CN109974977A - 物镜畸变检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物镜畸变检测方法及装置，其中，物镜畸变检测装置，包括：激光照明组件；标记靶，在靶面上设有阵列的并与被测物镜所有视场对应的标记孔；二元光学组件，二元光学组件上设有若干个补偿区；波前探测器。本检测装置能够用于测量被测物镜的畸变，不受视场大小限制，可实现对大视场的物镜进行畸变检测。本检测装置通过二元光学组件将被测物镜的出射光直接补偿照射至波前探测器测量畸变，代替了现有技术中通过转台记录角度值测量畸变，避免了转台角度误差，提高了测量的精度；并且本检测装置可竖直或水平放置，可用于检测竖直或水平放置的物镜，从而可用于检测浸液物镜和干式物镜，用途更为广泛。

Description

物镜畸变检测方法及装置

技术领域

本发明涉及光学检测技术领域，具体涉及物镜畸变检测方法及装置。

背景技术

畸变是衡量光学系统的重要指标。畸变直接影响成像目标的几何位置精度，对于图像的识别等具有决定性的因素。为了保证图像中信息的位置精确性以用于识别和计算，物镜等光学系统在光学设计时不仅要尽可能的对畸变进行校正，而且对实际光学系统需要进行精密的畸变测量，已验证系统是否合格以及提供在使用中进行修正。

目前，国内畸变检测的方法一般采用国标中规定的方法(目标图案板法)，在被测物镜物方用望远镜观察网格板经过镜头所成的像，并用转台记录每个像高对应的角度。根据望远镜测出的像高及转台记录的角度值，计算被测光学系统畸变。该方法是基于精密测长法。

还有一种方法是基于精密测角法，一般是在平行光管的焦面上安装分划板或星点，然后平行光管或被测光学系统绕入瞳中心的垂直轴做相对转动，然后在像面直接测量分划中心或星点像的中心坐标，再通过计算像高来计算畸变。

目前的各种测试方案和装置存在以下缺点：

对于浸液的显微物镜，该测试方法不适用，因为浸液的显微物镜不能水平放置并用望远镜观察。同时，经过显微物镜后的网格成像变小，很难分辨；或因为浸液而无法实现。

测量精度低。在该方法中采用标准网格板，网格板的装调误差以及本身刻线误差大大降低了测量精度；同时由于人眼直接进行观察，个体之间的差异导致瞄准误差；再加之精密转台角度误差等因素的存在使得畸变的测量精度受限，且视场角增大后测量误差随之增大。

发明内容

本申请提供一种检测精度高并适用于多种物镜的物镜畸变检测方法及装置。

根据第一方面，一种实施例中提供一种物镜畸变检测装置，包括：

用于发射激光的激光照明组件；

标记靶，其可调节的安装在激光照明组件发射光的光路上，在靶面上设有阵列的并与被测物镜待检测视场对应的标记孔；

二元光学组件，其可调节的安装在标记靶出射光的光路上，并与标记靶之间具有用于放置被测物镜的空间；二元光学组件上设有若干个补偿区，若干个补偿区可分别调节至与被测物镜的不同视场对应，补偿区用于将被测物镜不同视场的出射光补偿至平行光出射；

波前探测器，其可调节的安装在二元光学组件出射光的光路上，用于接受二元光学组件的出射光，及生成用于计算物镜视场畸变的探测信息。

进一步地，若干个补偿区中一个为与被测物镜中心视场对应的零补偿区，其他为与被测物镜不同轴外视场对应的角度补偿区。

进一步地，二元光学组件为可转动和可移动安装的圆盘形结构或方形结构，补偿区具有二元光学特征。

进一步地，激光照明组件可摆动和可移动的设置，用于调节出射光的角度及与标记靶的距离，以实现对标记靶的均匀照明。

进一步地，标记靶可摆动和可移动的设置，用于调节与被测物镜对焦。

进一步地，检测装置还包括支撑调节装置，光照明组件、标记靶、二元光学组件和波前探测器依次排列安装在支撑调节板装置，支撑调节装置在安装标记靶和二元光学组件之间的位置设有用于夹持被测物镜的夹持部，支撑调节装置用于分别驱动光照明组件、标记靶、二元光学组件和波前探测器调节位置。

进一步地，光照明组件、标记靶、二元光学组件和波前探测器竖直安装在支撑调节装置上，支撑调节装置上的夹持部用于装夹竖直放置的被测物镜；

任选地，所述光照明组件、标记靶、二元光学组件和波前探测器水平安装在所述支撑调节装置上，所述支撑调节装置上的夹持部用于装夹水平放置的被测物镜。

进一步地，检测装置还包括控制器，控制器包括处理单元和控制单元；处理单元与波前探测器电性连接，用于获取波前探测器生成的探测信息及计算物镜不同视场的畸变；控制单元与激光照明组件和支撑调节装置电性连接，用于控制激光照明组件发射激光及控制支撑调节装置分别驱动光照明组件、标记靶、二元光学组件和波前探测器调节位置。

