一种成像型超小曲率平凸透镜或平凹透镜正反面的检测装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种成像型超小曲率平凸透镜或平凹透镜正反面的检测装置，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。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，加上生产现场的各种振动产生的测量误差，实际上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.本实用新型提供一种成像型超小曲率平凸透镜或平凹透镜正反面的检测装置，利用凸面相对于平面的微小的曲率(或凸起)差异，通过成像，放大这种差异，使得这种差异可以被肉眼或者科学仪器所探测并分辨。
4.为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：
5.一种成像型超小曲率平凸透镜或平凹透镜正反面的检测方法，通过成像法实现平面和曲面的区分，成像法包括透射成像法、直角反射成像法和锐角反射成像法。
6.为了方便检测，锐角反射成像法为45度反射成像法。
7.上述透射成像法为：光源发出的光线依次经过准直镜和聚焦镜后，穿过待测透镜，再经聚焦镜放大成像后，通过成像光斑的大小区分平面和曲面，曲面朝向光源的成像光斑明显小于曲面背向光源(平面朝向光源)的成像光斑；曲率半径越小，光斑直径的差异就越大，越容易分辨。
8.上述直角反射成像法为：光源发出的光线经过准直镜后，经分光镜折叠垂直穿过待测透镜，再经反射镜垂直反射后再次穿过被测样品和分光镜，最后经聚焦镜获得聚焦成像光斑，通过成像光斑的大小区分平面和曲面，平面朝向分光镜的成像光斑明显大于曲面朝向分光镜的成像光斑；曲率半径越小，光斑直径的差异就越大，越容易分辨。
9.为了方便辨别，上述直角反射成像法，经聚焦镜后，再经过放大中继镜，获得成像光斑。
10.上述锐角反射成像法为：光源发出的光线依次经过准直镜和聚焦镜后，被待测透镜反射，再经聚焦镜放大成像后，通过成像光斑的形状和/或大小区分平面和曲面。
11.为了方便辨别，上述锐角反射成像法，通过成像光斑的大小区分平面和曲面，曲面朝下的成像光斑明显大于曲面朝上的成像光斑。曲率半径越小，光斑直径的差异就越大，越容易分辨。
12.上述各种方法，均利用面阵相机采集成像光斑。
13.一种成像型超小曲率平凸透镜或平凹透镜正反面的检测装置，包括出射组件、功能组件和接受组件；
14.功能组件为第一聚焦镜或分光镜；出射组件包括点光源和准直镜，接受组件包括第二聚焦镜和面阵相机；
15.光源、准直镜、功能组件、第二聚焦镜和面阵相机沿光路传播方向依次设置。
16.作为其中一种实现方案，利用透射成像法时，功能组件为第一聚焦镜，点光源、准直镜、第一聚焦镜、第二聚焦镜和面阵相机沿同一方向依次设置，准直镜、第一聚焦镜和第二聚焦镜的光轴重叠，点光源和面阵相机均设在光轴上。
17.第一聚焦镜的设置是为了控制光束的直径，使得光束可以穿透口径比较小的被测样品，此时，光束已经可以聚焦获得聚焦光斑了，但是光斑的直径可能比较小，不利于后续的软件判断；为了得到尺寸更大的聚焦光斑，增加了第二聚焦镜，实际上它的作用是起到一个中继镜头的作用，就是将聚焦光斑进行放大成像，使得在第二聚焦镜后面的成像光斑的尺寸被放大，便于图像的采集处理。
18.作为另一种实现方案，利用垂直反射成像法时，功能组件为分光镜，点光源、准直镜和分光镜从左到右依次设置，面阵相机、第二聚焦镜、分光镜和反射镜从上到下依次设置。
19.本技术上下、左右为基于附图所示的相对位置关系。
20.为了方便检测，上述分光镜为由两块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，第二聚焦镜的光轴与分光镜的拼合处呈45
°
夹角。
21.可根据需要在第二聚焦镜和面阵相机之间设放大中继镜。
22.作为另一种实现方案，利用锐角反射成像法时，功能组件为第一聚焦镜，准直镜和第一聚焦镜的光轴重叠、均与水平面的夹角为α，0
°
＜α＜90
°
；第二聚焦镜的光轴与第一聚焦镜的光轴左右对称、且相交；点光源设在准直镜的光轴上，面阵相机设在第二聚焦镜的光轴上。
23.第二聚焦镜，起到一个放大中继镜的作用。
24.优选，α为45
°
。
25.一种成像型超小曲率平凸透镜或平凹透镜正反面的检测方法，利用上述成像型超小曲率平凸透镜或平凹透镜正反面的检测装置检测，当利用透射成像法时，检测方法包括如下步骤：
