CN109937360A - 一种用于检测可透光光学部件的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于检测可透光光学部件(5)的装置(10)，本装置包括图像拍摄模块(20)，其被安置在支撑件(30)的第一侧，所述支撑件经配置以支持正被检测的可透光光学部件(5)。本装置(10)包括照明设备(40)，所述照明设备被配置以将来自光源(50)的光进行整形，并利用整形光照射所述可透光光学部件(5)的选定部分表面，以使图像拍摄模块(20)能够拍摄由支撑件(30)支持的可透光光学部件(5)的任一明视场图像、暗视场图像、或混合明视场和暗视场图像。

Description

一种用于检测可透光光学部件的装置和方法

技术领域

本发明涉及检测可透光光学部件的领域，特别地但不排他地，涉及检测可透光光学部件如光学透镜中缺陷(包括防反射涂层缺陷)的装置和方法。

背景技术

光学仪器，如照相机和/或摄像机，已经普遍在日常生活中使用，其变体已经被广泛地结合到便携式电子设备里，如智能电话、平板电脑，以及移动监控单元，如供家庭使用或安装在车辆或建筑物中的数字图像和/或视频摄录机。很多时候，这些光学仪器或其变体包括一个或多个可透光光学部件，如光学透镜，但在其制造过程中，检测这些光学透镜的缺陷一直是个难题。透镜检测通常需要具有专业技能的检测人员，且检测过程是极耗时间和人力的。现有的检测方法涉及手动和视觉检查透镜上的缺陷，如黑点、划痕、白点、灰尘或污垢颗粒、气泡、刺痕、污迹、流痕和/或其它注入或涂层缺陷，但并不是所有这些缺陷都可以仅通过视觉检查被轻易地识别出来。因此，这种检测的质量在很大程度上取决于检测人员的判断和经验，但这可能是主观的和无法始终如一的。检测准确性可能会进一步削弱，特别是在批量生产过程期间，其中大量透镜需要由手动和视觉快速地进行检查。可以理解的是，长时间的持续和重复视觉检查会导致视力疲劳甚至视力受损，从而进一步降低检查过程的质量和可靠性。

US2004/0100629披露了一种使用一个或多个空间光调制器(SLM)来改变检测系统内的光束的相位和/或振幅的方法。该装置包括光束产生器和探测器，光束产生器将入射光束照向样本，入射光束的至少第一部分从样本射出，作为输出光束；探测器接收输出光束的至少一部分。被检查的样品包括标线片、光掩模、印刷电路板或硅晶圆或设备中的任一种。从输出光束导出的样本的目标图像与参考图像进行比较，以确定目标图像的任何部分是否与参考图像的相应部分相差超过一预定阈值量，由此来找出缺陷。该方法需要一个用于比较的参考图像来识别目标图像中的缺陷，所以产生合适的参考图像，才能识别出目标图像中的虚假缺陷。

需要一种改进的装置和方法，用于检测可透光光学部件如光学透镜以识别所述光学元件中的缺陷。

发明目的

本发明的一个目的是提供一种用于检测可透光光学部件(如光学透镜)的装置。

本发明的另一个目的是提供一种由机器自动检测可透光光学部件(如光学透镜)的装置。

本发明的另一个目的是在某种程度上减轻或消除与用于检测可透光光学部件的已知装置相关的一个或多个问题，或者至少提供一个有用的替代方案。

上述目的是通过主要权利要求的特征组合来满足；从属权利要求披露了本发明的其他有利实施例。

本领域技术人员将从以下描述中获得本发明的其他目的。因此，上述目的陈述并不是穷尽的，而是仅用于说明本发明多个目的中的一些目的。

发明内容

在第一主要方面，本发明提供了一种用于检测可透光光学部件的装置。该装置包括图像拍摄模块，其安置在支撑件的第一侧上，经配置以支持正被检测的可透光光学部件。该装置包括照明设备，其经配置以将来自光源的光进行整形，并将所述整形光照射到所述可透光光学部件的选定部分表面，使图像拍摄模块能够拍摄由支撑件支持的可透光光学部件的明视场图像、暗视场图像、或混合的明视场和暗视场图像中的任何一种视场图像。

在第二主要方面，本发明提供了一种用于检测可透光光学部件的系统，该系统包括所述第一主要方面的两个或更多个装置，其彼此以相同朝向或不同朝向安置。

在第三主要方面，本发明提供了一种照明设备用于所述第一主要方面的装置或用于第二主要方面的系统，该照明设备包括空间光调制器、光投影系统、和光聚焦系统。空间光调制器用于从光源接收光，所述空间光调制器经配置以将所述接收光进行整整形，以照射可透光光学部件的选定部分表面；光投影系统用于将所述整整形光投射到所述可透光光学部件的所选部分表面；光聚焦系统经配置以将来自空间光调制器的整整形光聚焦到所述可透光光学部件的选定部分表面上。

在第四主要方面，本发明提供了一种使用第一主要方面的装置或第二主要方面的系统来自动检测可透光光学部件的方法，该方法包括以下步骤：将可透光光学部件固定在所述支撑件上，开启照明装置以将所述整形光照射到所述可透光光学部件的选定部分表面，在所述整形整形光的照射下拍摄所述可透光光学部件的一个或多个图像；自动分析所述一个或多个图像以识别正被检测的可透光光学部件的缺陷。

