干涉型超小曲率平凸透镜或平凹透镜正反面的检测装置及方法与流程

1.本发明涉及一种干涉型超小曲率平凸透镜或平凹透镜正反面的检测装置及方法，属于平凸透镜或平凹透镜正反面判断技术领域。


背景技术：

2.生产实践中，会出现一类超小曲率(即超大曲率半径)的平凸透镜或平凹透镜，由于曲率非常小，肉眼根本无法分辨出透镜的正反面，给产品生产带来了极大的困扰。而且即使想通过测量矢高来区分，也因为矢高的大小甚至小于高度测量所带来的误差，导致工程实践上无法区分平凸透镜或平凹透镜的上下表面。如，客户的平凸透镜产品的中心厚度和边缘厚度之差仅仅是3.5um，在生产线中，要快速测量平凸透镜的中心厚度、然后移动到边缘测量边缘厚度，则必然要求移动平台的平面度要《+/-1um(这是非常高的要求，几乎是现有工业技术的极限)，如果再考虑测距工具(或者说测高的工具)本身的测量精度《+/-1um，加上在实际生产现场所产生的振动而造成的测量误差，难以通过测量中心和边缘的高度差来进行区分平凸透镜的正反面的。但是，生产中又必须要区分平凸透镜的正反面，变成了一个棘手的问题。通过与客户的沟通和研发前的检索，发现目前尚无可靠的技术解决方案。