26.1)将待测透镜置于第一聚焦镜和第二聚焦镜之间，待测透镜的一面朝向点光源、另一面朝向面阵相机；点光源发出的光线经过准直镜和第一聚焦镜后，穿过待测透镜，再经第二聚焦镜放大成像后，利用相机采集第二聚焦镜的成像光斑一；
27.2)将待测透镜的两面颠倒，按照步骤1)的方法，利用相机采集第二聚焦镜的成像光斑二；
28.3)比较成像光斑一和成像光斑二的大小和/或形状，当成像光斑一大时，步骤1)中待测透镜朝向点光源的一面为平面、另一面为曲面；当成像光斑二大时，步骤2)中待测透镜朝向点光源的一面为平面、另一面为曲面；
29.当利用垂直反射成像法时，检测方法包括如下步骤：
30.1)将待测透镜置于分光镜和反射镜之间，待测透镜的一面朝向分光镜、另一面朝向反射镜；点光源发出的光线经过准直镜准直后，经分光镜向下折叠，穿过待测透镜后达到反射镜，经反射镜反射后再次穿过被测样品和分光镜，再经聚焦镜聚焦，利用相机采集第二聚焦镜的成像光斑一；
31.2)将待测透镜的两面颠倒，按照步骤1)的方法，利用相机采集第二聚焦镜的成像光斑二；
32.3)比较成像光斑一和成像光斑二的大小和/或形状，当成像光斑一大时，步骤1)中待测透镜朝向反射镜的一面为曲面、另一面为平面；当成像光斑二大时，步骤2)中待测透镜朝向点反射镜的一面为曲面、另一面为平面；
33.上述步骤1)和步骤2)中，经聚焦镜聚焦的光斑再经放大中继镜放大后，利用相机采集放大的成像光斑一和成像光斑二。这样便于成像光斑的采集和处理。
34.当利用锐角反射成像法，检测方法包括如下步骤：
35.1)将待测透镜置于第一聚焦镜和第二聚焦镜光轴相交的位置，待测透镜的一面朝上、另一面朝向下；点光源发出的光线经过准直镜和第一聚焦镜后，被待测透镜反射，再经第二聚焦镜放大成像后，利用相机采集第二聚焦镜的成像光斑一；
36.2)将待测透镜的两面颠倒，按照步骤1)的方法，利用相机采集第二聚焦镜的成像光斑二；
37.3)比较成像光斑一和成像光斑二的形状和/或大小，区分平面和曲面。
38.步骤3)中，比较成像光斑一和成像光斑二的大小，当成像光斑一大时，步骤1)中待测透镜朝下的一面为曲面、另一面为平面；当成像光斑二大时，步骤2)中待测透镜朝下的一面为曲面、另一面为平面。
39.本实用新型未提及的技术均参照现有技术。
40.本实用新型成像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成像光斑，通过两面光斑的大小等即可准确判断出是曲面向上、还是平面向上，简单，易操作，效率高，准确性为100％。
附图说明
41.图1为矢高示意图；
42.图2为本实用新型实施例1中成像型超小曲率平凸透镜或平凹透镜正反面的检测装置检测光路图(曲面朝向点光源)；
43.图3为本实用新型实施例1中成像型超小曲率平凸透镜或平凹透镜正反面的检测装置检测光路图(平面朝向点光源)；
44.图4为本实用新型实施例1中被测样品曲率半径r＝900mm的模拟结果(左图为曲面朝向点光源的成像光斑，右图为平面朝向点光源的成像光斑)；
45.图5为本实用新型实施例1中被测样品曲率半径r＝300mm的模拟结果(左图为曲面朝向点光源的成像光斑，右图为平面朝向点光源的成像光斑)；
46.图6为本实用新型实施例2中成像型超小曲率平凸透镜或平凹透镜正反面的检测装置检测光路图(曲面朝上)；
47.图7为本实用新型实施例2中成像型超小曲率平凸透镜或平凹透镜正反面的检测装置检测光路图(曲面朝下)；
48.图8为本实用新型实施例2中被测样品曲率半径r＝900mm的模拟结果(左图为曲面朝上的成像光斑，右图为平面朝上的成像光斑)；
49.图9为本实用新型实施例2中被测样品曲率半径r＝300mm的模拟结果(左图为曲面朝上的成像光斑，右图为平面朝上的成像光斑)；
50.图10为本实用新型实施例3中成像型超小曲率平凸透镜或平凹透镜正反面的检测装置检测光路图(曲面朝上)；
51.图11为本实用新型实施例3中成像型超小曲率平凸透镜或平凹透镜正反面的检测装置检测光路图(曲面朝下)；
52.图12为本实用新型实施例3中被测样品曲率半径r＝900mm的模拟结果(左图为曲面朝上的成像光斑，右图为平面朝上的成像光斑)；
53.图13为本实用新型实施例3中被测样品曲率半径r＝300mm的模拟结果(左图为曲面朝上的成像光斑，右图为平面朝上的成像光斑)；
54.图中，1为点光源，2为准直镜，3为分光镜，4为反射镜，5为第一聚焦镜，6为第二聚焦镜，7为面阵相机，8为被测样品，9为对称轴，10为矢高。
具体实施方式