所述发明内容不一定披露了界定本发明的所有特征；本发明可以存在于所披露特征的子组合中。

附图说明

以下结合附图以示例方式描述优选实施例，本发明的前述和其它特征将更清楚，其中：

图1是本发明的用于检测可透光光学部件的装置的第一实施例的示意图；

图2A是本发明的用于检测可透光光学部件的装置的照明设备的第一实施例示意图；

图2B是本发明用于检测可透光光学部件的装置的照明设备的第二实施例示意图；

图3A是使用本发明的用于检测可透光光学部件的装置的照明设备的其中一个实施例的第一检测阶段的示意图；

图3B是使用图3A的照明设备的其中一个实施例的第二检测阶段的示意图；

图4是使用本发明的用于检测可透光光学部件的装置的图像拍摄过程流程图；

图5是在使用图4的图像拍摄过程时的照明设备的第一运行方案流程图；

图6是本发明的用于检测可透光光学部件的装置的第二实施例的示意图；

图7是本发明的用于检测可透光光学部件的装置的第三实施例的示意图；

图8是在使用图4的图像拍摄过程时的照明设备的第二运行方案流程图；

图9是本发明的用于检测可透光光学部件的装置的第四实施例的示意图；

图10是在使用图4的图像拍摄过程时的照明设备的第三运行方案流程图；

图11是本发明的用于检测可透光光学部件的装置的第五实施例的示意图；

图12是使用图11的用于检测可透光光学部件的装置的图像拍摄过程流程图；

图13是在使用图12的图像拍摄过程时的照明设备的第一运行方案流程图；

图14是本发明的用于检测可透光光学部件的装置的第六实施例的示意图；

图15是本发明的用于检测可透光光学部件的装置的第七实施例的示意图；

图16是本发明的用于检测可透光光学部件的装置的第八实施例的示意图；

图17是本发明的用于检测可透光光学部件的装置的第九实施例的示意图；

图18显示不同颜色的整形光以照射被检测的可透光光学部件的相应选定部分表面。

具体实施方式

以下描述是仅作为示例的优选实施例，并不是限制实施本发明所必需的特征组合。

在本说明书中，提及“一个实施例”或“实施例”意味着在该实施例中描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书不同地方出现的短语“在一个实施例中”不一定全部是指相同的实施例，也不是与其他实施例相互排斥的单个或替代实施例。而且，描述了由一些实施例而不是其他实施例所展示的各种特征。类似地，描述了对一些实施例而不是其它实施例要求的各种要求。

参见图1，图1显示本发明的用于检测可透光光学部件5的装置10的第一实施例示意图。光学部件5可以是用于各种目的的任何可透光物体，例如但不限于在照相机、相机手机、录像机、单筒望远镜或双筒望远镜或显微镜中使用的光学透镜。光学透镜也可以是由允许透光的任何合适的材料制成，诸如但不限于水晶、玻璃或塑料等。在本申请的上下文中，术语“可透光光学部件”不限于透明的光学元件，还包括(仅作为示例)不透明的光学元件，其不会透过入射在其表面上的整个光谱。还包括具有抗反射表面或涂层的光学元件，其中抗反射表面或涂层被设计为减少光反射，并因此提高整个光学元件的光透过效率。所以，“可透光光学部件”包括任何能够透过一些或全部入射到其表面上的光的光学元件，即允许入射在其一个表面上的所有或部分光谱透过的光学元件。

装置10可以包括一个观察位置或装置，或者更具体地，包括一个图像拍摄模块20，其可以是一个或多个相机或摄像机，用于拍摄正被检查的光学部件5的一个或多个图像或视频。优选地，图像拍摄模块20适于与控制器或控制单元22、相机运动控制器24、一个或多个计算机存储介质26、图像处理装置28、和网络数据库9中的一个或多个连接，用于输出、传输、存储和/或处理任何拍摄的图像和视频。

控制单元22可以包括一个处理器，该处理器经配置以执行存储在一个或多个计算机存储介质26中的机器代码等，从而实施本发明所述的方法。一个或多个计算机存储介质26包括至少一个非暂时性计算机介质26，用于存储所述机器代码以实施本发明所述方法。

图像处理装置28可以包括一个独立处理器，该独立处理器连接到包括控制单元22的那个处理器，或者图像处理装置28可以是由控制单元22的处理器提供。

相机运动控制器24也可以包括一个独立处理器，该独立处理器连接到控制单元22的那个处理器，尽管它也可以是由控制单元22的处理器提供。相机运动控制器24经配置以控制图像拍摄模块20(例如，相机)的定位，或者控制其聚焦于正被检查的光学部件5，但需要理解的是，相机运动控制器24不是装置10的必需部分，在其他实施例中可能并不存在。

尽管以下所述的其他实施例仅显示控制单元22，但需要理解的是，任何一个所述实施例可以包括相机运动控制器24、一个或多个计算机存储介质26、图像处理装置28、和网络数据库9中的任何一个或全部，用于输出、传输、存储和/或处理任何拍摄的图像和视频。

再参见图1，图像拍摄模块20可被安置在支撑件30的第一侧，例如图1所示的上侧，该支撑件30经配置以支撑正被检测的光学部件5。装置10还包括一个照明设备40，在此也被称为自适应照明设备(AID)，其经配置以将来自光源50的光整形(shape)，并使用所述整形光照射所述可透光光学部件5的选定部分表面。光源50可以包括LED器件或闪光器件。优选地，可透光光学部件5的选定部分表面包括所述可透光光学部件5的整个光接收表面，例如图1所示光学部件5的整个底表面。

优选地，照明设备40还经配置以将所述整形光聚焦在所述可透光光学部件5的选定部分表面上，从而聚集整形光照射在可透光光学部件5的选定部分表面上。整形光的聚集提高了被检测的光学部件5的明视场和/或暗视场图像的质量。优选地，照明设备40还经配置以将来自光源50的光整形(shape)，以提供一个光环照射到可透光光学部件5的选定部分表面，但也可以使用其他形状或图案的光，用于正被检测的不同形式或形状的光学元件。优选地，照明设备40经配置以不同角度将光照向光学部件5的被检查目标区域。