技术实现要素：

3.本发明提供一种干涉型超小曲率平凸透镜或平凹透镜正反面的检测装置及方法，可以快速准确性地辨别超小曲率平凸透镜或平凹透镜正反面。
4.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
5.一种干涉型超小曲率平凸透镜或平凹透镜正反面的检测方法,获取被测样品表面的干涉图像，通过干涉图像的形状判断是曲面向上、还是平面向上。
6.本技术将肉眼无法识别正反面的平凸透镜或平凹透镜视为超小曲率。
7.检测时，将被测样品置于平台上，上述被测样品表面也即向上的一面。
8.通过干涉图像的形状判断是曲面向上、还是平面向上的方法为：若得到的只是圆环形干涉图，则被测样品曲面向上；若同时得到直条纹和圆环形干涉图，则被测样品的平面向上。前述方法同时适用于平凸透镜或平凹透镜。
9.为了实现自动判读，利用面阵相机获得干涉图像，并依次通过傅立叶变换和模式相关的自动阈值计算后，根据曲面向上和平面向上计算结果的差异，实现曲面向上和平面向上的自动判读。如，曲面向上和平面向上最显著的差异之一为：曲面向上得到的干涉图经计算后得到一个光斑；而平面向上得到的干涉图经计算后得到三个以上的光斑，在一个大光斑两侧至少有一对呈基本对称的小光斑，计算机通过自动读取计算后光斑数量，即可实现曲面和平面的区分。
10.一种干涉型超小曲率平凸透镜或平凹透镜正反面的检测装置，包括光源、准直镜、分光镜、反射镜、缩束镜和面阵相机；
11.光源、准直镜、分光镜和反射镜从左到右依次设置，反射镜的反射面朝向分光镜；面阵相机、缩束镜和分光镜从上到下依次设置。
12.本技术对平凸透镜或平凹透镜中心和边缘的测量是一次完成的，不存在从中心向边缘移动的平移台的平面度的误差。
13.本技术上下、左右为基于附图所示的相对位置。
14.作为其中一种优选的实现方案，分光镜为由两块45
°
直角三棱镜拼合而成的立方体型分束镜；准直镜的光轴与分光镜的拼合处呈45
°
夹角，准直镜的光轴与反射镜的反射面垂直；缩束镜的光轴与分光镜的拼合处呈45
°
夹角。当然，分光镜的使用不限于立方体的分光镜，也可以是单片式的45度的分光镜等。
15.上述干涉型超小曲率平凸透镜或平凹透镜正反面的检测装置，还包括计算机，面阵相机与计算机连接。
16.为了提供检测的准确性，光源为激光光源。
17.作为其中一种具体的实现方案，激光光源的波长为650nm。当然本技术并不限于650nm的激光，也可根据需要选用其他波段的激光。
18.利用上述干涉型超小曲率平凸透镜或平凹透镜正反面的检测装置的检测方法，包括如下步骤：
19.1)将被测样品置于分光镜正下方的平台上；
20.2)光源发出的光线经过准直镜准直后，被分光镜分为第一光线和第二光线，第一光线打到反射镜上、并反射回来，再经过分光镜向上反射，经过缩束镜后，打到面阵相机，作为参考光；
21.3)第二光线向下打到被测样品表面、并被向上反射，穿过分光镜，并经过缩束镜后，打到面阵相机，作为测试光；
22.4)测试光和参考光在面阵相机上形成干涉图像，通过干涉图像的形状判断是曲面向上、还是平面向上。
23.上述步骤4)中，若得到的只是圆环形干涉图，则被测样品曲面向上；若同时得到直条纹和圆环形干涉图，则被测样品的平面向上。
24.为了实现自动检测，步骤4)中，面阵相机上形成干涉图像传输至计算机，由计算机对得到的涉图像先做傅立叶变换、再做模式相关的自动阈值计算，根据曲面向上和平面向上计算结果的差异，实现曲面向上和平面向上的自动判读。这样实现了完全自动化的检测，节省人工。
25.上述采用快速傅立叶算法(fft)获取干涉图的空间频谱图，再采用模式相关自动阈值法，取得最终图案；曲面朝上和平面朝下，最终取得的图案是完全不同的，根据二者的差异，从而实现对平凸透镜或平凹透镜正反面的自动识别，实现自动化检测和生产。
26.本技术傅立叶变换和模式相关的自动阈值计算方法均直接采用现有成熟算法，结合现有技术，可实现计算机的自动计算和判读，本技术的改进不在于傅立叶变换和模式相关的自动阈值计算方法本身，而在于将傅立叶变换和模式相关的自动阈值计算方法应用到本技术实现曲面向上和平面向上的自动判读中。
27.本发明未提及的技术均参照现有技术。
28.本发明干涉型超小曲率平凸透镜或平凹透镜正反面的检测方法，简单，易操作，效
率高，且准确性为100％；本发明干涉型超小曲率平凸透镜或平凹透镜正反面的检测装置，结构简单，使用方便，经过本技术特定结构的光学系统后，可利用面阵相机获得透镜表面的干涉图像，通过得到的干涉图像的形状即可准确判断出是曲面向上、还是平面向上；进一步，将干涉图像依次通过傅立叶变换和模式相关的自动阈值计算后，可根据曲面向上和平面向上计算结果的差异，实现曲面向上和平面向上的自动判读。
