确定透明材料表面瑕疵/污渍所在位置的装置的制作方法

本实用新型属于光学检测领域，具体涉及一种确定透明材料表面瑕疵/污渍所在位置的装置。

背景技术：

透明材料在人们生活、科研等方面得到了广泛应用，如，手机屏幕保护膜、相机镜头、大尺寸天文望远镜等，可以说透明材料的应用涉及各行业的方方面面。随着人们对手机、电视等电子设备体验感的要求不断提高，透明材料表面的洁净度需满足一定的要求。除此之外，科学研究的很多应用场景要求减小透明材料表面的灰尘附着，如，高能激光系统中，镜片上的灰尘会造成元器件的损伤。对空气洁净度的要求，在一定程度上减小了透明材料表面的污染，但对透明材料表面瑕疵/污染的区分及清洁在生活、生产及科研工作等方面发挥着重要作用。

然而，在瑕疵及污渍尺寸很小的情况下，瑕疵/污渍位置(上表面或下表面)较难区分，进一步的影响了材料的筛选及清洁。

技术实现要素：

为了解决现有技术中透明材料表面瑕疵/污渍位置(上表面/下表面)难区分的问题，本实用新型提出了一种确定透明材料表面瑕疵/污渍所在位置的装置。

本实用新型提出的确定透明材料表面瑕疵/污渍所在位置的装置包括：光源、相机、用于相机定位的定位装置、数据处理装置和判断装置。

其中所述光源和所述相机位于所述透明材料同一侧，所述光源发射的自然光以布儒斯特角入射到所述透明材料的表面。

所述定位装置将相机定位于入射光经所述透明材料的上表面或下表面反射后的反射光路上。

所述相机用于分别观测上表面和下表面的成像，所述相机的镜头前设置有s偏振片。

数据处理装置用于记录入射位置信息和所述相机观测到的成像信息，并对成像信息进行处理获得成像的强度。

判断装置根据相机观测到的瑕疵/污渍的光强来判断瑕疵/污渍的位置。

本实用新型还提出了另一种确定透明材料表面瑕疵/污渍所在位置的装置，包括光源、第一相机、第二相机、分光器件、定位装置、数据处理装置和判断装置。其中所述光源和所述第一相机、第二相机位于所述透明材料同一侧，所述光源发射的自然光以布儒斯特角入射到所述透明材料的表面。

定位装置将第一相机和第二相机分别定位于入射光经透明材料的上表面或下表面反射后的反射光路上。

入射光经透明材料的上表面或下表面反射后通过所述分光器件分别进入所述第一相机和所述第二相机，其中上表面反射光的s分量经s偏振片进入所述第一相机，下表面反射光的p分量经过p偏振片进入所述第二相机。

数据处理装置用于记录入射位置信息以及第一相机和第二相机观测到的成像信息。

判断装置根据所述第一相机和所述第二相机观测到的瑕疵/污渍的成像来判断瑕疵/污渍的位置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：利用成像方法设计了确定透明材料瑕疵/污渍所在位置的装置和方法，本实用新型的装置构造简单，能够准确、快速地实现透明材料瑕疵/污渍位置的判断，便于透明材料的筛选及清洁，提高工作效率，具有广泛的工业应用前景。

附图说明

图1为电磁波传播示意图；

图2为自然光的示意图；

图3为线偏振光的示意图；

图4为反射及折射时光的偏振态示意图；

图5为光以布儒斯特角入射时透明材料反射及透射光偏振态的变化示意图；

图6为光以布儒斯特角入射时经透明材料反射及折射后偏振态的变化示意图；

图7为本实用新型的一个实施例的装置示意图；

图8为本实用新型的另一个实施例的装置示意图。

【附图标记说明】：

1-光源；2-相机、第一相机；3-s偏振片；4-分光器件；5-p偏振片；6-第二相机。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。

图1为电磁波传播示意图。光波作为一种电磁波，满足图中所示传播规律。若各种振动面的光出现的机会相等，沿同一振动面的原子波列的强度与振动面方向无关，称这种光为自然光，如图2所示。

所有光矢量都在一个平面内振动，称这种光线为线偏振光或平面偏振光。线偏振光的表示方法如图3所示。

光在透明材料表面反射及折射时光的偏振态变化如图4所示，此时入射角为任意角度，图中●为垂直入射面振动的光(s分量)，为在入射面内振动的光(p分量)。反射及折射光都为部分偏振光；反射光中垂直于入射面振动的光强度比较大，折射光中在入射面内振动的光的强度较大；角度之间满足折射定律。

入射光以布儒斯特角入射时，反射及折射光的偏振态如图5所示。从图中可以看出，反射光为线偏振光(仅包含s分量)，折射光为部分偏振光。角度满足：i₀+r＝90°；依据折射定律满足：布儒斯特定律为：

由以上理论可知，光以布儒斯特角入射至透明材料时，光路及偏振态变化如图6所示。入射角θ＝θ_B1，此时反射光只有s分量，p分量完全透过。θ_B1＝tan^-1(n)，其中，n为透明材料的折射率。对于K9玻璃，布儒斯特角θ_B1＝56.6°。光从透明材料再次透射到空气中，θ_B2＝tan^-1(1/n)，对于K9玻璃，θ_B2＝33.48°，同样满足布儒斯特入射条件，反射光中只有s分量。从图6中得到如下结论：若平板上表面满足布儒斯特入射条件，下表面出射时同样满足布儒斯特条件。由于透明材料中的折射光的强度小于入射光，可以确定，下表面反射的s光强度比上表面反射的光强度弱。