在该实施例里，整形光照射可透光光学部件5的底表面的选定部分。整形光透过光学部件5。图像拍摄模块20的位置相对于光学部件5而安置，从而使图像拍摄模块20能够拍摄由支撑件30支撑的可透光光学部件5的明视场图像、暗视场图像、或混合明视场和暗视场图像。对于由整形光(如光环)照射的可透光光学部件5的底表面部分，图像拍摄模块20拍摄的图像可以包括明视场图像、暗视场图像或混合明视场和暗视场图像，这取决于整形光入射到底表面照射部分的入射角。优选地，底表面部分包括光学部件5的全部光接收部分的底表面。可以理解的是，对于该实施例，如果入射到底表面上并穿透光学部件5的整形光没有到达图像拍摄模块20，那么可以拍摄一个暗视场图像，而如果入射到底表面上并穿透光学部件5的整形光到达了图像拍摄模块20，那么可以拍摄一个明视场图像。优选的成像视野是支撑件所支撑的可透光光学部件5的整个上表面，但在一些布置中，图像拍摄模块20的成像视野可能小于可透光光学部件5的整个上表面，成像视野的尺寸可以通过手动或通过相机运动控制器24的操作自动地进行调整。

如上所述，装置10的这个实施例照射正被检测的可透光光学部件5的底表面，并拍摄穿透光学部件5的光的图像。

参见图2A和图2B，其示出了本发明的照明装置40A、40B的第一和第二实施例示意图，可以看出，照明装置40A、40B可以包括空间光调制器(SLM)100A、100B，用于接收来自光源50A、50B的光。SLM 100A、100B可以包括LCoS器件、DMD器件、LCD器件或任何其他合适的光调制/成像器件。LCos和DMD或任何其他光调制/成像器件可以是灰度的或彩色的。SLM100A、100B可以包括具有红色、绿色、蓝色(RGB)三个LED的有色DMD器件或有色轮的任何白光源。

光源50A、50B可以形成照明装置40A、40B的一部分或者可以是独立光源50A、50B。SLM 100A、100B经配置以将来自光源50A、50B的光进行整形(shape)，以照射可透光光学部件5A、5B的表面的一个或多个选定部分。SLM优选地经配置以对光束施加空间变化调制，从而针对一个或多个检查模式或阶段将光束调整成期望的形状。

SLM 100A、100B可以包括可编程SLM。控制单元22可以用于配置SLM 100A、100B以自动地调整接收光的相位和/或幅度分布。例如，SLM 100A、100B可以经配置以改变接收光的照明轮廓以实现不同的检查模式。

对于图2A和2B中每一者，照明装置40A、40B优选包括光学投影系统110A、110B，其经配置以将来自SLM 100A、100B的整形光投射到可透光光学部件5A、5B的选定部分表面。光学投影系统110A、110B可以包括物镜组件或器件。在图2A的情况下，光学投影系统110A包括远心(telecentric)透镜系统，而在图2B的情况下，光学投影系统110B包括传统的透镜系统，但应理解，也可以使用其他布置的透镜系统或光投影系统。

照明装置40A、40B优选地经配置以对来自光源50A、50B的光进行整形，以提供一个光环用于照射可透光光学部件的选定部分表面，但是优选照射可透光光学部件的整个光接收部分，并且依次改变所述光环的直径，以不同入射角依次照射可透光光学部件5A、50B的选定部分表面。改变光环直径的一种方法是改变或调整光学投影系统110A、110B的焦距

优选地，照明装置40A、40B包括光聚焦系统120A、120B，该光聚焦系统经配置以聚焦来自SLM 100A、100B的整形光，从而将所述整形光聚集到可透光光学部件5A、5B的选定部分表面上。光聚焦系统120A、120B可以包括任何一种全息光学元件(HOE)、衍射光学元件(DOE)、截锥光学元件、简单环形棱镜、复合锥镜、透镜阵列加透镜整形器，以将光引导到目标5的检查区域或任何其他光学系统，该光学系统被设计成提供对目标如光学部件5的指定或选定区域的照明。

现在参见图3A和图3B，图3A和图3B分别是使用本发明的装置10的照明装置40的前述实施例的第一检查阶段和使用照明装置40的前述实施例的第二检查阶段的示意图。

图3A显示第一检查阶段，图3B显示第二检查阶段，其中SLM 100将从光源50接收的光形成一个光环，该光环再由远心光学投影系统110投向正被检查的可透光光学部件5。在该例子中，光聚焦系统120包括的可透光元件是可透光截锥组130的形式，透光截锥组130包括外环130A(“环1”)，内环130B(“环2”)和中心环130C(“环3”)。外环130A和内环130B各自包括一个环形截锥，外环130A的直径大于内环130B的直径。中心环130C包括的截锥组130的圆柱形中心部分的直径小于内环130B。外环130A、内环130B和中心环130C设置在截锥组130的光接收侧。截锥组130优选地包括复合锥镜，该复合锥镜优选地从每一个外环130A和内环130B产生一个相同厚度的光环。

在图3A的情况下，可以看到，来自SLM 100的光环被光学投影系统110投向可透光光学部件5，仅到达截锥组130的外环130A，然后呈现出一个表示为“环R1”的图像140，其包括一个环形亮图像部分140B，该环形亮图像部分140B被外部和中心暗图像部分140A、140C包围。

在图3B的情况下，由来自SLM 100的光环被光学投影系统110投向可透光光学部件5，仅到达截锥组130的内环130B，然后呈现出一个表示为“环R2”的图像140'，其包括一个环形亮图像部分140B'，该环形亮图像部分140B'被外部和中心暗图像部分140A'、140C'包围。图3B的环形亮图像部分140B'的直径小于图3A的亮图像部分140B的直径。因此，检查目标5上的光的照射角度对于图3A和3B的两个检查阶段是不同的。分别等于θ₁和θ₂。