附图说明
29.图1为矢高示意图；
30.图2为本发明干涉型超小曲率平凸透镜或平凹透镜正反面的检测装置的检测光路示意图；
31.图3为实施例中平凸透镜的凸面朝上时的实测干涉图像；
32.图4为实施例中平凸透镜的凸面朝上得到的干涉图像依次经傅立叶变换和模式相关的自动阈值计算的计算图案；
33.图5为实施例中平凸透镜的平面朝上时的实测干涉图像(左图倾斜角小，中图倾斜角大，右图为中图改变倾斜方向)；
34.图6为实施例中平凸透镜的平面朝上得到的干涉图像依次经傅立叶变换和模式相关的自动阈值计算的计算图案(从上到下的图依次对应图5从左到右的图)；
35.图中，1为光源，2为准直镜，3为分光镜，4为反射镜，5为缩束镜，6为面阵相机，7为被测样品，8为矢高。
具体实施方式
36.为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
37.实施例1
38.如图2所示，一种干涉型超小曲率平凸透镜或平凹透镜正反面的检测装置，包括光源、准直镜、分光镜、反射镜、缩束镜和面阵相机；
39.光源、准直镜、分光镜和反射镜从左到右依次设置，反射镜的反射面朝向分光镜，光源位于准直镜的光轴上，准直镜的光轴与反射镜的反射面垂直；面阵相机、缩束镜和分光镜从上到下依次设置，分光镜为由两块45
°
直角三棱镜拼合而成的立方体型分束镜；准直镜的光轴与分光镜的拼合处(分光处)呈45
°
夹角，准直镜的光轴与反射镜的反射面垂直；缩束镜的光轴与分光镜的拼合处呈45
°
夹角。光源为波长为650nm的激光光源。上下、左右为基于附图所示的相对位置。
40.以平凸透镜为例进行检测，平凸透镜产品的中心厚度和边缘厚度之差仅仅是3.5um，利用上述干涉型超小曲率平凸透镜或平凹透镜正反面的检测装置检测，包括如下步骤：
41.1)如图2所示，将被测样品置于分光镜正下方的平台上；
42.2)光源发出的光线经过准直镜准直后，被分光镜分为第一光线和第二光线，第一光线打到反射镜上、并反射回来，再经过分光镜向上反射，经过缩束镜后，打到面阵相机，作为参考光(实线部分)；
43.3)第二光线向下打到被测样品表面、并被向上反射，穿过分光镜，并经过缩束镜后，打到面阵相机，作为测试光(虚线部分)；
44.4)测试光和参考光在面阵相机上形成干涉图像，通过干涉图像的形状判断是曲面向上、还是平面向上，如图3所示，若凸面朝上，则得到的干涉图像只是圆环形干涉图，如图5所示，若平面朝上，则得到的干涉图像包括直条纹和圆环形干涉图，这样通过直观观察得到的干涉图像，即可快速判断是凸面向上、还是平面向上；若平面朝上、则曲面朝下，此时样品的水平状态难于保证，会存在一定程度的倾斜，如图5所示，倾斜角越大，直条纹的密度越大，倾斜角越小，直条纹的密度越低，若改变倾斜方向，则干涉图像还是包括直条纹和圆环形干涉图，只是圆环形干涉图相对直条纹图的位置会发生了变化。
45.同时，以平凹透镜为例进行检测，步骤同上，若凹面朝上，则得到的干涉图像只是圆环形干涉图，若平面朝上，则得到的干涉图像包括直条纹和圆环形干涉图，与平凸透镜的判断方式一致。
46.上述对平凸透镜或平凹透镜中心和边缘的测量是一次完成的，不存在从中心向边缘移动的平移台的平面度的误差。发明人同时检测了系列不同矢高的透镜，包括肉眼可区分正反面的透镜，准确性均达到100％。
47.实施例2
48.在实施例1的基础上，进一步作了如下改进：干涉型超小曲率平凸透镜或平凹透镜正反面的检测装置，还包括计算机，面阵相机与计算机连接。检测时，步骤4)中，面阵相机上形成干涉图像传输至计算机，由计算机对得到的涉图像先做傅立叶变换、再做模式相关的自动阈值计算，图4为平凸透镜的凸面朝上得到的干涉图像依次经傅立叶变换和模式相关的自动阈值计算的计算图案，图6为平凸透镜的平面朝上得到的干涉图像依次经傅立叶变换和模式相关的自动阈值计算的计算图案，二者显著不同，曲面向上和平面向上最显著的差异之一为：曲面向上得到的干涉图经计算后得到一个光斑；而平面向上得到的干涉图经计算后得到三个以上的光斑，在一个大光斑两侧至少有一对呈基本对称的小光斑，计算机通过自动读取计算后光斑数量，即可实现曲面和平面的区分；发明人经验证，平凹透镜的凹面朝上、朝下的结果与平凸透镜一致，凹面朝上和朝下的干涉图像依次经傅立叶变换和模式相关的自动阈值计算的计算图案显著不同；计算机根据曲面向上和平面向上计算结果的差异，实现曲面向上和平面向上的自动判读。发明人同时检测了系列不同矢高的透镜，准确性均达到100％。实现完全自动化的检测，无需人干预，节省人工，同时降低人工检测导致的质量不稳定。