[发明专利]光学波前量测装置与方法

说明书

本发明提供一种光学波前量测装置与方法，依据该光学波前量测装置，光学空间调制器产生相异的多个通孔，使多个光线通过该多个通孔后，形成多个光型。该多个光型通过待测镜片与无穷物镜模组，并且调整无穷物镜模组与待测镜片的距离，使近似平行光的该多个光型进入波前感应装置。波前感应装置依据该多个光型，撷取多个波前感应图像(WS图像)，其中该多个WS图像不具有光点重叠现象。计算机依据一演算法拼接该多个WS图像，以求得一波前变化信息，并依据该波前变化信息重建一波前。通过实施本发明，能够解决高度像差下的横向位移所产生的光点重叠现象的问题，适合于检测非球面镜片。

技术领域

本发明是关于一种光学波前量测装置与方法，尤其关于一种利用空间光调变器及波前拼接方式，来避免光点重叠并且重建具有高度像差的波前的光学波前量测装置与方法。

背景技术

考虑到镜片大量的被应用于各种光学产品中，如何快速精确的检测镜片的光学品质也随之被重视。光波的波前是具有相同相位的点的轨迹，即与产生光波的光源具有相同光学路径长度的点。波前检测除了传统的干涉仪外，近来发展出一种Shack－Hartmann波前感测器(SHWS)，例如美国专利第4141652号，其具有成本低、结构简单、量测速度快以及对环境振动要求低等优点，因此已被大量应用于波前的量测。

图1A及图1B显示Shack－Hartmann波前感测器及光波的波前的示意图。如图1A及图1B所示，Shack－Hartmann波前感测器100包含一镜头阵列(Lens Array)110及一图像感测器(Image Sensor)120。图1A中的光波具有相同的相位，于图1B中显示发生波前横向变化的光波。

依据Shack－Hartmann波前感测器100，波前横向变化等于光点横向偏移量除以镜头焦距。并且，可以再利用Zernike多项式来重建波前。更具体而言，先求得Zernike多项式系数，再将该多个系数带入Zernike多项式中重建波前。关于演算方式，例如可以参考“Histroy and principle of Shack－Hartmann Wavefront Sensing”，屈光手术期刊2001年9月/10月第17卷，“Modal wave－front estimation from phase derivativemeasurements”，J.Opt.Soc.Am.1979年7月第7期第69卷，第972至977页。

图2显示高度像差情形的不同光点成像于同一镜头阵列的对应位置，两光点产生重叠(fold over)的示意图。对于具有高度像差的波前而言，很容易产生如图2所示的光点重叠的现象。如此一来，在计算光点横向偏移量时，会无法判别，因此针对此问题已有许多技术被提出。例如，美国专利第7414712号、中国台湾专利申请号第095146676号、第09127215号等。于本说明书中，引用该多个专利，美国专利第4141652号、第7414712号及中国台湾专利申请号第095146676号、第09127215号等说明书的内容，作为本说明书的揭示内容的一部分。

然而，一般光学元件或镜头或系统，其光瞳皆是圆形且相关特性分布对称于轴心，因此该多个技术应用于非球面镜片时，还有进一步改进的空间。为了有效解决高度像差下的横向位移的鉴别问题，本发明提出改良波前感应器量测装置及方法，其能够应用于带有高度像差的光学镜片及系统的波前量测。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种光学波前量测装置。另一目的在于提供一种利用空间光调变器及波前拼接方式，来避免光点重叠并且重建具有高度像差的波前的光学波前量测装置与方法。