在未示出的下一个检查阶段，即第三检查阶段中，来自SLM 100的光仅被投射到截锥组130的中心环130C上，然后呈现出一个包括中心明亮图像部分的图像(未示出)，该中心明亮图像部分被黑色图像部分包围，该黑色图像部分填充满该图像视图的其余部分。中心明亮图像部分的圆的直径小于图3B的明亮图像部分140B'的直径。

虽然如图3A和3B所示的截锥组130提供了三个检查阶段，但应理解的是，检查阶段的数量可以根据截锥组130中不同直径的截锥环的数量不同而不同，并通过控制投影系统110将来自SLM 100的整形光照射到选中的截锥环组或中心部分上，以照亮正被检查的可透光光学部件5的表面上。

照明装置40可以由控制单元22自动控制，以依次改变整形光的尺寸，并依次检查待检查的可透光光学部件5的选定部分表面，以使得对于整形光尺寸的每次变化，图像拍摄模块20能够依次拍摄由支撑件30支撑的可透光光学部件5的明视场图像、暗视场图像或组合明视场和暗视场图像。这可以包括控制照明装置40依次改变来自SLM 100的光环的直径，以提供相应的同心光环以不同的相应入射角照射可透光光学部件5的表面。

图4提供了使用图1的装置10的由控制单元22控制的自动图像拍摄过程的流程图。M等于采样或检查阶段的数量，N的初始值为“0”，并且在每个采样或检查阶段之后递增。当N＝M时，过程停止。

图5是使用图1的装置和图4的图像拍摄过程时的照明装置的第一运行方式的流程图。对于每个样本或检查阶段N，在第一步骤150，启动照明设备40或自适应照明设备(AID)。在设备10包括相机运动控制器24的情况下，在可选步骤160，调整图像拍摄模块120的位置。随后，在步骤170，控制AID以提供对应于检查阶段N的整形光(图案投影)。然后在步骤180，触发图像拍摄模块20，以拍摄正被检查的可透光光学部件5的图像。最后，在步骤190，关闭AID。对每个检查阶段都重复该过程。

图6显示本发明的用于检查可透光光学部件的装置的第二实施例的示意图。以相同的数字表示与图1中相同的部件，但在前面加“2”。

装置210不同于图1的装置。与图1的不同之处在于，照明装置240和图像拍摄模块220位于由支撑件230支撑的可透光光学部件205的同一侧(第一侧)上。如在其它实施例中那样，装置210可由控制器单元222自动控制。另一个区别是，提供光学元件或分光器260位于图像拍摄模块220和支撑件230之间。光学元件或分光器260被安排成将来自照明设备240的整形光重新导向到正被检测的可透光光学部件205，使得整形光被可透光光学部件205表面反射，穿过其中而被图像拍摄模块220接收。光学元件或分光器260可以包括半透明镜或任何合适的光学元件或器件，其适合于将来自照明装置240的整形光重导向到正被检测的可透光光学部件205，使得整形光被可透光光学部件205的表面反射并穿过其中而被图像拍摄模块220接收。半透明反射镜的反射表面可以经配置以任何合适的角度，将光学部件205的表面反射光的光路方向朝向图像拍摄模块220，但优选地以与所述反射光的光路成45度的角度安装，即与图像拍摄模块220的物镜光轴成45度角。

装置210的这个实施例与图1不同之处还在于，它照亮被检测可透光光学部件205的上表面，并拍摄从所述上表面反射的光的图像。

根据图4和图5流程图的自动图像拍摄过程可以与图6的装置210一起使用。

图7显示本发明的用于检查可透光光学部件的装置的第三实施例的示意图。以相同的数字表示与图1中相同的部件，但在前面加“3”。

装置310几乎与图6的装置相同，除了包括在装置310中包括的一个或多个附加照明装置370(优选地与图像拍摄模块330位于同一侧，并与支撑件330邻近)之外，尽管在一些布置中，附加照明装置370可以位于支撑件330另一(下)侧或位于支撑件330的两侧。

照明装置340和一个或多个附加照明装置370可以经配置以选择性地开启，对于照明装置340和一个或多个附加照明装置370的不同的照明配置，以使得图像拍摄模块320能够拍摄正被检测光学部件305的一个或多个明视场图像和/或暗视场图像。

一个或多个附加照明装置370可以各自包括一个环形结构，例如布置在支撑件330一侧的盘形照明器的形式。盘形构造可以包括自由空间中心孔，该自由空间中心孔与支撑件330的中心轴A-A'对齐，轴线A-A'优选地还与朝向图像拍摄模块320的光路对齐，如图7所示。这使得图像拍摄模块320对光学部件305的任何图像拍摄都不会受到一个或多个附加照明装置370的阻挡或干扰。

装置310的这个实施例还照亮被检测可透光光学部件305的上表面并拍摄从上表面反射的光的图像。

图7的装置310非常适合于检测光学部件中的抗反射涂层缺陷，因为它使得正被检测的光学部件反射的光能够被检查和/或处理，以识别缺陷。检测来自检查元件305的反射光，使得抗反射(AR)涂层的检测具有比透射光更高的灵敏度，因为对于透射光的检查，有必要检测总光强度的一些百分比范围，但是反射光检测可以允许通过适当调整曝光量来完全检测这些百分比。来自正常AR涂层区域的反射光具有较低的光强度。但如果有缺陷或有未涂覆的区域，那么反射光的强度会高于预期。当使用反射光时，一些表面缺陷如划痕、剥落等也更明显。

图4流程图的自动图像拍摄过程适用于图7的装置310，但是图5流程图适于提供图8的流程图，以解决选择性开启一个或多个附加照明装置370。

图9显示本发明的用于检查可透光光学部件的装置的第四实施例的示意图。以相同的数字表示与图1中相同的部件，但在前面加“4”。

可以看到，图9的装置410包括图1和图6装置的组合，尽管也可以包括图1和图7装置的组合，允许包括如图7的附加照明装置。这样，装置410包括两个照明装置410A、410B(AID)，其可以相同的配置或者关于它们产生的光或光图案形状具有不同的配置。

