后透镜组成的缩扩束光学系统的放大倍率，参数p’为下部成像探测器的像素大小。
8.根据权利要求7所述的基于波前技术的非球面透镜偏心检测方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
步骤S21：采集上部波前传感器的波前图像；
步骤S22：检测波前图像中最外环有效子孔径，去掉其中的最外一圈和最内一圈的子孔径后，剩下的子孔径记为有效子孔径；令有效子孔径个数为L，计算每个有效子孔径的斜率，记为(gxi,gyi)，其中i＝1,2,...,L；
步骤S23：计算有效子孔的平均斜率
步骤S24：计算被测镜片上表面倾斜量：
其中，参数K为上部缩束前透镜和上部缩束后透镜组成的缩扩束光学系统的放大倍率，参数p为上部波前传感器的探测相机像素大小，参数q为上部波前传感器的子孔径大小。
9.根据权利要求8所述的基于波前技术的非球面透镜偏心检测方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
步骤S31：采集上部成像探测器上的光瞳图像Jp；
步骤S32：对光瞳图像Jp进行二值化，得到二值化图像Jp2；其中，通过手动指定阈值或采用自动阈值计算方法设置二值化阈值；
步骤S33：对二值化图像Jp2进行边缘提取，得到图像Jp3；
步骤S34：对图像Jp3进行圆霍夫变换，得到圆，并提取圆心记为(Ox，Oy)，该圆心即为被测镜片上表面的光轴中心位置。
10.根据权利要求9所述的基于波前技术的非球面透镜偏心检测方法，其特征在于，所述步骤S33中采用Sobel算子或Laplacian算子或Canny算子对二值化图像Jp2进行边缘提取。
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