根据第二方面，一种实施例中提供一种基于上述的物镜畸变检测装置的物镜畸变检测方法，包括如下步骤：

S001：将被测物镜安装在标记靶和二元光学组件之间，调节标记靶至被测物镜的焦面，调节二元光学组件的零补偿区对应被测物镜的中心视场，及调节波前探测器与二元光学组件相对，并调节激光照明组件与标记靶之间的间距；

S002：使激光照明组件发射激光，激光先后穿过标记靶的标记孔、被测物镜和二元光学组件的零补偿区照射至波前探测器，波前探测器记录初始角度值A₀；

S003：切换二元光学组件上一个角度补偿区面向被测物镜的对应视场，并调节波前探测器与二元光学组件相对；

S004：使激光照明组件发射激光，激光先后穿过标记靶的标记孔、被测物镜和二元光学组件的角度补偿区照射至波前探测器，波前探测器记录偏差角度值A_i；

S005：根据初始角度值A₀和偏差角度值A_i计算出被测物镜与角度补偿区对应视场的畸变。

进一步地，逐步切换二元光学组件上的所有角度补偿区分别与被测物镜的不同视场相对，以实现对被测物镜所有视场畸变的检测；

任选地，通过下式计算被测物镜的视场畸变：

Distortion(A_i)＝f*[tan(A_i)-tan(A₀)]/D₀

其中，f为被测物镜的焦距，D₀为标记靶上标记孔之间的间距，A₀为初始角度值，A_i为偏差角度值。

依据上述实施例的物镜畸变检测方法及装置，其中，由于检测装置中的标记靶上设有与被测物镜所有视场对应的标记孔，二元光学组件设有若干个补偿区，补偿区可分别调节至与被测物镜的不同视场对应，从而本检测装置能够用于测量被测物镜视场的畸变，不受视场大小限制，可实现对大视场的物镜进行畸变检测。本检测装置通过二元光学组件将被测物镜的出射光直接补偿照射至波前探测器测量畸变，代替了现有技术中通过转台记录角度值测量畸变，避免了转台角度误差，提高了测量的精度；并且本检测装置可竖直或水平放置，可用于检测竖直或水平放置的物镜，从而可用于检测浸液物镜和干式物镜，用途更为广泛。

附图说明

图1为一种实施例中物镜畸变检测装置的结构示意图；

图2为一种实施例中标记靶的结构示意图；

图3为一种实施例中二元光学组件的结构和光学特征示意图；

图4为一种实施例中波前探测器的探测示意图；

图5为另一种实施中物镜畸变检测方法的流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

本实施例提供了一种物镜畸变检测装置，本检测装置用于对物镜视场的畸变进行检测，适用于大视场的浸液物镜或干式物镜的畸变检测。

如图1所示，本实施例的物镜畸变检测装置主要包括激光照明组件1、标记靶2、二元光学组件3和波前探测器4。本实施例中激光照明组件1、标记靶2、二元光学组件3和波前探测器4自下而上依次竖直安装，用于检测竖直放置的物镜。在其他实施例中，本检测装置的各部件可依次水平放置，用于检测水平放置的物镜。

在本实施例中，激光照明组件1为波长可调谐的激光发生器，可根据不同的被测物镜5，发射特定波长的激光，例如被测物镜5为显微物镜，激光照明组件1发射可见光波段作为照明光。激光照明组件1可摆动和可移动的安装设置。可摆动为激光照明组件1可调节出射光的角度，保证出射光竖直向上发射，以使得出射光垂直照射在标记靶2上。可移动为激光照明组件1可沿出射光的光轴移动，用于调节激光照明组件1与标记靶2之间的间距，以实现对标记靶2的均匀照射。

标记靶2安装在激光照明组件1出射光的光路上，即位于激光照明组件1的上方。如图2所示，标记靶2的靶面上设有阵列的标记孔21，标记孔21为圆孔，与波前探测器4配合，使得波前探测器4能够检测相邻标记孔21之间的间距，在其他实施例中，标记孔21为其他形状，并与波前探测器4匹配设置。在本实施例中，标记孔21之间设有预设的间距D₀，并且不同区域上的标记孔21与被测物镜5的不同视场对应，即标记靶2上标记孔21出射光可进入被测物镜5的所有视场。标记靶2可摆动和可移动的安装设置，可摆动为标记靶2可调节与光轴之间的角度，以保证靶面与光轴垂直，接受激光照明组件1的垂直照射，可移动为标记靶2可沿光轴移动，用于将标记靶2移动至被测物镜5的焦面。

