CN113137924B - 光学测试系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了光学测试系统及其方法，其系统包括：一测试光源模块；一具有测试对象的反射模块，所述反射模块接收测试光源模块出射的光源光线；一第一光学元件；一探测模块，接收经反射模块反射后经第一光学元件透射的反射光线，采集测试对象发生位移前后，探测模块分别被移动到成像质量最高的位置；以及一控制模块，根据检测探测模块的位移获得测试对象的位移量。本发明的测试系统结构简单且体积小，应用范围广泛，测试方法流程步骤简便可靠、测量快捷准确，能有效降低位移量，尤其是镜头后焦及后焦变化量的高精度测量的成本。

Description

光学测试系统及其方法

技术领域

本发明涉及光学元件测试领域，具体地说，涉及光学测试系统及其方法。

背景技术

位移是基本的几何参量之一，其准确测量对人们从事各领域的研究和促进科学进步有十分重要的意义。与其他机械量相比，位移容易检测，且准确度高，所以常将被测对象的物理量转换为位移量来检测。

例如在光学镜头领域，光学镜头在不同的温度条件下后焦会发生变化，导致焦面偏移，当焦面偏移过大时会引起成像不清晰，因此在镜头设计过程中需要考虑温度补偿，故需要对不同温度下镜头的后焦变化量(位移量)进行精确测定，从而判断镜头的热补偿是否符合要求。目前常规的热补偿测试方法是将镜头放到高低温箱中，当达到要求温度后快速将镜头取出进行后焦测试，但是由于镜头温度和外界温度存在温差，测试过程中温度在不断发生变化，导致测试不准确，且重复性差。

再比如，在镜头完成装配无法主动调节后焦位置的应用场合下，装配前若不能准确测出镜头后焦，将使镜头光学系统成像面与光电探测器件焦平面无法匹配，进而使光学系统不能准确在光电探测器焦平面成像，严重影响成像质量；此外，科学技术的不断发展与进步对后焦测试精度的要求也越来越高(精度需要达到1μm甚至0.5μm)，而一般的后焦测试仪精度仅能达到5μm～10μm左右，无法达到精确测量的目的；若采用高精度的光栅尺等虽然可以提高测试精度，但是成本会非常高。

其他的测量方法主要有机械法、光学法、电学法及气动法，但目前的测试方案普遍存在设备体积大、设备昂贵，成本较高的缺陷。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明的目的在于简化镜片后焦位移高精度测量的步骤和产品体积，大大降低了镜片后焦位移高精度测量的成本。

本发明的实施例还提供一种光学测试系统，包括：

一测试光源模块；

一具有测试对象的反射模块，接收所述测试光源模块的光源光线；

一第一光学元件；

一探测模块，接收经所述反射模块反射后经第一光学元件透射的反射光线，采集测试对象发生位移前后，所述探测模块分别被移动到成像质量最高的位置；以及

一控制模块，根据检测所述探测模块的位移获得所述测试对象的位移量。

优选地，还包括一分光模块，所述反射模块反射后的光线经过所述分光模块引导后到达所述探测模块。

优选地，所述分光模块是半透半反光学元件，所述分光模块被设置于所述光源模块的出射侧以及所述反射模块的出射侧，所述分光模块将所述测试光源模块的光源光线导向反射镜，并接收所述反射镜反射的光线并导向至所述探测模块。

优选地，还包括一位移模块，沿平行于所述第一光学元件的光轴方向移动所述探测模块，所述控制模块电连接所述探测模块和位移模块。

优选地，所述反射模块包括一第二光学元件以及具有测试对象的可动反射元件，所述第二光学元件位于所述反射元件的出射侧。

优选地，所述控制模块采集所述可动反射元件发生位移前所述探测模块所处第一位置和所述可动反射元件发生位移后所述探测模块所处第二位置之间的位移量，根据所述位移量获得所述测试对象的位移量。

优选地，所述可动反射元件沿所述第二光学元件的光轴方向产生位移。

优选地，所述反射模块包括一通光元件以及一反射元件，所述通光元件位于所述反射元件的出射侧，所述通光元件是已知后焦值的第三光学元件以及被配置为测试对象的待测后焦值的第四光学元件中的一个。

优选地，所述控制模块采集当所述第三光学元件被配置为所述通光元件时所述探测模块所处第一位置和当所述第四光学元件被配置为所述通光元件时所述探测模块所处第二位置之间的位移量，根据第三光学元件和位移量获得第四光学元件的后焦值。

