专利名称：一种光学照明系统及非接触式测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于照明领域，尤其涉及一种基于掩膜版狭缝形成线光源的一种光学 照明系统及非接触式测量装置。
背景技术：
工业生产中往往需要对高低不平、具有凹槽或凸起平面的产品进行高度、长度和 宽度的检测，以验证产品的合格率。传统的接触性测量如台阶仪等产品不但检测时间慢，而 且有可能因为接触而损坏产品表面。故现在多采用非接触式检测方法，其可以自动检测高 度和长宽而不损坏表面。目前亚微米高精度非接触式检测可以用白光干涉技术或激光共聚焦方式进行，但 此两者由于扫面时间耗时过长，而需要检测的样品过多，造成生产效率过低，从而不适合应 用于生产线中。一种新的非接触式测量装置是利用狭小线光源通过显微镜反置成像后，以一定角 度倾斜照射在凹凸高低不平、具有凹槽或凸起的待测产品表面，此时在相对的方向架设另 一套显微摄影系统摄取线条图像，并通过CCD (Charge-coupled Device，电荷耦合器件)采 集所述待测产品表面的光信号成像，在采集得到的图像上形成上下错开的线条，通过光学 三角形原理计算所述线条图像中错开的线条相对距离和长度，从而算出待测产品实际表面 的高度和长度；同理，通过此方法也可以算出待测产品实际表面的宽度。该方法由于是基于 机器视觉图像智能处理，最快可以在几十毫秒内得出结果。然而由于该系统的精度可达到 亚微米级别，故其对光源的均勻性、齐整性、大小、光通量等方面均有较高要求，普通线光源 无法满足要求。
实用新型内容本实用新型实施例的目的在于提供一种基于掩膜版狭缝形成狭小线光源的光学 照明系统，旨在解决现有的测量方法中光源在均勻性、齐整性、大小、光通量等方面难以达 到设计的测量精度的问题。本实用新型实施例是这样实现的，一种光学照明系统，包括依次设置的光源、第一 聚光镜以及第二聚光镜，所述第一聚光镜设置于第二聚光镜的物方二倍焦距处，所述系统 还包括设置在所述第二聚光镜的像方焦平面上的掩膜版，所述掩膜版的一面设有遮光金属 层以及位于所述遮光金属层之间的狭缝。具体地，所述光学照明系统还包括设置在所述第二聚光镜的物方焦平面的光阑。具体地，所述光源经第一聚光镜成像于所述光阑处。优选地，所述光源为光纤式冷光源。优选地，所述冷光源为金属卤化物光源。优选地，所述第一聚光镜及第二聚光镜均为凸透镜。本实用新型实施例的另一个目的是提供一种包含上述所述光学照明系统的非接触式测量装置。本实用新型的光学照明系统由于采用柯勒照明方式，使物体得到均勻的照明，克 服了通常的临界照明中物平面照明不均勻的缺点；另外，该光学照明系统使入射光线通过 掩膜版的狭缝出射，从而得到具有良好的均勻性、齐整性、光通量等光学特性的线光源。
图1是本实用新型实施例提供的光学照明系统的光路图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施 例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释 本实用新型，并不用于限定本实用新型。本实用新型实施例将光学照明系统的工作面上放置掩膜版狭缝，通过改变该掩膜 版狭缝的大小，得到满足要求所需的线光源。图1示出了本实用新型实施例提供的光学照明系统的光路图，为了便于说明，仅 示出了与本实用新型实施例相关的部分。在本实用新型实施例中，该光学照明系统采用柯勒照明方式，其包括在一光轴00’ 依次设置的光源10、第一聚光镜20、第二聚光镜40以及设置在第二聚光镜40的像方焦平 面上的掩膜版50 ；该系统还包括设置在第二聚光镜40的物方焦平面的光阑30。其中，光源10为光纤式冷光源，即冷光源接入光纤并从其出射，以形成所述柯勒 照明的点光源，柯勒照明可针对光纤式冷光源进行可见光的色差校正和均勻性校正，本实 施例中所述冷光源为金属卤化物光源，光源10输入端最大可接入20毫米直径的光纤，亦可 以根据需要进行设计调整。第一聚光镜20为凸透镜，光源10经第一聚光镜20成像于光阑30处，且为满足柯 勒照明方式的要求，第一聚光镜20设置于第二聚光镜40的物方二倍焦距处。第二聚光镜40为凸透镜，且光阑30设置于第二聚光镜40的物方焦平面上，即第 二聚光镜40将其焦点处的光阑30成像于无限远，与第二聚光镜40的入瞳重合(设第二聚 光镜40的入瞳位于无限远)。