【哈特曼传感器】多功能光学测试

    夏克-哈特曼波前传感器SHSLab是一款强大的工具，可以测试所有类型的光学元件，尤其是手机元件、显微物镜、视觉物镜、摄影透镜、激光元件等。

    波前传感器包括2D微透镜阵列和作为探测器的CCD相机。在通过微透镜场之后，平面波前会在探测器上产生规则点阵，这些点具有相同的间距。如果波前弯曲，微透镜产生的点阵则相应移动，偏离光轴位置。从点的位移，可以重构出波前。

    即使光点偏离到子孔径之外，SHSLab仍然能通过算法可靠地将其分派到正确的参考位置。这一重构过程仅需单帧相机图像，因此应用起来非常简单迅速。微透镜阵列上的局域波前曲率半径可以小到5mm，因此弯曲程度极高的波前也可以测量。SHSLab传感器可以有多达331×251个点，最高帧率可达1000Hz。通过配套的软件SHSWorks，可以测量多种光学参数，例如波前误差、成像质量（Strehl，MTF等）、焦距和激光质量。

    采用SHSLab的完整测量系统名为SHSInspect。有两种光路配置：在SHSInspect 1Xpass中，测量光束仅通过测试样品一次；但在SHSInspect 2Xpass中，光第一次透射后由镜面反射，再一次通过样品。

上图：典型的1Xpass光路

下图：典型的2Xpass光路

    2Xpass的优势之一，在于测试样品对波前有双倍的影响，因此提高了测量敏感度，使极为精确的测量成为可能。出色的光学设计令整个测量光路能通过平面镜与参考球面简单地校准。

    SHSInspect很容易集成进自动生产环境，并实时测量生产循环中的相关参量。1Xpass和2Xpass系统，根据传感器尺寸，可以达到1-50Hz的帧率——在特殊的应用中甚至可达1000Hz。最终，插入测试样品所需的时间才是测量速率的瓶颈。

    SHSInspect系统即使在困难条件下也可以达到非常高的准确性和敏感度。纯探测器头可以达到的基本准确度（未校准）典型值为λ/15 PV (SHSCam HR)。根据测试系统的光学结构，更高的准确度可以通过合适的测量校准达到。在2Xpass的情况下，在跟菲索干涉仪的直接比较中已证明可以达到λ/20 PV的精度值。

SHSInspect 2Xpass与菲索干涉仪测量显微物镜时的比较

    SHSInspect可以被认为是能最优地适应客户需要的平台。这一系统灵活、比干涉仪性价比更高，而且可覆盖更宽的功能范围。目前，场角达50°的轴上与离轴测量均可实现，更大的角度也可行。作为光学参量测量与机械结合的结果，BFL（后焦距）和EFL（有效焦距）都可以测量。

    对于光学元件的色效应测试，SHSLab在光源使用不同波长时、以及光源低相干性时很有优势。可以使用宽光谱LED光源。

    许多物镜包含可以移动/倾斜的可调节透镜，以补偿其它固定装配透镜形状和位置的误差。显微物镜中，采用SHSInspect 2Xpass，可调节透镜的调整非常快速容易。使自动对心功能成为可能，因此操作者可以集中于测试样品的调整。

    在生产中，测量过程以半自动或全自动的方式实现。在半自动的情况下，测试样品被手动插入到测试系统中， SHSInspect自动测量。进一步地，这一加载和取下的过程可以通过机器人实现。由于其灵活性与多功能性，SHSInspect 1Xpass和2Xpass都可以用于研究及生产，而且可以灵活地适用于相应的测量任务。