优选地，所述反射模块包括温控装置、设置于温控装置的温控环境中被配置为测试对象的待测后焦变化量的第五光学元件、反射元件以及镜头后焦调节机构。

优选地，所述控制模块采集当所述第五光学元件处于第一温度环境时所述探测模块所处第一位置和当所述第五光学元件处于不同于所述第一温度的第二温度时所述探测模块所处第二位置之间的位移量，根据所述位移量获得所述第五光学元件的后焦值变化量。

优选地，所述镜头后焦调节机构改变所述第五光学元件与所述反射元件之间光路的距离，令所述探测模块能采集到清晰的像。

优选地，所述测试光源模块的光源光线为准直光。

优选地，所述测试光源模块包括提供光源的激光器以及整形模块，经过所述整形模块后的光线到达所述反射模块。

优选地，所述测试光源模块包括平行光管、平行光管光源，所述平行光管光源的光线通过平行光管后的输出光线到达所述反射模块。

本发明的实施例提供一种光学测试方法，包括以下步骤：

提供一测试光源模块；

所述测试光源模块出射的光线到达一具有测试对象的反射模块；

所述反射模块的反射光线经过一第一光学元件到达一探测模块，获得当所述探测模块成像质量最高时所在的第一位置；以及

当测试对象发生位移后，获得当所述探测模块成像质量最高时所在的第二位置，根据所述第一位置和第二位置之间的位移获得所述测试对象的位移量。

优选地，所述反射模块反射后的光线经过一分光模块后到达所述探测模块。

优选地，所述分光模块是半透半反光学元件，所述分光模块被设置于所述光源模块的出射侧以及所述反射模块的出射侧，所述分光模块将所述测试光源模块的光源光线导向反射镜，并接收所述反射镜反射的光线并导向至所述探测模块。

优选地，通过一位移模块沿平行于所述第一光学元件的光轴方向移动所述探测模块，令所述探测模块成像质量最高。

优选地，所述反射模块包括一第二光学元件以及具有测试对象的可动反射元件，所述第二光学元件位于所述反射元件的出射侧，所述可动反射元件沿所述第二光学元件的光轴方向产生位移。

优选地，采集所述可动反射元件发生位移前所述探测模块所处第一位置和所述可动反射元件发生位移后所述探测模块所处第二位置之间的位移量，根据所述位移量获得所述测试对象的位移量。

优选地，所述反射模块包括一通光元件以及一反射元件，所述通光元件位于所述反射元件的出射侧，所述通光元件被配置为已知后焦值的第三光学元件以及测试对象为待测后焦值的第四光学元件中的一个。

优选地，采集当所述第三光学元件被配置为所述通光元件时所述探测模块所处第一位置和当所述第四光学元件被配置为所述通光元件时所述探测模块所处第二位置之间的位移量，根据所述第三光学元件和位移量获得所述第四光学元件的后焦值。

优选地，所述反射模块包括温控装置、设置于温控装置的温控环境中被配置为测试对象的待测后焦值的第五光学元件、反射元件以及调整镜头后焦调节机构。

优选地，采集当所述第五光学元件在第一温度环境时所述探测模块所处第一位置和当所述第五光学元件在不同于所述第一温度的第二温度时所述探测模块所处第二位置之间的位移量，根据所述位移量获得所述第五光学元件的后焦值变化量。

优选地，所述测试光源模块的光源光线为准直光。

由于具备了上述技术特征，本发明的光学测试系统及其方法具有如下优势：

(1)通过光路设计，将待测物体的微小位移量进行光学放大后转换为光电探测器芯片的位移量，实现微小位移测试精度的提升。

(2)通过光路设计，实现非接触式镜头后焦及后焦变化量测试，镜头在进行高低温测试时，测试过程中镜头不需要从高低温箱中取出，保证测试过程的稳定性。

(3)通过更换合适焦距的聚焦镜片(镜头)，可实现不同焦距(尤其是超短焦镜头)的后焦及后焦变化量的高精度测量。

(4)由于本方案采用光学放大原理使微位移测量精度显著提升，使得测试装置对探测器芯片端移动机构的精度要求有所降低，进而减小了测量难度和测量成本。

(5)通过软件实现对探测器图像进行实时采集和清晰度的计算，实现微小位移位置判定的定量化(图像成像质量最高的位置)，并可自动计算。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1是本发明的光学测试系统的第一实施例的实施过程中测试对象远离第二光学元件的对比示意图。