第一照明装置440A和图像拍摄模块420位于支撑件430的同一侧上，被布置成照射被检测光学部件405的上表面。光学元件或分光器460被布置成将来自第一照明装置440A的整形光重新引导至被检测光学部件405，并且允许由光学部件405表面反射的整形光穿过其中，以被图像拍摄模块420接收。

第二照明装置440B位于支撑件430的与图像拍摄模块420相反的另一侧，经配置以照亮光学部件405的底表面。这样，图像拍摄模块420被定位以拍摄由第二照明装置440B投射到光学部件405底表面上并穿过光学部件405的主体而到达图像拍摄模块420的光。

图9的装置410也非常适用于检测光学部件中的抗反射涂层缺陷，原因与图7相似。

图4流程图的自动图像拍摄过程适用于图9的装置410，但是图5流程图适于提供图10的流程图，以解决选择性开启第一和第二照明装置440A、440B。

图11显示本发明的用于检查可透光光学部件的装置的第五实施例的示意图。以相同的数字表示与图1中相同的部件，但在前面加“5”。

可以看到，图11的装置510总体包括图7的一对装置，尽管它也可以包括图6的一对装置。这样，装置510包括第一和第二图像拍摄模块520A、520B，它们布置在单个光学部件支撑件530的相反侧上。第一和第二图像拍摄模块520A、520B可以包括不同类型的图像拍摄设备，但是优选是相同的设备。还提供了第一和第二照明装置540A、540B，虽然第一和第二照明装置540A、540B可经配置以相互产生不同形状的光或光图案，但它们优选地经配置以提供相同的照明形式用于正被检查的光学部件505。与第一和第二照明装置540A、540B相关联的是相应的第一和第二光学元件或分光器560A、560B。

第一光学元件或分光器560A布置成将来自第一照明装置540A的整形光重新导向至正被检查的光学部件505，并允许由光学部件505上表面反射的一些整形光穿过，在第一图像拍摄模块520A处接收到。然而，在该实施例中，由第一光学元件或分光器560A引导朝向光学部件505上表面的来自第一照明装置540A的一些整形光可以穿过光学部件505的主体并朝向第二图像拍摄模块520B，第二图像拍摄模块520B也可以使用来自第一照明装置540A的光来拍摄光学部件的一个或多个图像。

以相同的方式，第二光学元件或分光器560B被布置成将来自第二照明装置540B的整形光重新导向至正被检查的光学部件505，并允许由光学部件505底表面反射的一些整形光穿过，在第二图像拍摄模块520B处被接收。而且，来自第二照明装置540B的由第二光学元件或分光器560B引导朝向光学部件505底表面的一些整形光可以穿过光学部件505的主体并向上朝向第一图像拍摄模块520A，第一图像拍摄模块520A也可以使用来自第二照明设备540B的光来拍摄光学部件的一个或多个图像。

因此可以看出，由图11实施例的装置510提供的装置组合，通过选择性地使用来自第一照明装置540A和第二照明装置540B的光，增加了第一图像拍摄模块520A和第二图像拍摄模块520B的图像拍摄模式的排列组合。

通过在支撑件530相反侧上提供第一和第二附加照明装置570A、570B，进一步增加图像拍摄模式的排列组合。如在其中提供附加照明装置的其他实施例中，可以选择性地开启该实施例的第一和第二附加照明装置570A、570B以增加图像拍摄模式的数量。此外，可以调节附加照明装置570A、570B和照明装置540A、540B的照明强度和其他特征以进一步增加图像拍摄模式的数量。

在图11的装置510中，优选仅提供单个控制单元522，用于自动控制装置510的各种设备的运行。

图11的装置510非常适合于检测光学部件中的抗反射涂层缺陷，因为它能够检测和/或处理从被检测光学部件的顶和底表面反射的光，以识别缺陷。

图4流程图的自动图像拍摄过程适用于提供图12的流程图，以至少考虑从支撑件530的顶部和底部拍摄图像的模式，尽管本实施例的装置510能够显著增加图像拍摄模式的数量，因此图12的流程图仅表示一些但不是全部的图像拍摄模式。类似地，图13的运行流程图也是如此。图13表示开启第一和第二照明装置540A、540B以及第一和第二附加照明装置570A、570B的优选模式，但是它不表示选择性开启第一和第二照明装置540A、540B和第一和第二附加照明装置570A、570B的所有模式。

图14显示本发明的用于检查可透光光学部件的装置的第六实施例的示意图。以相同的数字表示与图1和图2中相同的部件，但在前面加“6”。

图14实施例的装置610适于在生产线模式下同时或串行地对多个光学部件605A...605N进行大规模自动机器检测。该装置包括一个或多个图像拍摄模块620，该图像拍摄模块620经配置，以当所述光学部件605A...605N被来自相应的一些SLM6100A...6100N的整形光或类似图案照射到时，拍摄一个或多个光学部件605A...605N的图像。支撑件630适于支持多个可透光光学部件605A...605N。一个或多个光投影系统6110用于将来自SLM 6100A...6100N的光引导至它们相应的被检查的光学部件605A...605N。一个或多个光聚焦系统6120A...6120N，用于将来自SLM 6100A...6100N的光聚焦到它们相应的光学部件605A...605N上。优选地，光聚焦系统6120包括单个装置，形成为光聚焦元件矩阵，例如可透光截锥组矩阵或阵列。该矩阵或阵列优选地包括由题为“Computer DesignofDiffractive Optics”(by Soifer Cambridge International Science Publishing，2013)的出版物教导类型的微透镜阵列，其相位函数是透镜和小透镜阵列(近轴)的总和，具有以下等式：

其中k是入射光的波数(2π/λ，λ是波长)，F_L是主透镜的焦距，F_LA是阵列中透镜的焦距，M和N是阵列中用于X和Y坐标的透镜的数量，x_LA和y_LA是阵列中单个透镜的尺寸大小。