二元光学组件3安装在标记靶2出射光的光路上，位于标记靶2的上方。具体为，二元光学组件3与标记靶2之间具有用于安装放置被测物镜5的空间，被测物镜5竖直安装在二元光学组件3与标记靶2之间，标记靶2的出射光照射至被测物镜5，被测物镜5的出射光照射至二元光学组件3。如图3所示，二元光学组件3为圆盘结构，二元光学组件3上设有若干个补偿区31，若干个补偿区31均为圆形的并具有二元光学特征的区域，排列设置在盘形二元光学组件3上的同一圆周上。若干个补偿区31中一个为零补偿区，其他为角度补偿区，图3中圆内没有弧线的为零补偿区，圆内具有弧线的为角度补偿区，不同的角度补偿区用于补偿光线的角度不同，在图3中体现为弧线的密度和弧度不同，以区别不同的角度补偿区。二元光学组件3可以利用光栅刻划机等设备制造，其角度补偿精度能够达到很高精度，通过高精度角度补偿，保障了大视场的畸变测量精度。零补偿区为平面，不对被测物镜5的出射光进行角度调节，零补偿区用于与被测物镜5的中心视场对应，用于透射被测物镜5中心视场的出射光。多个角度补偿区具有刻划或其他方式制造的二元光学特征，多个角度补偿区分别与被测物镜5的轴外视场对应，用于补充折射被测物镜5的轴外视场的出射光，将出射光补充折射成平行光。

二元光学组件3的盘面垂直光轴设置，并为可转动和可移动的安装设置，可转动为二元光学组件3可沿着其中心旋转，可移动和可转动用于切换不同的补偿区31与被测物镜5的不同视场相对，例如二元光学组件3可调节零补偿区与被测物镜5的中心视场相对，二元光学组件3的零补偿区用于直接透射被测物镜5中心视场的出射光照射至波前探测器4探测；或者二元光学组件3可调节其中一个角度补偿区与被测物镜5对应的轴外视场相对，该角度补偿区用于补偿被测物镜5对应的轴外视场出射光，补偿后的出射光照射至波前探测器4探测。为实现测量，标记孔21上的特征应与二元光学组件3设计的补偿角度相对应。

在其他实施例中，二元光学组件3为方形结构或其他结构，二元光学组件3上的若干个补偿区31也可直线阵列排列设置，通过移动二元光学组件3切换不同的补偿区31与被测物镜5相对。

在本实施例中，如图4所示，波前探测器4为Hartmann波前传感器，波前探测器4安装在二元光学组件3出射光的光路上，用于接受二元光学组件3的出射光，并探测出出射光的波前角度值，并生成探测信息，探测信息用于得出波前角度值，最终用于计算被测物镜5不同视场的畸变。图4中，放大图中的点为偏移点，该偏移点为标记孔21的出射光形成的光斑，故图4中的偏移点与标记孔21对应，偏移点的偏移即为标记孔21的出射光经过被测物镜5的畸变。波前探测器4可移动的安装设置，可移动为波前探测器4可沿水平方向移动，可移动至与二元光学组件3的补偿区31相对，用于接收二元光学组件3的补偿区31的出射光。

在本实施例中，为了更好的安装检测部件及精确协调驱动检测部件的调节，本实施的检测装置还包括支撑调节板装置6，支撑调节板装置6的竖直方向的侧面上具有五个夹持部，自下而上的五个夹持部分别用于安装激光照明组件1、标记靶2、被测物镜5、二元光学组件3和波前探测器4，支撑调节板装置6可分别驱动激光照明组件1、标记靶2、二元光学组件3和波前探测器4调节位置进行检测。支撑调节板装置6内可设置四个单独的驱动装置，分别对驱动激光照明组件1、标记靶2、二元光学组件3和波前探测器4进行驱动调节，并且四个单独的驱动装置可协调工作。

在其他实施例中，支撑调节板装置6可设置五个水平并排设置的夹持部，用于将激光照明组件1、标记靶2、二元光学组件3和波前探测器4装夹安装成水平状态。

在本实施例中，为了自动精确的控制及计算检测，检测装置还包括控制器(图中未示出)，控制器包括控制单元和处理单元，控制单元分别与激光照明组件1和支撑调节板装置6电性连接，用于控制激光照明组件1发射激光，及用于控制支撑调节板装置6分别驱动激光照明组件1、标记靶2、二元光学组件3和波前探测器4调节检测位置。处理单元与波前探测器4电性连接，用于获取波前探测器4的探测信号及计算被测物镜5不同视场的畸变。