图2是本发明的光学测试系统的第一实施例的实施过程中测试对象靠近第二光学元件的对比示意图。

图3是本发明的光学测试系统的第二实施例的实施过程中测试对象远离第二光学元件的对比示意图。

图4是本发明的光学测试系统的第二实施例的实施过程中测试对象靠近第二光学元件的对比示意图。

图5是本发明的光学测试系统的第三实施例的实施过程中测试镜头后焦大于标准镜头的对比示意图。

图6是本发明的光学测试系统的第三实施例的实施过程中测试镜头后焦小于标准镜头的对比示意图。

图7是本发明的光学测试系统的第四实施例的实施过程中测试镜头后焦大于标准镜头的对比示意图。

图8是本发明的光学测试系统的第四实施例的实施过程中测试镜头后焦小于标准镜头的对比示意图。

图9是本发明的光学测试系统的第五实施例的实施过程中测试镜头后焦变长前后的对比示意图。

图10是本发明的光学测试系统的第五实施例的实施过程中测试镜头后焦变短前后的对比示意图。

图11是本发明的光学测试系统的第六实施例的实施过程中测试镜头后焦变长前后的对比示意图。

图12是本发明的光学测试系统的第六实施例的实施过程中测试镜头后焦变短前后的对比示意图。

图13是本发明的光学测试方法的流程图。

附图标记

1 测试光源模块

2 反射模块

3 第一光学元件

4 探测模块

4A 经过前移的探测模块

4B 经过后移的探测模块

5 分光模块

6 位移模块

7 第二光学元件

8 可动反射元件

9 测试对象

10 控制模块

11 通光元件

12 反射元件

13 第三光学元件

14 第四光学元件

15 温控装置

16 第五光学元件

17 镜头后焦调节机构

18 激光器

19 整形模块

191 第一反射镜

192 扩束镜

193 第二反射镜

20 平行光管

21 平行光管光源

22 分划板

W 位移量

R 焦点

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设定进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设定之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

图1是本发明的光学测试系统的第一实施例的实施过程中测试对象远离第二光学元件的对比示意图。如图1所示，本发明的实施例提供一种光学测试系统，包括：测试光源模块1、反射模块2、第一光学元件3、探测模块4、分光模块5、位移模块6以及控制模块10。反射模块2具有测试对象9，用于接收测试光源模块1的光源光线。反射模块2反射后的光线经过分光模块5引导后到达探测模块4。分光模块5可以选择半透半反镜或分光棱镜等。探测模块4接收经反射模块2反射后经第一光学元件3透射的反射光线，采集测试对象9发生位移前后，探测模块4分别被移动到成像质量最高的位置。第一光学元件可以是聚焦镜片(或镜头)。控制模块10根据检测探测模块4的位移获得测试对象9的位移量。位移模块6沿平行于第一光学元件3的光轴方向移动探测模块4，控制模块10电连接探测模块4和位移模块6。从而根据位移模块6的位移来满足探测模块4的成像质量最高的要求。

在一个优选例中，探测模块4可以是一种光电传感器，例如：CCD图像传感器或CMOS图像传感器，不以此为限。探测模块4获得的成像质量最高是指，探测模块4拍摄到的图像的MTF值最高。MTF值是Modulation Transfer Function(调制传递函数)的缩写，其主要用于分析镜头的分辨率，这种测定光学频率的方式是以一个mm的范围内能呈现出多少条线来度量，其单位以line/mm来表示。通过位移模块6的电机来移动探测模块4，使得探测模块4采集的图像满足在一个mm的范围内能呈现出最多条数条线的位置就是探测模块4成像质量最高的位置。