该矩阵或阵列可以包括单个的、圆形的、六边形的、矩形或正方形的透镜矩阵(蝇眼)或交叉定位(cross-positioned)的柱面透镜阵列和正透镜(折射或菲涅耳)。

如图14所描述的透镜阵列可以适用于本申请的任何实施例中。

可以控制每个SLM 6100A...6100N，以顺序地提供整形光或图案光，给予相应的光学部件的一系列检查阶段。或者，可以控制每个SLM 6100A...6100N以提供单一形状的光或图案，用于一个特定检查阶段，并且光学部件被控制以从第一SLM 6100A顺序地移动到下一个SLM6100B等，用于一系列检查阶段中的每一个阶段。

图15显示本发明的用于检查可透光光学部件的装置的第七实施例的示意图。以相同的数字表示与图1和图2中相同的部件，但在前面加“7”。

该实施例与图14相似，除了包括透镜装置780等用于图像拍摄模块720之外。透镜装置780使得图像拍摄模块720能够同时拍摄所有正被检查的光学部件705A...705N以用于自动机器分析。

图16显示本发明的用于检查可透光光学部件的装置的第八实施例的示意图。以相同的数字表示与图1中相同的部件，但在前面加“8”。

在该实施例中，照明装置840经配置以形成不同颜色的光，以使用不同入射角的不同颜色的光同时照射被检查光学部件805的相同选定部分表面。在该例子中，照明装置840经配置以对蓝光840’和红光840”进行整形或图案化，蓝光840’包括一光环，与红光840”的中心点邻接，如图18所示。应该理解，与本文所述的那些相比，可以利用不同颜色的光以及不同组合和/或形状的彩色光。

装置810包括第一和第二图像拍摄模块820A、820B和光学元件或分光器870，其用于将一种颜色的光引导至第一图像拍摄模块820A并将第二颜色的光引导至第二图像拍摄模块820B。在该例子中，光学元件或分光器870允许红光840”到达第一图像拍摄模块820A并且将蓝光840’引导到第二图像拍摄模块820B。如此，光学元件或分光器870用作带通滤波器以允许红光840”到达第一图像拍摄模块820A，但充当带阻滤波器以防止蓝光840’到达第一图像拍摄模块820A。光学元件或分光器870的镜面可以面向支撑件830，该镜面经配置以充当红光840”的带通，但是将蓝光840’反射向第二图像拍摄模块820B。

在该实施例中，可以使用不同颜色的整形光或图案光同时执行两个检查阶段。此外，使第一和第二图像拍摄模块820A、820B能够在被一种颜色光照射时，拍摄光学部件805的选定部分表面的明视场图像，当被另一种不同颜色光照射时，拍摄光学部件805的所述选定部分表面的暗视场图像。第一图像拍摄模块820A基于红光840”拍摄光学组件805的明视场图像，第二图像拍摄模块820B基于蓝光840’拍摄光学组件805的暗视场图像。

图17显示本发明的用于检查可透光光学部件的装置的第八实施例的示意图。以相同的数字表示与图1中相同的部件，但在前面加“9”。

该实施例的装置910适于提供与图16装置相似的功能，但是需要单个图像拍摄模块920来这样做。在该实施例中，图像拍摄模块920经配置以拍摄蓝光和红光940’、940”两者的图像，并将所述图像分成蓝色暗视场图像通道920’(对于拍摄图像的蓝光部分)和红色明视场图像通道920”(对于拍摄图像的红光部分)。在该实施例中，还可以使用不同颜色的整形光或图案光同时执行两个检查阶段，但不需要如图16实施例所要求的光学元件或分光器装置16。

在前述实施例的任何装置中，支撑件可沿着至少一个x、y和z坐标轴移动，从而将支撑的光学部件对准并定位在合适的图像拍摄位置或检查位置。

在提供一个或多个附加照明装置的前述实施例的任何装置中，所述附加照明装置可以包括任何普通的可见光发射源，例如白炽灯、荧光灯、放电灯、气体放电灯、激光灯、或发光二极管(LED)等，并且每个发光源可以可选地配备一个或多个扩散器用于均匀照明。

在本发明的方法中，可以使用任何上述实施例的装置对一个或多个可透光光学部件进行自动检查，其中使用将一个或多个可透光光学部件定位在所述装置的支撑件中的步骤，启动一个或多个照明装置以利用整形光或图案光照射所述一个或多个可透光光学部件的表面的一个或多个选定部分，在整形光或图案光的照射下拍摄所述一个或多个可透光光学部件的一个或多个图像，以及分析所述一个或多个图像以识别被检查的一个或多个可透光光学部件的缺陷。

前述实施例的任何装置中的支撑件可进一步适于支撑多于一个可透光光学部件，例如以线性或圆形布置的方式，并且支撑件可以是可移动的或可旋转的，以将相应的光学部件对齐和定位于关于图像拍摄模块的期望位置上。

在前述实施例的任何装置中，由图像拍摄模块拍摄的明视场和/或暗视场图像的曝光时间可以在10ms至500ms的范围，但优选地在40ms至250ms的范围内，可以有10ms间隔。这考虑到为了使光学部件一个区域的缺陷变得可见，需要对所述区域进行一定程度的曝光，但是所述曝光程度可能导致相同光学部件的其他区域曝光不足或过度曝光。因此，在一些实施例中优选地使用改变曝光的序列并且可选地与其他光设置一起提供完全覆盖以暴露存在于光学透镜样本(即被检查的光学部件)的不同位置处的全部或大部分缺陷或缺陷类型。

