[发明专利]一种检测微透镜阵列焦距的方法

说明书

技术领域

本发明属于光学检测技术领域，涉及一种基于图像定焦技术的微透镜阵列焦距的测量方法，可用于单元数较多的微透镜阵列测量。

背景技术

微透镜阵列作为一个重要的微光学器件，被广泛应用于光准直、光耦合和三维成像等领域，尤其在哈特曼-沙克波前传感器中，微透镜阵列是一个核心的组成部件。与普通透镜一样，焦距是微透镜阵列一个关键的参数。对于微透镜阵列的焦距测量，由于微透镜阵列的应用越来越广，对微透镜阵列的检测要求也越来越高。

传统的对微透镜阵列焦距检测方法有放大率法、转角法、浮雕深度测量法、焦距仪检测法、光栅衍射测量法和干涉测量法等。

放大率法是焦距测量过程中比较常用的检测方法，其检测原理为：检测使用的平行光管星点板上有两个小孔；通过光源照明后，平行光管的出射光为两束平行光；平行光经过微透镜阵列汇聚，在其各个子单元的焦面上成两个点像。根据几何成像原理，可计算微透镜阵列各个子单元的焦距。

fiF=did]]>

式中F为平行光管的焦距，d为星点板上两个小孔的中心距，fi为被测微透镜子单元的焦距，di为该子单元焦面上像点的中心距，i为相应的子单元编号。该方法操作简单，测量成本较低，一次测量可完成多个微透镜阵列焦距的测量，具有较高的测量精度和测量效率；但由于平行光管的焦距较长和微透镜阵列焦面上光斑衍射极限的限制，不易完成短焦距微透镜阵列的检测。

转角法是将平行光管置于精密转台上，首先调节转台使平行光管的出射光正入射进入被测微透镜阵列，在焦面上采集图像；然后调节转台转动一定的角度使平行光管出射光斜入射进入被测微透镜阵列，再次在焦面上采集图像；计算两次采集图像的各个子单元的光斑偏移量，结合转动的角度可完成微透镜阵列的焦距测量。

f_i＝d_i/tanα

式中，fi为被测微透镜阵列各个子单元的焦距；di为相应子单元两次成像的中心距；α为转台转动的角度。配合高精密转台的使用，该方法具有较高的测量精度和测量效率，但测量成本较高。

浮雕深度测量法是根据二元光学元件的微细加工原理，测量微透镜阵列的浮雕深度h和口径d，计算微透镜阵列的焦距f。

f=d28(n-1)h]]>

其中n为微透镜阵列的折射率，该方法简单易行，但测量过程中，微透镜阵列子单元的口径受面型变化的影响，测量误差较大，所以精度较低；而且一次只可以完成单个子单元的检测，测量效率偏低。

焦距仪测量法是用测量显微镜首先观察被测微透镜阵列，利用红笔在其定点上做一个标记，移动显微镜，在焦面上观察这个标记的像点，显微镜两次移动的距离即是微透镜阵列的焦距。该方法检测精度较低，且一次只能测量单个子单元的焦距，测量效率偏低，不适于阵列数较多的微透镜阵列检测。

光栅衍射法是用普通的衍射光栅代替精密转台对微透镜阵列进行测量的方法。根据测量微透镜阵列各个子单元对光栅的0级和1级衍射光所成像的中心距，结合光栅参数完成微透镜阵列焦距测量。

f_i＝h_i/tan a

式中fi为微透镜阵列子孔径的焦距，hi为该子单元0级和1级光斑的中心距。该方法一次采集可完成微透镜阵列多个子孔径的焦距测量，测量效率较高；但由于相邻子孔径间的光斑干扰，不适于长焦距微透镜阵列的检测。