本实施例中，反射模块2包括一第二光学元件7以及具有测试对象9的可动反射元件8，第二光学元件7位于可动反射元件的出射侧，可动反射元件8沿第二光学元件7的光轴方向产生位移，但不以此为限。控制模块10采集可动反射元件8发生位移前探测模块4所处第一位置和可动反射元件8发生位移后探测模块4所处第二位置之间的位移量，根据位移量获得测试对象9的位移量。在本实施例中，可动反射元件8可以是一个能够移动的反射镜，但不以此为限。在本实施例中，控制模块10可以通过记录初始状态下探测模块4成像质量最高的第一位置(例如图1中，探测模块4所在的位置)，将可动反射元件8向背离反射模块2的方向移动后，通过位移模块6移动探测模块4再次成像质量最高的第二位置(例如图1中，经过前移的探测模块4A所在的位置)，来获得探测模块4在整个过程中的位移量W，最后通过探测模块4的位移来获得测试对象9的位移量，可以采用现有的换算公式或是未来发明的换算公式，将探测模块4的位移量W作为输入来自动获得测试对象9的位移量。后续实施例中将具体介绍将反射模块中的待测对象发生位移的多种不同实施方式以及测试光源模块1的不同形式，此处暂不赘述。

本实施例中，测试光源模块1的光源光线为准直光，测试光源模块1包括平行光管20、平行光管光源21以及分划板22，平行光管光源21可选激光光源或者白光光源，不以此为限。平行光管光源21的光线经过分划板22后通过平行光管20后的输出光线为准直光线，此处不再赘述。

在一个优选例中，分光模块5是半透半反光学元件，分光模块5被设置于光源模块的出射侧以及反射模块2的出射侧，分光模块5将测试光源模块1的光源光线导向反射镜，并接收反射镜反射的光线并导向至探测模块4，但不以此为限。在本实施例中，反射模块2接收测试光源模块1的沿平行于第二光学元件7的光轴方向经半透半反光学元件透射的光源光线，。而经过反射模块2反射后的光线经分光模块5反射至探测模块4。同样地，光源模块1出射的测试光线也可经分光模块5反射至反射模块2，反射模块2出射的反射光线镜分光模块5透射至探测模块4，再此不受限制。。

本发明的测试系统结构简单且体积小，应用范围广泛，能有效降低镜片后焦位移高精度测量的成本。

图2是本发明的光学测试系统的第一实施例的实施过程中测试对象靠近第二光学元件的对比示意图。如图2所示，在本实施例中，控制模块10可以通过记录初始状态下探测模块4成像质量最高的第一位置(例如图1中，探测模块4所在的位置)，将可动反射元件8向靠近第二光学元件7的方向移动后，通过位移模块6移动探测模块4再次成像质量最高的第二位置(例如图2中，经过后移的探测模块4B所在的位置)，来获得探测模块4在整个过程中的位移量W，最后通过探测模块4的位移来获得测试对象9的位移量，可以采用现有的换算公式或是未来发明的换算公式，将探测模块4的位移量W作为输入来自动获得测试对象9的位移量。其他技术特征如前，此处不再赘述。

图3是本发明的光学测试系统的第二实施例的实施过程中测试对象远离第二光学元件的对比示意图。图4是本发明的光学测试系统的第二实施例的实施过程中测试对象靠近第二光学元件的对比示意图。如图3和4所示，第二实施例是在第一实施例的基础上，更换测试光源模块1的结构，本实施例中，测试光源模块1包括：提供光源的激光器18以及整形模块19，整形模块19包括了第一反射镜191，扩束镜192以及第二反射镜193。激光器18发出的光线先后经过了第一反射镜191，扩束镜192以及第二反射镜193后的光线到达反射模块2。本实施例中，扩束镜及反射镜数目不受限制，只要保证光源模块1能够出射具有一定宽度的准直的光束至分光模块5即可。，其他技术特征如前，此处不再赘述。

图5是本发明的光学测试系统的第三实施例的实施过程中测试镜头后焦大于标准镜头的对比示意图。如图5所示，第三实施例是在第一实施例的基础上，更换反射模块2的结构，本实施例中，反射模块2包括一通光元件11以及一反射元件12，通光元件11位于反射元件12的出射侧，通光元件11是已知后焦值的第三光学元件13以及被配置为测试对象的待测后焦值的第四光学元件14中的一个。控制模块10采集当第三光学元件13被配置为通光元件11时探测模块4所处第一位置和当第四光学元件14被配置为通光元件11时探测模块4所处第二位置之间的位移量W，根据第三光学元件13后焦值和位移量W计算获得第四光学元件14的后焦值。