55.为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例进一步阐明本实用新型的内容，但本实用新型的内容不仅仅局限于下面的实施例。
56.实施例1
57.一种成像型超小曲率平凸透镜或平凹透镜正反面的检测装置，包括出射组件、功能组件和接受组件；功能组件为第一聚焦镜或分光镜；出射组件包括点光源和准直镜，接受组件包括第二聚焦镜和面阵相机；点光源、准直镜、功能组件、第二聚焦镜和面阵相机沿光路传播方向依次设置。
58.如图2-3所示，利用透射成像法，功能组件为第一聚焦镜，点光源、准直镜、第一聚焦镜、第二聚焦镜和面阵相机沿同一方向依次设置，准直镜、第一聚焦镜和第二聚焦镜的光轴重叠，点光源和面阵相机均设在光轴上。
59.第一聚焦镜的设置是为了控制光束的直径，使得光束可以穿透口径比较小的被测样品，此时，光束已经可以聚焦获得聚焦光斑了，但是光斑的直径可能比较小，不利于后续的软件判断；为了得到尺寸更大的聚焦光斑，增加了第二聚焦镜，实际上它的作用是起到一个中继镜头的作用，就是将聚焦光斑进行放大成像，使得在第二聚焦镜后面的成像光斑的尺寸被放大，便于图像的采集处理。
60.利用上述装置，进行透射成像法检测，包括如下步骤：
61.1)将待测透镜(平凸透镜)置于第一聚焦镜和第二聚焦镜之间，待测透镜的一面朝
向点光源、另一面朝向面阵相机；点光源发出的光线经过准直镜和第一聚焦镜后，穿过待测透镜，再经第二聚焦镜放大成像后，利用相机采集第二聚焦镜的成像光斑一；
62.2)将待测透镜的两面颠倒，按照步骤1)的方法，利用相机采集第二聚焦镜的成像光斑二；
63.3)比较成像光斑一和成像光斑二的大小，当成像光斑一大时，步骤1)中待测透镜朝向点光源的一面为平面；当成像光斑二大时，步骤2)中待测透镜朝向点光源的一面为平面。如图4-5所示，分别为曲率半径r＝900mm和300mm的成像光斑，曲面朝向点光源的成像光斑明显小于平面朝向点光源的成像光斑，且曲率半径越小，光斑直径的差异就越大，越容易分辨。
64.实施例2
65.与实施例1所不同的是：如图6-7所示，利用垂直反射成像法，功能组件为分光镜，点光源、准直镜和分光镜从左到右依次设置，面阵相机、第二聚焦镜、分光镜和反射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呈45
°
夹角，准直镜的光轴与反射镜的反射面垂直，第二聚焦镜的光轴与分光镜的拼合处呈45
°
夹角。
66.利用上述装置，进行垂直反射成像法检测，包括如下步骤：
67.1)将待测透镜(平凸透镜)置于分光镜和反射镜之间，待测透镜的一面朝向分光镜、另一面朝向反射镜；点光源发出的光线经过准直镜准直后，经分光镜向下折叠，穿过待测透镜后达到反射镜，经反射镜反射后再次穿过被测样品和分光镜，再经聚焦镜聚焦、，利用相机采集第二聚焦镜的成像光斑一；
68.2)将待测透镜的两面颠倒，按照步骤1)的方法，利用相机采集第二聚焦镜的成像光斑二；
69.3)比较成像光斑一和成像光斑二的大小，当成像光斑一大时，步骤1)中待测透镜朝向反射镜的一面为曲面、另一面为平面；当成像光斑二大时，步骤2)中待测透镜朝向点反射镜的一面为曲面、另一面为平面；如图8-9所示，分别为曲率半径r＝900mm和300mm的成像光斑，曲面朝上的成像光斑明显小于平面朝上的成像光斑，且曲率半径越小，光斑直径的差异就越大，越容易分辨。可根据需要在面阵相机和第二聚焦镜间设置放大中继镜放。
70.实施例3
71.与实施例1所不同的是：如图10-11所示，利用45
°
反射成像法，功能组件为第一聚焦镜，准直镜和第一聚焦镜的光轴重叠、均与水平面的夹角为45
°
；第二聚焦镜的光轴与第一聚焦镜的光轴左右对称、且相交；点光源设在准直镜的光轴上，面阵相机设在第二聚焦镜的光轴上。
72.利用上述装置，进行45
°
反射成像法检测，包括如下步骤：
73.1)将待测透镜(平凸透镜)置于第一聚焦镜和第二聚焦镜光轴相交的位置，待测透镜的一面朝上、另一面朝向下；点光源发出的光线经过准直镜和第一聚焦镜后，被待测透镜反射，再经第二聚焦镜放大成像后，利用相机采集第二聚焦镜的成像光斑一；
74.2)将待测透镜的两面颠倒，按照步骤1)的方法，利用相机采集第二聚焦镜的成像光斑二；
75.3)比较成像光斑一和成像光斑二的大小，区分平面和曲面，当成像光斑一大时，步
骤1)中待测透镜朝下的一面为曲面、朝上的一面为平面；当成像光斑二大时，步骤2)中待测透镜朝下的一面为曲面、朝上的一面为平面；曲率半径越小，光斑直径的差异就越大，越容易分辨。