基于上述理论基础，本实用新型提出了一种确定透明材料表面瑕疵/污渍所在位置的装置和方法，这里的透明材料可以是透明平板，例如透明玻璃等。

如图7所示，在一个实施例中，本实用新型的装置包括光源1、相机2、用于相机定位的定位装置、数据处理装置和判断装置，其中光源1和相机2位于透明材料同一侧，光源1为线光源，可以发射自然光，并且以布儒斯特角入射到透明材料的表面，定位装置将相机2定位于入射光经透明材料的上表面∑1或下表面∑2反射后的反射光路上。相机2用于分别观测上表面和下表面的成像，相机2的镜头前设置有s偏振片3。数据处理装置用于记录入射位置信息和相机2观测到的成像信息，并对成像信息进行处理获得成像的强度。这里的强度可以通过在同一曝光时间下成像的饱和度或颜色等来获得。判断装置根据瑕疵/污渍的成像信息来判断瑕疵/污渍的位置。

因相机2的探测面尺寸限制，当透明材料的厚度较大时，相机2只能在其中一个表面的反射光路上观测到瑕疵/污渍的成像信息，此时判断装置根据观测到瑕疵/污渍时相机2的位置即可判断瑕疵/污渍的位置，例如如果相机2只能在上表面的反射光路上观测到瑕疵/污渍的成像信息，即可判断瑕疵/污渍位于上表面。此时，若要完成对透明材料上下表面瑕疵/污渍的位置确定，在透明材料的每个探测位置处，需要移动相机2的位置，分别对透明材料的上、下表明进行成像。当透明材料的厚度很小时，相机2上可同时观测到上、下两个表面的到瑕疵/污渍的成像信息，此时，判断装置根据瑕疵/污渍成像的强度来判断瑕疵/污渍的位置，具体为将同一位置上表面和下表面的成像的强度进行比较，如果瑕疵/污渍的光较强，则判断瑕疵/污渍位于上表面，如果瑕疵/污渍的光较弱，则判断瑕疵/污渍位于下表面。

透明材料不同位置处的瑕疵/污渍位置判断可以通过一个移动装置来完成。

利用该装置确定透明材料表面瑕疵/污渍所在位置的方法包括：(1)将相机2分别定位于入射光经透明材料的上表面或下表面反射后的反射光路上；(2)移动透明材料分别完成对上表面及下表面的扫描，并记录各位置的成像和光强；(3)根据瑕疵/污渍的成像信息来判断瑕疵/污渍的位置。具体的判断方法同上。

在另一个实施例中，当透明材料的厚度较大时，本实用新型的装置可以包括两个相机，两个相机分别由定位装置定位于入射光经透明材料的上表面和下表面反射后的反射光路上。此时，其它部分与上一实施例相同。

利用该装置确定透明材料表面瑕疵/污渍所在位置时，只需移动透明材料一次即可完成对上下表面的扫描，不需要移动相机的位置，其它操作与上一实施例相同。

在某些场合下，透明材料的下表面∑₂可能会接触别的介质7(如水)，这导致在下表面∑₂上不满足布儒斯特条件，此时，上表面∑₁的反射光只有s分量，下表面∑₂的反射光既有s分量也有p分量。

针对这种情况，如图8所示，本实用新型的装置包括光源1、第一相机2、第二相机6、分光器件4、定位装置、数据处理装置和判断装置，其中光源1和第一相机2、第二相机6位于透明材料同一侧，光源1可以发射自然光，并且以布儒斯特角入射到透明材料的表面，定位装置将第一相机2和第二相机6分别定位于入射光经透明材料的上表面和下表面反射后的反射光路上，入射光经透明材料的上表面和下表面反射后通过分光器件4分别进入第一相机2和第二相机6，其中上表面反射光的s分量经过s偏振片3进入第一相机2，下表面反射光的p分量经过p偏振片5进入第二相机6。数据处理装置用于记录入射位置信息以及第一相机2和第二相机6观测到的成像信息。判断装置根据第一相机2和第二相机6观测到的瑕疵/污渍的成像来判断瑕疵/污渍的位置。具体为如果在第一相机2上检测到瑕疵/污渍，则判断其位置在上表面；如果在第二相机6上检测到瑕疵/污渍，则判断其位置在下表面。

透明材料不同位置处的瑕疵/污渍位置判断可以通过一个移动装置来完成。

当分光器件为偏振分光器件时，可去除两个相机前放置的偏振片，此偏振分光器件需满足，入射至第一相机2的光为s偏振光，入射至第二相机6的光为p偏振光。

利用该装置确定透明材料表面瑕疵/污渍所在位置时，移动透明材料对上下表面的扫描，如果在第一相机2上检测到瑕疵/污渍，则判断其位置在上表面；如果在第二相机6上检测到瑕疵/污渍，则判断其位置在下表面。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。