第三实施例的实施过程具体可以是：继续参见图5和6，通过已知后焦值的第三光学元件13和待测后焦值的第四光学元件14之间的更换来获得待测镜头(第四光学元件14)精确的后焦值(FBL)。其中，第三光学元件13可以是由更高精度的设备(如纳米光栅尺)标定的标准镜头，但不以此为限。首先，根据待测微小位移量的量级，选择合适的标准镜头和聚焦镜片或镜头(目的为根据精度要求确定需要的光学放大倍数)，光路中不放置待测镜头，调节探测模块4(光电传感器)至第一光学元件3的焦平面处。然后，放上作为第三光学元件13的标准后焦镜头(已精确测定出后焦值)，其后端位置放置有固定的反射元件12(可以是平面反光镜)，将反射元件12调至标准镜头后焦成像面位置，控制模块10记录此处的Detector_位置1。(例如图5中，探测模块4所在的位置)，将第三光学元件13更换为待测后焦值的第四光学元件14，产生后焦值的变化，焦点R发生了后移，通过位移模块6移动探测模块4再次成像质量最高的第二位置Detetor_位置2(例如图5中，经过后移的探测模块4B所在的位置)，控制模块10通过△Detetor＝Detetor_位置2-Detetor_位置1，自动计算出△Detector对应的△FBL，加上标准镜头后焦值(FBL)即可得到待测镜头精确的后焦值(FBL)，不以此为限。

图6是本发明的光学测试系统的第三实施例的实施过程中测试镜头后焦小于标准镜头的对比示意图。如图6所示，与图5不同的是，将第三光学元件13更换为待测后焦值的第四光学元件14，焦点R发生了前移，通过位移模块6移动探测模块4再次成像质量最高的第二位置Detetor_位置2(例如图6中，经过前移的探测模块4A所在的位置)，控制模块10通过△Detetor＝Detetor_位置2-Detetor_位置1，自动计算出△Detector对应的△FBL，加上标准镜头后焦值(FBL)即可得到待测镜头精确的后焦值(FBL)，其他技术特征如前，此处不再赘述。

图7是本发明的光学测试系统的第四实施例的实施过程中测试镜头后焦大于标准镜头的对比示意图。图8是本发明的光学测试系统的第四实施例的实施过程中测试镜头后焦小于标准镜头的对比示意图。如图7和8所示，第四实施例是在第三实施例的基础上，更换测试光源模块1的结构，本实施例中，测试光源模块1包括：提供光源的激光器18以及整形模块19，整形模块19包括了第一反射镜191，扩束镜192以及第二反射镜193。激光器18发出的光线先后经过了第一反射镜191，扩束镜192以及第二反射镜193后的光线到达反射模块2。本实施例中，扩束镜及反射镜数目不受限制，只要保证光源模块1能够出射具有一定宽度的准直的光束至分光模块5即可。其他技术特征如前，此处不再赘述。

图9是本发明的光学测试系统的第五实施例的实施过程中测试镜头后焦变长前后的对比示意图。如图9所示，第三实施例是在第一实施例的基础上，更换反射模块2的结构，本实施例中，反射模块2包括温控装置15、设置于温控装置15的温控环境中被配置为测试对象的待测后焦变化量的第五光学元件16、反射元件12以及镜头后焦调节机构17。镜头后焦调节机构17改变第五光学元件16与反射元件12之间光路的距离，令探测模块4能够采集到成像质量最高的图像。本实施例中，控制模块10采集当第五光学元件16处于第一温度环境时探测模块4所处第一位置和当第五光学元件16处于不同于第一温度的第二温度时探测模块4所处第二位置之间的位移量，根据位移量获得第五光学元件16的后焦值变化量。优选热膨胀系数低的材料制成的平面反射镜作为反射元件12。

本实施例中，首先将作为待测镜头的第五光学元件16、反射元件12以及镜头后焦调节机构17放入温控装置15的温控环境。镜头后焦调节机构17连接至反射元件12，延伸至温控装置15外部。并开启测试光源模块1、探测模块4、位移模块6等，根据待测微小位移量的量级，选择合适的标准镜头和聚焦镜片或镜头(目的为根据精度要求确定需要的光学放大倍数)，调节作为第五光学元件16的聚焦镜片和探测模块4的位置保证探测模块4在聚焦镜片(或镜头)的焦平面上。由于本实施例中需要保持作为待测镜头的第五光学元件16始终在温控装置15中，并减少外部对于温控装置15的温控环境的干扰，所以使用连通温控装置15内外的镜头后焦调节机构17来对第五光学元件16进行测试系统光路的调节。在第一温度T1下，放置待测镜头，调节镜头后焦调节机构，使得探测模块4能够采集到成像质量最高的图像，控制模块10连接温控装置15，控制模块10记录下第一温度以及此时位移模块6的位置，记为Detector_位置1。

