CN109387353B - 微透镜阵列检测系统及微透镜阵列的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供微透镜阵列检测系统及微透镜阵列的检测方法，所述微透镜阵列检测系统包括：光源装置、待测微透镜阵列、光阑及光通量测试装置，所述光源装置用于发射光线；待测微透镜阵列用于接收并透射所述光线；所述光阑包含一具有预设孔径的通光孔，所述通光孔用于透射待测微透镜阵列出射的光线；所述光通量测试装置用于分别测试所述光线通过所述光阑前的第一光通量及通过所述光阑后的第二光通量，所述第一光通量与所述第二光通量用于分析待测微透镜阵列的质量。所述微透镜阵列检测系统及采用所述微透镜阵列检测系统的微透镜阵列的检测方法操作简单高效，准确率高。

Description

微透镜阵列检测系统及微透镜阵列的检测方法

技术领域

本发明涉及微透镜阵列技术领域，尤其涉及一种微透镜阵列检测系统及微透镜阵列的检测方法。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的具体实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

目前微透镜阵列常用的加工工艺有：光刻、开模压铸、机械加工等。其中开模的方式由于成本低的优势成为首选工艺，在其模具加工的过程中，靠近边缘的微透镜单元的尺寸精度会有所下降，进而导致边缘微透镜单元的大小及长宽比有误差，最终导致双复眼所成的像尺寸及长宽比变化，光学效率降低。而在对复眼器件本身进行良品检测时，由于微透镜透镜单元小、数量多，用测量微透镜单元尺寸的方法几乎不能够高效、准确地实现。

发明内容

为解决现有技术微透镜阵列的检测效率低且准确度不高的技术问题，本发明提供一种可以有效提高检测效率及准确度的微透镜阵列检测系统，本发光还提供一种微透镜阵列的检测方法。

一种微透镜阵列检测系统，包括：

光源装置，用于发射光线；

待测微透镜阵列，用于接收并透射所述光线；

光阑，包含一具有预设孔径的通光孔，所述通光孔用于透射待测微透镜阵列出射的光线；

光通量测试装置用于分别测试所述光线通过所述光阑前的第一光通量及通过所述光阑后的第二光通量，所述第一光通量与所述第二光通量用于分析待测微透镜阵列的质量。

进一步地，所述微透镜阵列检测系统还包括分析装置，所述分析装置用于根据所述第二光通量和所述第一光通量的比值分析待测微透镜阵列的质量。

进一步地，所述微透镜阵列检测系统还包括中继装置，所述中继装置设置于待测微透镜阵列与所述光阑之间，用于将待测微透镜阵列出射的光线会聚至所述光阑的通光孔。

进一步地，所述光源装置包括激光器及扩束装置，所述扩束装置用于增大所述激光器发出的激光光束的发散角，使得所述光源装置出射的光线能够照射待测微透镜阵列通光口径上的更大的范围。

进一步地，所述扩束装置为散射片。

进一步地，所述扩束装置与待测微透镜阵列之间的距离L满足：

L＝H/2tan(θ)

使得所述光源装置发出的光线照射至待测微透镜阵列上的光斑直径与待测微透镜阵列的通光口径H的差值落入第一预设误差范围内，

其中，

θ≤arcsin(1/2F#)

F#＝F/d

θ为所述光源装置发出光线的发散角，F为待测微透镜阵列的焦距，d为待测微透镜阵列上每个微透镜的直径。

进一步地，所述扩束装置包括一凹透镜与一凸透镜，所述激光光束依次穿过所述凹透镜与所述凸透镜得到所述光线。

进一步地，所述凹透镜的焦距f1与所述凸透镜的焦距f2满足：

f1/f2＝h/H

使得所述光线照射至待测微透镜阵列上的光斑直径与待测微透镜阵列的通光口径的差值落入第一预设误差范围内，其中，h为所述激光光束的直径，H为待测微透镜阵列通光口径的高度。