本实施例提供的物镜畸变检测装置，由于标记靶2上设有与被测物镜5所有视场对应的标记孔21，二元光学组件3设有若干个补偿区31，补偿区31可分别调节至与被测物镜5的不同视场对应，从而本检测装置能够用于测量被测物镜5视场的畸变，不受视场大小限制，可实现对大视场的物镜进行畸变检测。本检测装置通过二元光学组件3将被测物镜5的出射光直接补偿照射至波前探测器4测量畸变，代替了现有技术中通过转台记录角度值测量畸变，避免了转台角度误差，提高了测量的精度；并且本检测装置可竖直或水平放置，可用于检测竖直或水平放置的物镜，从而可用于检测浸液物镜和干式物镜，用途更为广泛。

实施例二：

本实施例提供了一种物镜畸变检测方法，本检测方法基于上述实施例一的物镜畸变检测装置实现检测，并且本检测方法由控制器自动控制完成，其他实施例中也可通过手动驱动完成检测。被测物镜5不同视场的畸变不同，被测物镜5包括中心视场、轴外视场和边缘视场，中心视场一般具有较高的成像质量，几乎没有畸变，可用于作为检测畸变的基础，边缘视场也算是轴外视场，故只需对不同轴外视场的畸变进行检测即可。

本检测方法检测物镜畸变的原理为：在被测物镜5的焦面放置标记靶2并在背部激光照明，标记靶2上的标记孔21对应不同的被测物镜5视场，标记孔21被照明发出的光经过被测物镜5后由二元光学组件3进行视场角补偿，补偿后的出射光进入波前探测器4进行波前探测并计算出角度，该角度值与该标记孔21的理论设计角度值之间的偏差即为该视场的畸变；通过对标记靶2的标记孔21阵列分别补偿和测量，进而计算得出被测物镜5的畸变。

如图5所示，本实施例的检测方法包括如下步骤：

S001：安装及调节初始位置；

首先将被测物镜5竖直安装到支撑调节板装置6上，再调节标记靶2移动至被测物镜5的焦面，调节二元光学组件3的零补偿区对准被测物镜5的中心视场，调节波前探测器4与调节二元光学组件3的零补偿区相对，调节激光照明组件1移动至远离标记靶2的预设距离，此时为本探测的初始位置。并且在此调节过程中，调节激光照明组件1和标记靶2摆动，以保证激光照明组件1和标记靶2与光轴垂直。调节激光照明组件1移动至远离标记靶2的预设距离，以使得调节激光照明组件1对标记靶2的均匀照明。

S002：探测中心视场的角度值；

安装调节好初始位置后，使激光照明组件1发射激光，出射光先后穿过标记靶2的标记孔21、被测物镜5和二元光学组件3的零补偿区照射至波前探测器4，此时波前探测器为零位，并记录初始角度值A₀。

S003：切换检测视场；

其他部件不变，调节二元光学组件3和波前探测器4。首先调节切换二元光学组件3上的其中一个角度补偿区与面向被测物镜5的对应轴外视场，再调节移动被测物镜5与该角度补偿区相对，以接收该角度补偿区补偿后的出射光。

S004：探测轴外视场的角度值；

切换检测视场后，再次使激光照明组件1发射激光，出射光先后穿过标记靶2的标记孔21、被测物镜5和二元光学组件3的角度补偿区照射至波前探测器4，此时波前探测器记录偏差角度值A_i。其中，i代表不同角度补偿区的编号，本实施例角度补偿区具有九个，则i∈{1、2、……、9}。

S005：计算畸变。

两侧探测后，控制器根据检测的初始角度值A₀和偏差角度值A_i计算出被测物镜5与角度补偿区对应视场的畸变。

具体的，根据如下公式计算A_i对应被测物镜5视场的畸变：

Distortion(A_i)＝f*[tan(A_i)-tan(A₀)]/D₀

其中，f为被测物镜5的焦距，D₀为标记靶2上标记孔21之间的间距，A₀为初始角度值，A_i为偏差角度值。

本实施例的检测方法可对被测物镜5任意视场的畸变进行精确的检测，在其他实施例中，若需要对被测物镜5所有待测视场的畸变进行检测，则在S001-S002步骤探测初始视角值A₀后，在S003步骤过程中，逐步切换二元光学组件3的全部角度补偿区照射分别与对被测物镜5的不同轴外视场对齐，每次切换角度补偿区后，通过S004-S005计算出对应视场的畸变。经过多次切换检测后，完成对被测物镜5所有视场畸变的检测，检测的畸变分别为Distortion(A₁)、Distortion(A₂)、……、Distortion(A_i)。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种物镜畸变检测装置，其特征在于，包括：