通过改变温控装置15的温控环境的温度，将第一温度T1改变至第二温度T2下，通过温度的改变令第五光学元件16后焦值变长，焦点R发生了后移，位移模块6沿平行于第一光学元件3光轴的方向移动探测模块4，通过移动探测模块4获得图像成像质量最高时探测模块4的第二位置Detetor_位置(例如图9中，经过后移的探测模块4B所在的位置)。控制模块10记录第二位置Detetor_位置2时的第二温度，通过△Detetor＝Detetor_位置2-Detetor_位置1，自动计算出△Detector对应的后焦变化量△FBL，即为镜头在两个温度间的热补偿值(Theoretical FBL Shift)。

图10是本发明的光学测试系统的第五实施例的实施过程中测试镜头后焦变短前后的对比示意图。如图10所示，与图9不同的是，通过改变温控装置15的温控环境的温度，将第一温度T1改变至第三温度T3下，通过温度的改变令测试镜头16的后焦值变短，焦点R发生了前移，位移模块6沿平行于第一光学元件3光轴的方向移动探测模块4，通过移动探测模块4获得图像最清晰时探测模块4的第二位置Detetor_位置2(例如图9中，经过后移的探测模块4B所在的位置)。控制模块10记录第二位置Detetor_位置2时的第二温度，通过△Detetor＝Detetor_位置2-Detetor_位置1，自动计算出△Detector对应的后焦变化量△FBL，即为镜头在两个温度间的热补偿值(Theoretical FBL Shift)。

图11是本发明的光学测试系统的第六实施例的实施过程中测试镜头后焦变长前后的对比示意图。图12是本发明的光学测试系统的第六实施例的实施过程中测试镜头后焦变短前后的对比示意图。如图11和12所示，第六实施例是在第五实施例的基础上，更换测试光源模块1的结构，本实施例中，测试光源模块1包括：提供光源的激光器18以及整形模块19，整形模块19包括了第一反射镜191，扩束镜192以及第二反射镜193。激光器18发出的光线先后经过了第一反射镜191，扩束镜192以及第二反射镜193后的光线到达反射模块2。其他技术特征如前，此处不再赘述。

图13是本发明的光学测试方法的流程图。如图13所示，本发明还提供一种光学测试方法，可以采用上述光学测试系统，包括以下步骤：

S101、提供一测试光源模块。

S102、测试光源模块出射的光线到达一具有测试对象的反射模块。

S103、反射模块的反射光线经过一第一光学元件到达一探测模块，获得当探测模块成像质量最高时所在的第一位置。

S104、当测试对象发生位移后，获得当探测模块成像质量最高时所在的第二位置，根据第一位置和第二位置之间的位移获得测试对象的位移量。

本实施例中，反射模块反射后的光线经过一分光模块后到达探测模块，但不以此为限。分光模块是半透半反光学元件，分光模块被设置于光源模块的出射侧以及反射模块的出射侧，分光模块将测试光源模块的光源光线导向反射镜，并接收反射镜反射的光线并导向至探测模块，但不以此为限。

在步骤S103和步骤S104中，可以通过一位移模块沿平行于第一光学元件的光轴方向移动探测模块，令探测模块的成像质量最高，但不以此为限。

在一个优选例中，反射模块包括一第二光学元件以及具有测试对象的可动反射元件，第二光学元件位于可动反射元件的出射侧，可动反射元件沿第二光学元件的光轴方向产生位移。采集可动反射元件发生位移前探测模块所处第一位置和可动反射元件发生位移后探测模块所处第二位置之间的位移量，根据位移量获得测试对象的位移量，相关技术特征可参见第一实施例或第二实施例，但不以此为限。

在一个优选例中，反射模块包括一通光元件以及一反射元件，通光元件位于反射元件的出射侧，通光元件被配置为已知后焦值的第三光学元件以及测试对象为待测后焦值的第四光学元件中的一个。采集当第三光学元件被配置为通光元件时探测模块所处第一位置和当第四光学元件被配置为通光元件时探测模块所处第二位置之间的位移量，根据第三光学元件和位移量获得第四光学元件的后焦值，相关技术特征可参见第三实施例或第四实施例，但不以此为限。