进一步地，所述扩束装置包括扩束微透镜阵列，所述扩束微透镜阵列与待测微透镜阵列的通光口径差值落入第二预设误差范围内。

进一步地，所述扩束微透镜阵列为单复眼透镜。

一种微透镜阵列的检测方法，利用如上所述任意一项所述的微透镜阵列检测系统，若所述第二光通量与所述第一光通量之比大于等于比例阈值，则待测微透镜阵列合格。

本发明提供微透镜阵列检测系统及微透镜阵列的检测方法，所述微透镜阵列检测系统通过所述光源装置发出光线，所述光线经过待测微透镜阵列及所述光阑后出射，根据所述光阑前的第一光通量及所述光阑后的第二光通量来分析待测微透镜阵列的质量，所述微透镜阵列检测系统及采用所述微透镜阵列检测系统的微透镜阵列的检测方法操作简单高效，准确率高。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的微透镜阵列检测系统的结构示意图。

图2为如图1所示的待测微透镜阵列出射光线包括杂散光时形成的光斑示意图。

图3为本发明第二实施例提供的微透镜阵列检测系统的结构示意图。

图4为本发明第三实施例提供的微透镜阵列检测系统的结构示意图。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请参阅图1，为本发明第一实施例提供的微透镜阵列检测系统100的结构示意图。所述微透镜阵列检测系统100包括：光源装置110、待测微透镜阵列120、中继装置130、光阑140、光通量测试装置(图未示)及分析装置(图未示)。其中，所述光源装置110用于发射光线；待测微透镜阵列120用于接收并透射所述光线；所述中继装置130设置于待测微透镜阵列120与所述光阑140之间，用于将待测微透镜阵列120出射的光线会聚至所述光阑140的通光孔；所述光阑140包含一具有预设孔径的通光孔，所述通光孔用于透射待测微透镜阵列120出射的光线；所述光通量测试装置用于分别测试所述光线通过所述光阑140前的第一光通量η1及通过所述光阑140后的第二光通量η2；所述分析装置用于根据所述第一光通量η1和所述第二光通量η2分析待测微透镜阵列120的质量，以判断待测微透镜阵列120上的微透镜单元的尺寸一致性是否合格。

具体地，所述光源装置110包括发光体111及扩束装置112。所述光源装置110可以为蓝光光源，发出蓝光光线。可以理解的是，在其他实施例中，所述光源装置可以为白光光源、紫光光源等等，并不以此为限。所述发光体111为蓝色激光器，用于发出蓝色激光作为所述光线，具体所述发光体111的数量可以依据实际需要选择。

所述扩束装置112用于增大所述发光体111发出的激光光束的发散角，使得所述光源装置110出射的光线能够照射待测微透镜阵列120通光口径上的更大的范围。本实施例中，所述扩束装置112为散射片。

本实施例中，待测微透镜阵列120为双复眼透镜，双复眼透镜由于具有较高的光能利用率及大面积的均匀照明，从而在微显示器及投影显示领域有广阔的应用前景。所述双复眼透镜包括入光侧与出光侧，所述入光侧与出光侧均设置有微透镜阵列，所述出光侧的微透镜阵列位于所述入光侧微透镜阵列的焦平面上。

进一步地，用于均匀化地双复眼透镜本身对于入射光线发散角有一定的要求，即入射光线发散角与双复眼透镜本身的F#相匹配，

θ≤arcsin(1/2F#)

F#＝F/d

θ为所述光源装置110发出光线的发散角，F为待测微透镜阵列120的焦距，d为待测微透镜阵列120上每个微透镜的直径。

另外，所述扩束装置112与待测微透镜阵列120之间的距离L满足：

L＝H/2tan(θ)

使得所述光源装置110发出的光线照射至待测微透镜阵列120上的光斑直径与待测微透镜阵列120的通光口径H的差值落入预设误差范围，使得所述光斑直径与所述通光口径H大致相同，以获得较为准确的检测结果。此时，待测微透镜阵列120上被检测的微透镜单元足够多并且所述光线经待测微透镜阵列120不会产生杂散光。图2为如图1所示的待测微透镜阵列120出射光线包括杂散光时形成的光斑。图2中的光斑包括4个由所述杂散光形成的边缘光斑a，所述边缘光斑a相对于整个光斑的中间区域亮度较弱。当待测微透镜阵列120尺寸有误差时，待测微透镜阵列120出射的光线成像亦如图2所示。

