利用HASO Shack-Hartmann波前传感器进行眼镜和智能玻璃质量控制

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利用HASO Shack-Hartmann波前传感器进行眼镜和智能玻璃质量控制介绍对于运动基本上比有规律的步行快的活动，或者如果进化是通过与空气（如水）不同的介质进行的，眼镜是必不可少的保护。在游泳、水肺潜水、滑雪、山地自行车、射击等不活动中，我们的眼睛须受到保护，免受投影、昆虫、灰尘或寒冷的影响。雪镜、安全眼镜等眼镜，无论是否有色，都在保护我们珍贵的眼睛免受自然威胁。光学质量会影响视力质量，导致眼疲劳和头痛等相关后果。此外，散光等其他波前畸变也会影响周边视力，导致不适，并可能危及佩戴者的安全。在过去的几年里，智能眼镜已经进入了大众市场。这些设备具有多种功能，包括免提访问与眼睛直接相关的各种信息，有可能提高用户在许多应用程序中的安全性，无论是否专业。在降低生产成本的同时，此类光学系统的制造商须遵守一些安全眼镜的质量标准，如-EN166：欧洲眼部防护标准-ANSI/ISEA Z87.1：美国国家标准协会的眼睛保护-SANS 1404：南非工业和非工业用护目镜视觉精度是四个光学清晰度类别之一。它通过眼镜来鉴定图像失真。高级别的光学清晰度或正确性被定义为1级（0.06屈光度），这确保了完全清晰的视觉。螺旋试验是光学清晰度测定技术之一。该方法用于定位和评估局部棱镜偏差，以获得整个表面的分形轮廓。这可能是一个耗时的测试。在本应用说明中，我们描述了如何使用Shack-Hartmann波前传感器（SHWFS）对眼镜的光学质量进行快速定量评估。SHWFS是光学计量中的一种参考工具。它用于对光学系统和组件的警报光谱的光学质量进行快速、稳健和准确的评估。Imagine Optics一直在改进SHWFS的原始型号，使其在性能和可靠性方面达到工业要求。SHWFS是基于小透镜阵列和CCD探测器的关联。小透镜将入射波前采样为小波，小波由小透镜阵列或探测器上的子瞳孔聚焦。波前斜率是直接根据其相应焦斑位置的位置计算的。然后对倾斜信息进行处理，以确定即将到来的电磁场波阵面或相位分布。Shack-Hartman传感器是彩色的，可以实现高达百分之一波的测量(/100rms）。Imagine Optichas通过开发技术改进了Shack-Hartmann方法，从而提高了原始方法的动态性、准确性和稳健性。Imagine Optics的动态光斑跟踪和自动光斑查找器可以提高其SHWFS、HASOTM测量能力，从而达到高质量标准。一种检测眼镜光学畸变的简单方法Shack-Hartmann波前传感器量化光穿过感兴趣物体后波前像差的衰减，并允许确定具有相同规格的光学系统的差异。使用单模光纤激光器作为光源。波长是根据应用情况选择的，可以选择几个波长来覆盖光谱的大部分。对光纤的输出进行准直，以便对被测眼镜进行表征。然后将眼镜结合到SHsensor的微透镜阵列上，见图1。图1眼镜畸变检测的光学装置布局。太阳镜显示被测样品的位置。此设置中的放大倍数为1。在光束路径中不带眼镜的情况下获取参考波前。在这种情况下，使用HASO3 128GE2是为了在空间分辨率为110µm的眼镜上具有直径14.6 mm的大检测区域。值得一提的是，Imagine Optics的任何HASO都可以用于这种类型的测量。运动眼镜透射波前的两个例子如图2和图3所示。图2无倾斜情况下滑雪护目镜的透射波前。Zernike系数绘制在下图中，从散焦或Z3开始，到0°或Z16处的四阶四边形。滑雪护目镜或滑雪板屏幕通常弯曲成天文曲率，以保护眼睛，同时提供广角视野。弯曲过程或取景可能会在视觉区域的中心（护目镜的中间）引起一些散焦。由于使用了Zernikes系数，这种散焦是准确确定的。第三个系数Z3是焦点，其值如图2中的条形图所示。Zernike系数用于计算具有检测瞳孔半径的权重的折射率。这种滑雪护目镜在几个区域进行了采样。每个区域的折射率小于0.035焦度（D），因此被归类为光学类别1，即该类别光学的最高光学质量。图3无倾斜泳镜的透射波前（左）和过滤掉的前8个泽尼克系数（右）。透镜制造中的缺陷，如折射率的变化，会导致一些光学失真。图3中的波阵面显示了游泳镜一侧的局部缺陷，即约4 mm的斑点。当透射光的强度被例如CCD相机检测到时，该点在强度分布中是不可见的。在过滤低空频像差后可以清楚地看到，如图3的右侧所示。因此，波前信息对于理解制造过程以及避免此类缺陷至关重要。显示波前分析优点的另一个例子是通过在Optinvent开发的智能眼镜光导的破坏性结构上使用类似的设备。这种结构将图像从微小的屏幕传输到眼睛，同时允许对其进行浏览。这种非接触式快速检测技术显示了基板结构引起的波前误差。光导（见图4）如前所示放置在光学装置的物平面上。HASO测量光束通过光学器件传播后的波前和强度分布。对相位失真进行了量化，即2.051µm PtV和0.303µm rms，这代表了透视质量的良好性能。图4.照片（左上）、透射强度分布图（右上）和波前分布图（下）。这两个轮廓都是从HASO波前传感器获得的。结论我们介绍了如何使用HASO Shack-Hartmann波前传感器检测眼镜引起的光学像差。这是一种实时、准确、可靠的检测技术，可用于产品开发和在线质量控制。