在一个优选例中，反射模块包括温控装置、设置于温控装置的温控环境中被配置为测试对象的待测后焦值的第五光学元件、反射元件以及调整镜头后焦调节机构，可参见第一实施例或第二实施例。采集当第五光学元件在第一温度环境时探测模块所处第一位置和当第五光学元件在不同于第一温度的第二温度时探测模块所处第二位置之间的位移量，根据位移量获得第五光学元件的后焦值变化量，相关技术特征可参见第五实施例或第六实施例，但不以此为限。

本发明的测试方法流程步骤简便可靠、测量快捷准确，能有效降低镜片后焦位移高精度测量的成本。

综上，本发明的光学测试系统及其方法具有如下优势：

(1)通过光路设计，将待测物体的微小位移量进行光学放大后转换为光电探测器芯片的位移量，实现微小位移测试精度的提升。

(2)通过光路设计，实现非接触式镜头后焦及后焦变化量测试，镜头在进行高低温测试时，测试过程中镜头不需要从高低温箱中取出，保证测试过程的稳定性。

(3)通过更换合适焦距的聚焦镜片(镜头)，可实现不同焦距(尤其是超短焦镜头)的后焦及后焦变化量的高精度测量。

(4)由于本方案采用光学放大原理使微位移测量精度显著提升，使得测试装置对探测器芯片端移动机构的精度要求有所降低，进而减小了测量难度和测量成本。

(5)通过软件实现对探测器图像进行实时采集和清晰度的计算，实现微小位移位置判定的定量化(图像成像质量最高的位置)，并可自动计算。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (24)

1.一种光学测试系统，其特征在于，包括：

一测试光源模块；

一具有测试对象的反射模块，接收所述测试光源模块出射的光源光线，所述反射模块包括温控装置、设置于温控装置的温控环境中被配置为测试对象的待测后焦变化量的第五光学元件、反射元件以及镜头后焦调节机构，所述镜头后焦调节机构连通所述温控装置内外，且并连接所述温控装置内的反射元件，以对所述第五光学元件进行测试系统光路的调节，第五光学元件为标准镜头或聚焦镜片，根据待测微小位移量的量级，确定需要的光学放大倍数；

一第一光学元件；

一探测模块，接收经所述反射模块反射后经第一光学元件透射的反射光线，采集测试对象发生位移前后，所述探测模块分别被移动到成像质量最高的位置；以及

一控制模块，根据检测所述探测模块的位移获得所述测试对象的位移量，分别在第一温度和第二温度下，图像成像质量最高时检测探测模块的第一位置和第二位置，通过所述第一位置和第二位置之间的间距计算出待测镜头在两个温度间对应的后焦变化量。

2.根据权利要求1所述的光学测试系统，其特征在于：还包括一分光模块，所述反射模块反射后的光线经过所述分光模块引导后到达所述探测模块。

3.根据权利要求2所述的光学测试系统，其特征在于：所述分光模块是半透半反光学元件，所述分光模块被设置于所述光源模块的出射侧以及所述反射模块的出射侧，所述分光模块将所述测试光源模块的光源光线导向反射模块，并接收所述反射模块反射的光线并导向至所述探测模块。

4.根据权利要求1所述的光学测试系统，其特征在于：还包括一位移模块，沿平行于所述第一光学元件的光轴方向移动所述探测模块，所述控制模块电连接所述探测模块和位移模块。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的光学测试系统，其特征在于：所述反射模块包括一第二光学元件以及具有测试对象的可动反射元件，所述第二光学元件位于所述可动反射元件的出射侧。

6.根据权利要求5所述的光学测试系统，其特征在于：所述控制模块采集所述可动反射元件发生位移前所述探测模块所处第一位置和所述可动反射元件发生位移后所述探测模块所处第二位置之间的位移量，根据所述位移量获得所述测试对象的位移量。

7.根据权利要求5所述的光学测试系统，其特征在于：所述可动反射元件沿所述第二光学元件的光轴方向产生位移。

8.根据权利要求1至4中任意一项所述的光学测试系统，其特征在于：所述反射模块包括一通光元件以及一反射元件，所述通光元件位于所述反射元件的出射侧，所述通光元件是已知后焦值的第三光学元件以及被配置为测试对象的待测后焦值的第四光学元件中的一个。

9.根据权利要求8所述的光学测试系统，其特征在于：所述控制模块采集当所述第三光学元件被配置为所述通光元件时所述探测模块所处第一位置和当所述第四光学元件被配置为所述通光元件时所述探测模块所处第二位置之间的位移量，根据第三光学元件后焦值和位移量获得第四光学元件的后焦值。