所述中继装置130将待测微透镜阵列120出射的光线引导至所述光阑140的通光孔。本实施例中，所述中继装置130为对入射光线进行会聚平凸透镜。

所述光阑140为视场光阑，能够通过所述光阑140的光通量将是有效的光通量。所述光阑140的通光孔具有预设孔径，当待测微透镜阵列120质量合格时，即待测微透镜阵列120形状大小一致性好，成像质量好时，其输出光线在所述光阑140处形成的光斑大小刚好与所述预设孔径大小一致，经过所述光阑140前后光斑的能量无损失，所述第一光通量η1等于所述第二光通量η2；当待测微透镜阵列120质量不合格时，即待测微透镜阵列120形状大小一致性差，成像质量差时，其输出光线在所述光阑140处形成的光斑大小与所述预设孔径不一致，经过所述光阑140前后光斑的能量损失较大，所述第一光通量η1与所述第二光通量η2差别较大。

所述光通量测试装置用于测试所述光线通过所述光阑140前的第一光通量η1及通过所述光阑140后的第二光通量η2，以衡量所述光线经过所述光阑140的光能损失情况。可以理解的是，所述光通量测试装置可以是用于测试光功率的光功率计，或者是用于检测光亮度的亮度计。

所述分析装置存储有用户输入的比例阈值，并用于计算所述第二光通量η2与所述第一光通量η1的比值。所述分析装置对所述比值τ与所述比例阈值做比较，当所述比值τ大于等于所述比例阈值时，待测微透镜阵列120质量合格；当所述比值τ小于所述比例阈值时，待测微透镜阵列120质量不合格。在待测微透镜阵列120数量较大的情况下，所述分析装置能够提高检测效率及准确度。

本发明第一实施例中的微透镜阵列检测系统通过所述光源装置110发出光线，所述光线经过待测微透镜阵列120及所述光阑140后出射，根据所述光阑140前的第一光通量η1及所述光阑140后的第二光通量η2来分析待测微透镜阵列120的质量，操作简单高效，准确率高。

本发明第一实施例还提供一种微透镜阵列的检测方法，利用所述微透镜阵列检测系统100，包括如下步骤：

S1：开启所述光源装置110，所述光源装置110发出照射至待测微透镜阵列120的光线；

S2：利用所述光通量测试装置测量获得所述光阑140前的第一光通量η1；

S3：利用所述光通量测试装置测量获得所述光阑140后的第二光通量η2；

S4：若所述第二光通量η2与所述第一光通量η1之比大于等于所述比例阈值，则待测微透镜阵列120合格；若所述第二光通量η2与所述第一光通量η1之比小于所述比例阈值，则待测微透镜阵列120不合格；

S5：将不合格的待测微透镜阵列120与其他待测微透镜阵列120予以区分。

本发明第一实施例提供的微透镜阵列的检测方法操作简单高效，准确度高。

请参阅3，为本发明第二实施例提供的微透镜阵列检测系统200的结构示意图。本实施例中的微透镜阵列检测系统200与所述微透镜阵列检测系统100的主要区别在于，微透镜阵列检测系统200包括光源装置210，其中光源装置210中设置有发光体211与扩束装置212，所述扩束装置212与所述扩束装置112的结构不同。所述微透镜阵列检测系统200中的其他部件与所述微透镜阵列检测系统100中的相同，不做赘述。

所述扩束装置212包括一凹透镜212a与一凸透镜212b，所述发光体211发出的激光光束依次穿过所述凹透镜212a与所述凸透镜212b得到所述光源装置210发出的光线。所述激光光束经过扩束装置212后，光束直径增大，入射至待测微透镜阵列220上的光斑为高斯分布的光斑，所述扩束装置212对光束直径变化控制较为精确，可以避免入射至待测微透镜阵列220的光束的发散角过大而使待测微透镜阵列220出射杂散光。所述扩束装置212与待测微透镜阵列220之间的距离能够大范围灵活调节，有利于所述微透镜阵列检测系统200的搭建。

具体地，所述凹透镜212a的焦距f1与所述凸透镜212b的焦距f2满足：

f1/f2＝h/H

使得所述光线照射至待测微透镜阵列220上的光斑直径与待测微透镜阵列220的通光口径H的差值落入预设误差范围内，使得所述光斑直径与所述通光口径H大致相同，以获得较为准确的检测结果。其中，h为所述发光体211发出的激光光束的直径，H为待测微透镜阵列220通光口径的高度。

本发明第二实施例与第一实施例相同的是，所述微透镜阵列检测系统200结构简单，根据第一光通量η1及第二光通量η2来分析待测微透镜阵列120的质量，操作简单高效，准确率高。