由于第一聚光镜20设置于第二聚光镜40的物方二倍焦距 处，故第一聚光镜20经过第二聚光镜40成像于第二聚光镜40的像方焦平面上，即与设有 掩膜版50的照明工作面重合。掩膜版50朝向第二聚光镜40的一面为透光的玻璃版衬底(图未标)，掩膜版50 的另一面设有经过曝光的遮光金属层60，该遮光金属层60之间设有狭缝AA’，用于使入射 到掩膜版50的光线从狭缝AA’出射从而形成线光源。本实施例中遮光金属层60为金属铬 层，狭缝AA’为100微米宽度，亦可以根据产品实际情况更换不同宽度狭缝的掩膜版。本实用新型的光学照明系统的工作过程为首先光源10通过接入光纤输出照明 光束，该照明光束经过第一聚光镜20会聚于第二聚光镜40的物方焦平面处，亦即光阑30 处；通过光阑30对该照明光束的控制后，该照明光束入射到第二聚光镜40中，并以平行光 束出射，最后该平行光束照射到设置于第二聚光镜40的像方焦平面的掩膜版50，并从掩膜 版50的玻璃版衬底进入掩膜版50，由于掩膜版50上的遮光金属层60经过曝光后不能透
4光，故入射的平行光束通过掩膜版50的狭缝AA’出射，从而形成满足要求所需的线光源。需要说明的是，本实用新型得到的线光源可根据需要单独用于非接触式检测，亦 可在狭缝AA’出射光后接入显微镜，根据具体的显微镜放大倍率形成更小线光源来实现对 产品高度、长度和宽度的测量，以满足更高精度的要求，提高生产效率。本实用新型还提供一种包括所述光学照明系统非接触式测量装置，该装置以所述 光学照明系统出射光作为用于测量的狭小线光源。本实用新型的光学照明系统由于采用柯勒照明方式，把被光源10均勻照明了的 第一聚光镜20成像在第二聚光镜40的物方焦平面处，因此可以使物体得到均勻的照明，克 服了通常的临界照明中物平面照明不均勻的缺点；另外，该柯勒照明系统通过在第二聚光 镜40的像方焦平面设置掩膜版50，使入射光线通过掩膜版50的狭缝AA’出射，从而得到具 有良好的均勻性、齐整性、光通量等光学特性的线光源，满足了非接触式检测中测量精度对 光源的要求。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本 实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型 的保护范围之内。
权利要求一种光学照明系统，包括依次设置的光源、第一聚光镜以及第二聚光镜，其特征在于，所述第一聚光镜设置于第二聚光镜的物方二倍焦距处，所述系统还包括设置在所述第二聚光镜的像方焦平面上的掩膜版，所述掩膜版的一面设有遮光金属层以及位于所述遮光金属层之间的狭缝。
2.如权利要求1所述的光学照明系统，其特征在于，所述掩膜版的另一面为透光的玻 璃版衬底。
3.如权利要求1所述的光学照明系统，其特征在于，所述光学照明系统还包括设置在 所述第二聚光镜的物方焦平面的光阑。
4.如权利要求3所述的光学照明系统，其特征在于，所述光源经第一聚光镜成像于所 述光阑处。
5.如权利要求1所述的光学照明系统，其特征在于，所述光源为光纤式冷光源。
6.如权利要求5所述的光学照明系统，其特征在于，所述冷光源为金属卤化物光源。
7.如权利要求1所述的光学照明系统，其特征在于，所述第一聚光镜及第二聚光镜均 为凸透镜。
8.如权利要求1所述的光学照明系统，其特征在于，所述遮光金属层为金属铬层。
9.一种非接触式测量装置，其特征在于，所述非接触式测量装置包含如权利要求1至8 任一项所述光学照明系统。
专利摘要本实用新型适用于照明领域，尤其涉及一种光学照明系统和非接触式测量装置，所述光学照明系统包括依次设置的光源、第一聚光镜以及第二聚光镜，所述第一聚光镜设置于第二聚光镜的物方二倍焦距处，所述系统还包括设置在所述第二聚光镜的像方焦平面上的掩膜版，所述掩膜版的一面设有遮光金属层以及位于所述遮光金属层之间的狭缝。本实用新型的光学照明系统通过感光金属层曝光形成出射狭缝，从而得到具有良好的均匀性、齐整性、光通量等光学特性的线光源。
文档编号F21S8/00GK201757320SQ20092026128
公开日2011年3月9日 申请日期2009年12月10日 优先权日2009年12月10日
发明者蔡春迎 申请人:深圳清溢光电股份有限公司