[发明专利]一种微柱面透镜阵列的检测装置和方法

权利要求书

1.一种微柱面透镜阵列的检测装置，其特征在于：该装置包括微柱面透镜阵列(101)，工装(102)，绕Z轴的旋转台(201)，沿X轴和Y轴的二维平移台(202)，Z轴方向高度接触测量设备(203)和计算机(204)，其中，绕Z轴的旋转台(201)放在沿X轴和Y轴的二维平移台(202)上，工装(102)放在绕Z轴的旋转台(201)上，微柱面透镜阵列(101)放在工装(102)上，微柱面透镜阵列(101)位于Z轴方向高度接触测量设备(203)下方；其中，Z轴方向高度接触测量设备(203)能沿Z轴运动，并精确测量高度信息；其中，微柱面透镜阵列(101)的柱面母线与两端面垂直；计算机(204)与绕Z轴的旋转台(201)、沿X轴和Y轴的二维平移台(202)和Z轴方向高度接触测量设备(203)相连，用于发出控制信号及获取Z轴方向高度信息；微柱面透镜阵列安装在工装上，工装平台上有一楔角为a的楔形柱，形成两个楔形台阶，楔形柱上楔角为a，上楔角对着的侧面与工装(102)的平台上表面垂直，楔形柱的三个侧面与两端面垂直，楔形柱的母线长度为f，通过控制Z轴方向高度接触测量设备(203)测试途经工装(102)上两个楔形台阶的高度变化，得出楔形柱母线与二维平移台的X轴之间的夹角，从而通过计算机旋转绕Z轴的旋转台，使得楔形柱母线与二维平移台的X轴平行，从而调整好微透镜阵列与测试系统的位置关系，使得精确沿垂直于微透镜阵列的母线方向进行扫描测试，减小测量误差。

2.一种微柱面透镜阵列的检测方法，使用权利要求1所述的微柱面透镜阵列的检测装置，其特征在于，方法如下：

步骤(1)、安装微柱面透镜阵列(101)，将微柱面透镜阵列(101)放在工装(102)上，工装(102)的楔角α对着的侧面紧靠微柱面透镜阵列(101)的端面；

步骤(2)、安放工装(102)，将工装(102)放置在绕Z轴的旋转台(201)，工装(102)与微柱面透镜阵列接触的侧面与二维平移台(202)的X轴大致垂直；

步骤(3)、测试工装(102)的位置，并精调使得二维平移台(202)的X轴与工装(102)上的楔形柱的母线方向平行；

步骤(4)、调整微柱面透镜阵列(101)的位置，并测试；计算机(204)控制二维平移台(202)沿着Y轴移动，让微柱面透镜阵列(101)在Z轴方向高度接触测量设备(203)的下方；然后计算机(204)控制二维平移台(202)沿着X轴移动，同时控制Z轴方向高度接触测量设备(203)测试途经微柱面透镜的与母线垂直的方向上的高度变化曲线z₀(x)；

步骤(5)、分析计算高度变化曲线，得出高度变化曲线的周期、各柱面单元的曲率半径和面形误差。

3.根据权利要求2所述的微柱面透镜阵列检测方法，其特征在于：所述步骤(3)中，测试工装(102)的位置，使得二维平移台(202)的X轴与工装(102)上的楔形柱的母线方向平行时，采用的方法如下：

步骤(31)、计算机(204)控制二维平移台(202)沿着X轴移动，同时控制Z轴方向高度接触测量设备(203)测试途经工装(102)上两个楔形台阶的高度变化；由于工装(102)上的楔形柱的母线与二维平移台(202)的X轴不平行，两台阶不一样高，分别为h1、h2；

步骤(32)、工装(102)上两个楔形柱的楔角α和两台阶高h1、h2，由下式得楔形柱的母线与二维平移台(202)的线的夹角β，

d＝(h1-h2)ctan(α)

步骤(3)、计算机(204)控制绕Z轴的旋转台(201)旋转β，使得二维平移台(202)的X轴与工装(102)上的楔形柱的母线方向平行。

4.根据权利要求3所述的微柱面透镜阵列检测方法，其特征在于：所述步骤(5)中，分析计算高度变化曲线，得出高度变化曲线的周期、各柱面单元的曲率半径和面形误差时，采用如下方法：

步骤(51)、对高度变化曲线z₀(x)高斯滤波后判断极小值点的位置，采用高斯函数g(x)对高度变化曲线z₀(x)进行滤波，得到滤波后的高度变化曲线z₁(x)，如下式所示，

z₁(x)＝z₀(x)*g(x)

其中，*为卷积符号，σ确定滤波函数的宽度；

采用下式得到滤波后的高度变化曲线z₁(x)极小值点的位置x_li(i＝1,2,3,…,N+1，N为z₀(x)中包含的柱面单元周期数)；

z₁(x_li)≤z₁(x)-5σ≤x≤5σ

步骤(52)、拟合求解微柱面透镜阵列(101)的曲率半径R和周期T，将微柱面透镜阵列(101)的各柱面单元的数据一起拟合，采用最小二乘法，即拟合误差e最小，求解得到微柱面透镜阵列(101)取曲率半径R，第一个柱面单元的圆心(x_c1，z_c1)，柱面单元在X方向的周期T_x，和柱面单元在Y方向的周期T_y，

采用下式得到柱面单元的周期T，

T＝sqrt(T_x²+T_y²)

步骤(53)测试的高度变化曲线z₀(x)与拟合的高度变化曲线z₂(x)相减，得到柱面单元的面形误差曲线z_e(x)，

z₂(x)＝sqrt(R²-(x-x_c1-(i-1)T_x)²)+z_c1+(i-1)T_y x∈[x_li，x_l(i+1)]，i＝1，2，…N

z_e(x)＝z₀(x)-z₂(x)。