在前述实施例的任何装置中，SLM可以包括电子显示单元，例如但不限于液晶显示器(LCD)或有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)显示器，尽管本领域技术人员会认识到，不同形状和构造的任何其他发光表面也可以适用。在一些实施例中，SLM可以包括LCD或AMOLED设备，其适于显示一个或多个均匀光图案，例如条纹或圆圈图案，优选地，均匀白色图案以检测幅度缺陷。SLM还可以包括机械快门，该机械快门的深色哑光色遮光板朝向图像拍摄模块，以在任何附加照明装置(如果有的话)开启时机械地阻挡来自SLM照明表面的任何寄生照明。

因此，为了允许位于光学部件的不同区域的不同类型的缺陷清晰可见，优选的是，针对装置的不同配置来拍摄一序列图像。不同的配置可以包括但不限于改变相机(图像拍摄模块)的快门速度，并且因此在一个或多个照明装置和/或附加照明装置的照明下改变曝光时间，从而能够在一个或多个暗视场和明视场照明配置下检查光学部件。还可以包括：在SLM上提供不同的形状以提供不同角度配置的不同照明类型。在各种照明设置下在暗视场和/或明视场条件下进行检测的选项特别有利于以适当的对比度和亮度显示各种类型和尺寸的缺陷以及透镜不同区域处的缺陷。

本发明任何实施例的装置可以进一步应用于一个或多个可透光光学部件的自动检查。例如，在调节支撑件的至少一个x、y或z坐标轴到一个合适的图像拍摄位置，而自动定位可透光光学部件如光学透镜之后，一个或多个照明装置和附加照明装置(如果有的话)可以顺序地、以任何组合的方式同时地、或者选择性地开启，向光学透镜提供不同的或变化的照明用于图像拍摄目的。因此可以在不同的照明视场(例如明视场，暗视场或明视场和暗视场的组合)下拍摄图像，从而在不同对比度下揭示光学透镜的不同位置处的不同类型的缺陷。在每种特定照明设置下，可以在改变的相机快门速度下拍摄一个或一系列图像，以便获取不同曝光的图像，供进一步检查和分析。拍摄的图像可以可选地作为数字数据输出、传送和保存在一个或多个计算机存储介质和一个或多个数据库中，或者在检测时或在检测之后在任何计算机处理装置中处理。检测可以由熟练操作人员手动进行，作为半自动化过程，或者优选地由一个或多个处理器执行合适的计算机软件自动进行，作为全自动检测过程。

在前述实施例的任何装置中，在装置检测多个光学透镜之前，可以先进行试运行或所谓的“自我训练”过程，目的是确定一个或多个优选设置或配置用于检测如具有一种特定结构或透镜类型的多个光学透镜。试运行的过程可以包括：将特定类型的光学透镜装载到支撑件上，可选地通过将支撑件的一个或多个x，y和/或z坐标轴调整到合适的图像拍摄位置来定位透镜，以任意或预定顺序一次启动一个照明设备和任何附加照明装置(如果有的话)，在不同照明配置下拍摄测试图像，分析所述测试图像以确定优选设置照明配置，用于特定类型镜片和/或特定类型的缺陷。

然后，通过在处理器的控制下自动运行装置，所确定的合适的或优选的设置可以应用于大量的检测过程，以按照之前所述的方式检测大量的光学部件。

本发明的优点在于，提供了一种用于检测可透光光学部件如光学透镜的方法、装置和系统，并且该装置可配置以允许光学部件的明视场和暗视场检查，可以轻松实现各种曝光以及可调节的照明角度。这特别有利于透镜不同区域的不同类型的缺陷在各种亮度和对比度下被识别、检测和/或检查。该装置还高度适应于不同类型、形式和结构的光学部件。例如，多个装置可以作为具有多个检测位的系统来运行，例如以不同或相反的方向定向以允许检测光学透镜的两侧。本发明还提供了一种使用所述装置对可透光光学部件进行半自动或全自动检测的方法。自动检测可以自动检查光学部件，以便检查大批量的光学部件。本发明提供了一种有效的和系统的方式来检查可透光光学部件的质量，而不需要手动或视觉检查。检查是可靠的、客观的和无偏见的。拍摄图像的分析可以进一步通过计算机界面来实施，以进一步提高过程的效率。

本说明书说明了本发明的原理。因此可以理解，尽管这里没有明确地描述或示出，本领域的技术人员能够设计出体现本发明的原理并被包括在其精神和范围内的各种布置。

此外，本文阐述本发明的原理、方面和实施例的所有陈述及其具体示例旨在涵盖其结构和功能等同物。另外，这样的等同物包括当前已知的等同物以及将来开发的等同物，即，开发的执行相同功能的任何元件，而不管结构如何。

尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但是其应被认为是说明性的而不是限制性的，应该理解，示例性实施例仅仅被显示出和描述，并不以任何方式限制本发明的范围。可以理解的是，本文描述的任何特征可以与任何实施例一起使用。说明性实施例并不是彼此排他的，也不排除本文未列举的其他实施例。因此，本发明还提供了包括上述一个或多个说明性实施例的组合的实施例。在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以对本发明进行修改和变化，因此这样的限制仅适用于所附权利要求书。

在所附权利要求书中，表达为用于执行指定功能的手段的任何元素旨在包含执行该功能的任何方式。由这样的权利要求限定的本发明在于由各种所述装置提供的功能以权利要求所要求的方式组合和汇集在一起。因此认为可以提供这些功能的任何手段都等同于本文所示的手段。

在所附权利要求和本发明的前述描述中，除了由于表达语言或必要暗示而引起上下文另外要求外，词语“包括”或“包含了”或“包含”的变体是开放式的包含性的意义，即，指明所述特征的存在，但不排除在本发明的各种实施例中存在或添加其他特征。

应该理解的是，如果本文提及任何现有技术，则这样的参考并不构成承认其形成本领域的公知常识的一部分。

Claims (20)