10.根据权利要求1所述的光学测试系统，其特征在于：所述控制模块采集当所述第五光学元件处于第一温度环境时所述探测模块所处第一位置和当所述第五光学元件处于不同于所述第一温度的第二温度时所述探测模块所处第二位置之间的位移量，根据所述位移量获得所述第五光学元件的后焦值变化量。

11.根据权利要求1所述的光学测试系统，其特征在于：所述镜头后焦调节机构改变所述第五光学元件与所述反射元件之间光路的距离，令所述探测模块能够采集到成像质量最高的图像。

12.根据权利要求1所述的光学测试系统，其特征在于：所述测试光源模块出射的光源光线为准直光。

13.根据权利要求12所述的光学测试系统，其特征在于：所述测试光源模块包括提供光源的激光器以及整形模块，经过所述整形模块后的光线到达所述反射模块。

14.根据权利要求12所述的光学测试系统，其特征在于：所述测试光源模块包括平行光管、平行光管光源，所述平行光管光源的光线通过平行光管后的输出光线到达所述反射模块。

15.一种光学测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一测试光源模块；

所述测试光源模块出射的光线到达一具有测试对象的反射模块，所述反射模块包括温控装置、设置于温控装置的温控环境中被配置为测试对象的待测后焦值的第五光学元件、反射元件以及调整镜头后焦调节机构，所述镜头后焦调节机构连通所述温控装置内外，且并连接所述温控装置内的反射元件，以对所述第五光学元件进行测试系统光路的调节，第五光学元件为标准镜头或聚焦镜片，根据待测微小位移量的量级，确定需要的光学放大倍数；

所述反射模块的反射光线经过一第一光学元件到达一探测模块，获得当所述探测模块成像质量最高时所在的第一位置；以及

当测试对象发生位移后，获得当所述探测模块成像质量最高时所在的第二位置，通过所述第一位置和第二位置之间的间距计算出待测镜头在两个温度间对应的后焦变化量。

16.根据权利要求15所述的光学测试方法，其特征在于：所述反射模块反射后的光线经过一分光模块后到达所述探测模块。

17.根据权利要求16所述的光学测试方法，其特征在于：所述分光模块是半透半反光学元件，所述分光模块被设置于所述光源模块的出射侧以及所述反射模块的出射侧，所述分光模块将所述测试光源模块的光源光线导向反射模块，并接收所述反射模块反射的光线并导向至所述探测模块。

18.根据权利要求15所述的光学测试方法，其特征在于：通过一位移模块沿平行于所述第一光学元件的光轴方向移动所述探测模块，令所述探测模块的成像质量最高。

19.根据权利要求15至18中任意一项所述的光学测试方法，其特征在于：所述反射模块包括一第二光学元件以及具有测试对象的可动反射元件，所述第二光学元件位于所述可动反射元件的出射侧，所述可动反射元件沿所述第二光学元件的光轴方向产生位移。

20.根据权利要求19所述的光学测试方法，其特征在于：采集所述可动反射元件发生位移前所述探测模块所处第一位置和所述可动反射元件发生位移后所述探测模块所处第二位置之间的位移量，根据所述位移量获得所述测试对象的位移量。

21.根据权利要求15至18中任意一项所述的光学测试方法，其特征在于：所述反射模块包括一通光元件以及一反射元件，所述通光元件位于所述反射元件的出射侧，所述通光元件被配置为已知后焦值的第三光学元件以及被配置为测试对象的待测后焦值的第四光学元件中的一个。

22.根据权利要求21所述的光学测试方法，其特征在于：采集当所述第三光学元件被配置为所述通光元件时所述探测模块所处第一位置和当所述第四光学元件被配置为所述通光元件时所述探测模块所处第二位置之间的位移量，根据所述第三光学元件后焦值和位移量获得所述第四光学元件的后焦值。

23.根据权利要求16所述的光学测试方法，其特征在于：采集当所述第五光学元件在第一温度环境时所述探测模块所处第一位置和当所述第五光学元件在不同于所述第一温度的第二温度时所述探测模块所处第二位置之间的位移量，根据所述位移量获得所述第五光学元件的后焦值变化量。

24.根据权利要求15所述的光学测试方法，其特征在于：所述测试光源模块出射的光源光线为准直光。