请参阅图4，为本发明第三实施例提供的微透镜阵列检测系统300的结构示意图。本实施例中的微透镜阵列检测系统300与所述微透镜阵列检测系统100的主要区别在于，微透镜阵列检测系统300包括光源装置310，其中光源装置310中设置有发光体311与扩束装置312，所述扩束装置312与所述扩束装置112的结构不同。所述微透镜阵列检测系统300中的其他部件与所述微透镜阵列检测系统100中的相同，不做赘述。

具体地，所述扩束装置312包括扩束微透镜阵列，所述扩束微透镜阵列与待测微透镜阵列320的通光口径的差值落入预设误差范围内，使得所述扩束微透镜阵列与待测微透镜阵列320的通光口径大致相同，以获得较为准确的检测结果。本实施例中，所述扩束微透镜阵列为单复眼微透镜。所述发光体311发出的高斯分布的激光光束经过所述单复眼微透镜后出射并在待测微透镜阵列320形成均匀的矩形光斑。所述矩形光斑与待测微透镜阵列320大小匹配。所述扩束装置312使用光学元件少，与待测微透镜阵列320之间的距离能够大范围灵活调节，有利于所述微透镜阵列检测系统300的搭建。

本发明第三实施例与第一实施例相同的是，所述微透镜阵列检测系统300结构简单，根据第一光通量η1及第二光通量η2来分析待测微透镜阵列320的质量，操作简单高效，准确率高。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种微透镜阵列检测系统，其特征在于，包括：

光源装置，用于发射光线；

待测微透镜阵列，用于接收并透射所述光线；

光阑，包含一具有预设孔径的通光孔，所述通光孔用于透射待测微透镜阵列出射的光线；

光通量测试装置，用于分别测试所述光线通过所述光阑前的第一光通量及通过所述光阑后的第二光通量；

分析装置，用于计算所述第二光通量与所述第一光通量的比值，并用于对所述比值与一比例阈值做比较，当所述比值大于等于所述比例阈值时，所述待测微透镜阵列质量合格。

2.如权利要求1所述的微透镜阵列检测系统，其特征在于，所述微透镜阵列检测系统还包括中继装置，所述中继装置设置于待测微透镜阵列与所述光阑之间，用于将待测微透镜阵列出射的光线会聚至所述光阑的通光孔。

3.如权利要求1所述的微透镜阵列检测系统，其特征在于，所述光源装置包括激光器及扩束装置，所述扩束装置用于增大所述激光器发出的激光光束的发散角，使得所述光源装置出射的光线能够照射待测微透镜阵列通光口径上的更大的范围。

4.如权利要求3所述的微透镜阵列检测系统，其特征在于，所述扩束装置为散射片。

5.如权利要求4所述的微透镜阵列检测系统，其特征在于，所述扩束装置与待测微透镜阵列之间的距离L满足：

L＝H/2tan(θ)

使得所述光源装置发出的光线照射至待测微透镜阵列上的光斑直径与待测微透镜阵列的通光口径H的差值落入第一预设误差范围内，

其中，

θ≤arcsin(1/2F#)

F#＝F/d

θ为所述光源装置发出光线的发散角，F为待测微透镜阵列的焦距，d为待测微透镜阵列上每个微透镜的直径。

6.如权利要求3所述的微透镜阵列检测系统，其特征在于，所述扩束装置包括一凹透镜与一凸透镜，所述激光光束依次穿过所述凹透镜与所述凸透镜得到所述光线。

7.如权利要求6所述的微透镜阵列检测系统，其特征在于，所述凹透镜的焦距f1与所述凸透镜的焦距f2满足：

f1/f2＝h/H

使得所述光线照射至待测微透镜阵列上的光斑直径与待测微透镜阵列的通光口径的差值落入第一预设误差范围内，其中，h为所述激光光束的直径，H为待测微透镜阵列通光口径的高度。

8.如权利要求3所述的微透镜阵列检测系统，其特征在于，所述扩束装置包括扩束微透镜阵列，所述扩束微透镜阵列与待测微透镜阵列的通光口径的差值落入第二预设误差范围内。

9.如权利要求8所述的微透镜阵列检测系统，其特征在于，所述扩束微透镜阵列为单复眼透镜。

10.一种微透镜阵列的检测方法，其特征在于，利用如权利要求1-9任意一项所述的微透镜阵列检测系统，若所述第二光通量与所述第一光通量之比大于等于比例阈值，则待测微透镜阵列合格。

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