1.一种用于检测可透光光学部件的装置，包括：

图像拍摄模块，其安置在支撑件的第一侧，所述支撑件经配置以支持正被检测的可透光光学部件；和

照明设备，其经配置以将来自光源的光进行整形，并利用所述整形光照射所述可透光光学部件的选定部分表面，以使所述图像拍摄模块能够拍摄由所述支撑件支持的所述可透光光学部件的任一明视场图像、暗视场图像、或混合明视场和暗视场图像。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述照明设备还经配置以将所述整形光聚焦在所述可透光光学部件的选定部分表面上，从而照射所述可透光光学部件的选定部分表面。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述照明设备被控制以连续改变所述整形光的尺寸，以从不同入射角度照射所述可透光光学部件的选定部分表面，使得对于所述整形光尺寸的每次连续改变，所述图像拍摄模块能够连续地拍摄由所述支撑件支持的所述可透光光学部件的任一明视场图像、暗视场图像、或混合的明视场和暗视场图像。

4.根据权利要求3所述的装置，其中所述照明设备经配置以将来自所述光源的光进行整形，以提供一个光环用于照射所述可透光光学部件的选定部分表面，并持续地改变所述光环的直径以从不同入射角度持续照射所述可透光光学部件的选定部分表面。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述照明设备经配置以持续地改变所述光环的直径，以提供各个同心光环从不同入射角度照射所述可透光光学部件的选定部分表面。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述照明设备包括空间光调制器，用于接收来自光源的光，所述空间光调制器经配置以将所述接收光进行整形，以照射所述可透光光学部件的选定部分表面。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述照明设备包括所述光源。

8.根据权利要求6所述的装置，其中所述照明设备包括光投影系统，用于将所述整形光投射到所述可透光光学部件的选定部分表面。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述光投影系统的焦距被改变，从而改变所述整形光的尺寸，以照射所述可透光光学部件的相应不同选定部分表面。

10.根据权利要求6所述的装置，其中所述照明设备包括光聚焦系统，其经配置以将来自所述空间光调制器的所述整形光聚焦到所述可透光光学部件的选定部分表面上。

11.根据权利要求10所述的装置，其中所述光聚焦系统包括任一全息光学元件HOE、衍射光学元件DOE、截锥光学元件、简单环形棱镜或复合锥镜、透镜阵列和透镜光整形系统及具有对应于所述透镜阵列和透镜相位功能的外形的光学元件。

12.根据权利要求1所述的装置，其中所述照明设备经配置以将不同颜色的光进行整形，以照射所述可透光光学部件的相应选定部分表面。

13.根据权利要求1所述的装置，其中所述照明设备经配置以将不同颜色的光进行整形，以照射所述可透光光学部件的相应选定部分表面，使所述图像拍摄模块能够拍摄所述可透光光学部件的选定部分表面的明视场图像和所述可透光光学部件的另一个选定部分表面的暗视场图像。

14.根据权利要求1所述的装置，其中所述照明设备被安置在所述支撑件的第一侧，并经配置以将所述整形光投影到位于所述图像拍摄模块与所述支撑件之间的光学元件上，所述光学元件被安置以将来自所述照明设备的整形光重新导向至所述支撑件支持的所述可透光光学部件，并允许由所述可透光光学部件表面反射的整形光通过其中，以在所述图像拍摄模块上被接收到。

15.根据权利要求1所述的装置，其中所述可透光光学部件的选定部分表面包括所述可透光光学部件的整个光接收表面。

16.根据权利要求1所述的装置，其中所述支撑件被用来支持多个可透光光学部件，所述照明设备包括：

多个相应的光学调制器，其用于将来自一个或多个光源的光进行整形，利用相应的整形光部分来照射所述多个可透光光学部件的相应选定部分表面；

光投影系统，其用于将相应的整形光部分投射到所述多个可透光光学部件的相应选定部分表面；和

多个光聚焦系统，其经配置以将所述整形光部分聚焦到所述多个可透光光学部件的相应选定部分表面。

17.根据权利要求16所述的装置，其中所述多个光聚焦系统包括一个光学聚焦单元矩阵。

18.一种用于检测可透光光学部件的系统，包括以相同朝向或彼此不同朝向安置的两个或更多个装置，其中每个装置包括：

图像拍摄模块，其被安置在支撑件的第一侧，所述支撑件经配置以支持被检测的可透光光学部件；和

照明设备，其经配置以将来自光源的光进行整形，并利用所述整形光照射所述可透光光学部件的选定部分表面，以使所述图像拍摄模块能够拍摄由所述支撑件支持的所述可透光光学部件的任一明视场图像、暗视场图像、或混合明视场和暗视场图像。

19.一种照明设备，用于检测可透光光学部件的装置，所述照明设备包括：

空间光调制器，其用于接收来自光源的光，所述空间光调制器经配置以将所述接收光进行整形，用于照射可透光光学部件的选定部分表面；

光投影系统，其用于将所述整形光投影到所述可透光光学部件的选定部分表面；和

光聚焦系统，其经配置以将来自所述空间光调制器的所述整形光聚焦到所述可透光光学部件的选定部分表面上。

20.一种使用一种装置来执行自动检测可透光光学部件的方法，所述装置包括图像拍摄模块和照明设备，所述图像拍摄模块被安置在支撑件的第一侧，所述支撑件经配置以支持被检测的可透光光学部件；所述照明设备经配置以将来自光源的光进行整形，并利用所述整形光照射到所述可透光光学部件的选定部分表面，以使所述图像拍摄装置能够拍摄由所述支撑件支持的所述可透光光学部件的任一明视场图像、暗视场图像、或混合明视场和暗视场图像，所述方法包括以下步骤：

将所述可透光光学部件安置在所述支撑件上；

启动所述照明设备以利用所述整形光照射所述可透光光学部件的选定部分表面；

在所述整形光的照射下拍摄所述可透光光学部件的一个或多个图像；

和

自动分析所述一个或多个图像以识别被检测的可透光光学部件的缺陷。