CN112964209A - 一种基于接触式测量的离轴检测法 - Google Patents

Abstract

一种基于接触式测量的离轴检测法，用于测量平面圆孔径球面复眼透镜阵列的结构参数，属于仪器仪表领域和精密测量技术领域。通过求解探针轨迹上各个检测弧的圆心至镜片基面的距离H，利用透镜口径值D和H计算各个透镜的曲率半径R₀和矢高f₀，实现了触针轨迹离轴的情况下对复眼透镜阵列的检测，具有检测效率高、检测精度高的特点，对统计平面圆孔径复眼透镜阵列的结构参数，评价被测复眼透镜阵列的器件品质和指导先进加工技术的工艺改进有较大意义。

Description

一种基于接触式测量的离轴检测法

技术领域

本文涉及一种基于接触式测量的离轴检测法，更具体地说涉及一种利用接触式轮廓仪对平面圆孔径球面复眼透镜阵列进行离轴测量其结构参数的检测方法，涉及仪器仪表领域和精密测量领域。

背景技术

本发明作为一种检测方法，用于检测平面圆孔径球面复眼透镜阵列的结构参数。

复眼透镜阵列是由多个单透镜按一定规则阵列于同一个平面上的透镜组合，广泛应用于显微、照明和投影显示等领域。

随着精密制造技术的发展，复眼透镜阵列的孔径朝着微纳量级发展，其阵列规模也越来越大，如何高效率、高精度地测量球面复眼透镜阵列的结构参数，成为精密测量领域的一项重要议题。

传统的接触测量要求轮廓仪触针通过透镜的主光轴，这并不适用于小孔径数、大阵列规模的复眼透镜阵列检测，主要原因为：

1)测量重复性差；

2)检测效率低；

而非接触式测量也有自身的应用局限性，主要为以下几点：

1)对于球面检测其不能给出检测面型相对于球面的误差；

2)对于基底的较大矢高检测无法实现；

3)凸面检测误差大；

4)探测器分辨率对小面型透镜的影响大，多个像元能量响应的一致性对检测影响大；

5)检测系统的视场较小，对于大尺寸的复眼透镜阵列的检测效率较低。

为了利用接触式测量的高分辨精度和高测量效率，规避其要求通过透镜主光轴的方法局限，本发明给出了一种利用接触式测量的离轴测量法。

本发明方法可高精度、高效率检测平面圆孔径球面复眼透镜阵列的结构参数，本检测结果可作为评价相应器件性能和相应加工工艺水平的参考依据。

发明内容

本发明是为检测平面圆孔径球面复眼透镜阵列而研制出的一套检测方法，可以很好的检测出平面圆孔径球面复眼透镜阵列的结构参数以及相应加工工艺水平。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

首先，搭建测量系统，调校载物台基面使之与触针的夹角小于0.25°,然后，把复眼透镜阵列背面贴保护膜置于接触式轮廓仪的载物台上，使待测复眼透镜阵列的阵列方向与探针行走方向大致对齐，装夹固定被测镜片。最后，调整触针的测量起点位置，使之落于待测透镜镜面，设置触针步进数和行程数，开始测量。

通过最小二乘法求解检测轨迹上的各个轨迹弧的跨度M和半径r，可以得出透镜球心至透镜基面的距离H，由于单元透镜的F数较大，且其口径值D偏差较小，结合口径值D和透镜球心至透镜基面的距离H可以求取检测轨迹上的各个透镜的曲率半径R和透镜主光轴矢高f。

本发明的有益效果是：本发明方法可高效、高精度检测复眼透镜阵列的结构参数，统计复眼透镜阵列的结构参数一致性，以此指标评价被测器件的精度和相应加工工艺水平。

附图说明

图1为离轴测量示意图。

图2为单元透镜“球心-基面”距离等式。

图3为单元透镜曲率半径和球面矢高等式。

图4为轨迹数据处理流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，并非全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图4所示，本实施例披露了一种基于接触式测量的离轴检测法。

触针的轨迹如图1所示，触针的测量起点位置，使之落于待测透镜镜面，设置触针步进数和行程数，开始测量，使测量轨迹切过复眼透镜，得到的测量数据送入计算机处理。

处理流程如图4所示，首先对数据进行滤波，过滤掉噪点，使检测轨迹曲线平滑连续，通过求导的方法分割检测轨迹上各个单元透镜的检测弧；然后，通过最小二乘法求解检测轨迹上的各个轨迹弧的跨度M和半径r。

通过图2所示公式得出透镜球心至透镜基面的距离H，式中β为触针与透镜主光轴夹角，正负号取决于触针的轴线与透镜的关系，向外发散取“﹢”，向内聚拢取“﹣”；最后，结合单透镜口径设计值D。

用图3所示公式求取检测轨迹上的各个透镜的曲率半径R₀和透镜主光轴矢高f₀。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的方法形式实现本发明。

因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种基于接触式测量的离轴检测法，其特征在于：对于平面圆孔径球面复眼透镜阵列的检测，轮廓仪触针轨迹在不通过透镜主光轴的情况下可一次扫描多个透镜单元，通过对触针轨迹数据输入计算机处理程序，可高效率高精度计算出被测复眼透镜阵列的结构参数。

2.根据权利要求1所述的一种基于接触式测量的离轴检测法，其特征在于：其中应用的计算机处理程序通过对触针轨迹数据进行滤波降噪，使检测轨迹曲线平滑连续。

具体步骤如下：

1)通过求导的方法分割检测轨迹上各个单元透镜的检测弧；

2)通过最小二乘法求解检测轨迹上的各个轨迹弧的跨度M和半径r，透镜球心至透镜基面的距离H通过下述公式求取

3.根据权利要求1所述的一种基于接触式测量的离轴检测法，其特征在于：通过单透镜的口径设计值D结合透镜球心至透镜基面的距离H求取透镜的曲率半径R₀和矢高f₀，公式为

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