用于发射激光的激光照明组件；

标记靶，其可调节的安装在所述激光照明组件发射光的光路上，在靶面上设有阵列的并与被测物镜待检测视场对应的标记孔；

二元光学组件，其可调节的安装在所述标记靶出射光的光路上，并与所述标记靶之间具有用于放置被测物镜的空间；所述二元光学组件上设有若干个补偿区，若干个所述补偿区可分别调节至与被测物镜的不同视场对应，所述补偿区用于将被测物镜不同视场的出射光补偿至平行光出射；

波前探测器，其可调节的安装在所述二元光学组件出射光的光路上，用于接受所述二元光学组件的出射光，及生成用于计算物镜视场畸变的探测信息。

2.如权利要求1所述的物镜畸变检测装置，其特征在于，若干个所述补偿区中一个为与被测物镜中心视场对应的零补偿区，其他为与被测物镜不同轴外视场对应的角度补偿区。

3.如权利要求2所述的物镜畸变检测装置，其特征在于，所述二元光学组件为可移动安装的圆盘形结构或方形结构，所述补偿区具有二元光学特征。

4.如权利要求1所述的物镜畸变检测装置，其特征在于，所述激光照明组件可摆动和可移动的设置，用于调节出射光的角度及与所述标记靶的距离，以实现对所述标记靶的均匀照明。

5.如权利要求4所述的物镜畸变检测装置，其特征在于，所述标记靶可摆动和可移动的设置，用于调节与被测物镜对焦。

6.如权利要求5所述的物镜畸变检测装置，其特征在于，还包括支撑调节装置，所述光照明组件、标记靶、二元光学组件和波前探测器依次排列安装在所述支撑调节板装置，所述支撑调节装置在安装标记靶和二元光学组件之间的位置设有用于夹持被测物镜的夹持部，所述支撑调节装置用于分别驱动光照明组件、标记靶、二元光学组件和波前探测器调节位置。

7.如权利要求6所述的物镜畸变检测装置，其特征在于，所述光照明组件、标记靶、二元光学组件和波前探测器竖直安装在所述支撑调节装置上，所述支撑调节装置上的夹持部用于装夹竖直放置的被测物镜；

任选地，所述光照明组件、标记靶、二元光学组件和波前探测器水平安装在所述支撑调节装置上，所述支撑调节装置上的夹持部用于装夹水平放置的被测物镜。

8.如权利要求6所述的物镜畸变检测装置，其特征在于，还包括控制器，所述控制器包括处理单元和控制单元；所述处理单元与所述波前探测器电性连接，用于获取所述波前探测器生成的探测信息及计算物镜不同视场的畸变；所述控制单元与所述激光照明组件和支撑调节装置电性连接，用于控制激光照明组件发射激光及控制支撑调节装置分别驱动光照明组件、标记靶、二元光学组件和波前探测器调节位置。

9.一种基于权利要求1至8任一项所示的物镜畸变检测装置的物镜畸变检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S001：将被测物镜安装在标记靶和二元光学组件之间，调节标记靶至被测物镜的焦面，调节二元光学组件的零补偿区对应被测物镜的中心视场，及调节波前探测器与二元光学组件相对，并调节激光照明组件与标记靶之间的间距；

S002：使激光照明组件发射激光，激光先后穿过标记靶的标记孔、被测物镜和二元光学组件的零补偿区照射至波前探测器，波前探测器记录初始角度值A₀；

S003：切换二元光学组件上一个角度补偿区面向被测物镜的对应视场，并调节波前探测器与二元光学组件相对；

S004：使激光照明组件发射激光，激光先后穿过标记靶的标记孔、被测物镜和二元光学组件的角度补偿区照射至波前探测器，波前探测器记录偏差角度值A_i；

S005：根据初始角度值A₀和偏差角度值A_i计算出被测物镜与角度补偿区对应视场的畸变。

10.如权利要求9所述的物镜畸变检测方法，其特征在于，逐步切换二元光学组件上的所有角度补偿区分别与被测物镜的不同视场相对，以实现对被测物镜所有视场畸变的检测；

任选地，通过下式计算被测物镜的视场畸变：

Distortion(A_i)＝f*[tan(A_i)-tan(A₀)]/D₀

其中，f为被测物镜的焦距，D₀为标记靶上标记孔之间的间距，A₀为初始角度值，A_i为偏差角度值。