CN113176208B - 用于材料透光率检测装置的光源模组及透光率检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于材料透光率检测装置的光源模组，包括：点光源，其用于发射复合的光束；采集部，其上设置有用于捕捉部分该光束的取光孔；设置在点光源和采集部间的光学元件以拦截光束，光学元件包括互不平行的入射面及出射面，光束经由入射面、出射面后折射形成光谱带；以及，用于调节光学元件、点光源、采集部中任一部件位置的位移调节部。本发明还公开了一种透光率检测装置。在位移调节部的带动下，调节取光孔在光谱带上的位置，以改变取光孔捕捉的部分光束内各波长强度占比。

Description

用于材料透光率检测装置的光源模组及透光率检测装置
技术领域
本发明涉及透光率检测技术领域，具体涉及用于材料透光率检测装置的光源模组，还具体涉及一种透光率检测装置。
背景技术
在透光材料的检测过程中，其透光率是衡量材料质量的最重要的参数之一；而一般来说待检测的材料数量较多，若通过单一光波逐一检测，其效率较为低下，为了提高检测效率，常采用复合光进行穿透测试以提高检测的效率，但是，常见的光源内各波段的光波强度占比相差较大，往往会导致部分强度占比低的光波只有少量或未能穿过待检测材料，而严重影响了该光波的检测精度；为了使得强度占比低的光波大量穿透，势必需要将光源的强度提高，此时，原本强度占比高的光波近一步提高，易使得其强度超过检测器的检测范围。
尤其是对于部分透光材料而言，其本身构成材质的特性使得它对于不同波长的光波存在有不同的透光率，以手机的显示屏玻璃为例，为了保护用户的视力，在设计显示屏时，低波长的光波透光率要远小于高波长的光波，从而使得显示屏的玻璃获得防紫外线的特性，这就造成了低波长光更难透过显示屏。
目前在显示屏的生产过程中，需要对显示屏玻璃的透光率检测以判断显示屏的质量。发明人在现有检测的过程中发现了如下的问题：
首先，考虑到构建检测系统的复杂程度，现检测过程中常采用的光源为钨灯，而在钨灯的全光谱中的低波强度占比较低，而高波长占强度比较高，这就造成了高波长光穿透显示屏后，低波长光可能只有少量甚者未能穿透显示屏，从而导致了对低波长检测的精度降低；而当增大钨灯的光强，又会使得高波长光的强度近一步增大，从而导致高波长的强度超过检测设备的检测范围，造成检测失败的问题，甚者光强度过高将对检测仪器造成损伤。
有鉴于此，实有必要开发一种用于材料透光率检测装置的光源模组，用于解决上述问题。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明的主要目的是，提供用于材料透光率检测装置的光源模组，其通过复合光在透过同一光学介质时对不同波长光的折射率不同原理，光源发出的复合光束色散成光谱带，从而捕捉光谱带中不同位置处的部分光束以实现调节各波长强度占比。
本发明的另一个目的是，提供用于材料透光率检测装置的光源模组，其通过凸透镜放大成像原理，将复合光以谱带的形式成像在不同的位置范围内，方便位移调节部调节位置以提高取光孔的抓取精度。
为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种用于材料透光率检测装置的光源模组，包括：
点光源，其用于发射连续光谱的光束；
采集部，其上设置有用于捕捉部分该光束的取光孔、出射孔，所述取光孔捕获的部分光束经由所述出射孔射出；
设置在所述点光源和所述采集部间的光学元件以拦截所述光束，所述光学元件包括互不平行的入射面及出射面，所述光束经由所述入射面、出射面折射形成光谱带；以及
用于调节所述光学元件、点光源、采集部中任一部件位置的位移调节部；
其中，在所述位移调节部的带动下，改变所述取光孔在光谱带上的位置，以调整所述取光孔捕捉的部分光束内各波长强度占比，通过所述取光孔捕捉的部分光束投射待检测材料，以使得光束内各波长穿透待检测材料并被透光率检测装置的检测部捕捉。
优选地，所述采集部安装在所述位移调节部上，所述采集部在所述位移调节部的驱动下，沿色散分光方向移动。
优选地，还包括调光单元，通过所述调光单元调节所述点光源内发射出的光束和/或所述取光孔捕获的部分光束。
优选地，所述调光单元设置在所述采集部内，所述调光单元设置在所述取光孔和所述取光孔以改变光束强度。
优选地，所述调光单元为吸收型滤光片。
优选地，所述光学元件包括透镜、棱镜、柱面镜中的任一折射镜。
优选地，所述光学元件为凸透镜，所述点光源设置在靠近所述凸透镜的二倍焦距2f的位置处。
优选地，所述点光源位于所述凸透镜的一倍焦距f与二倍焦距2f之间，以使得所述点光源生成的复合光束经由所述凸透镜色散形成的光谱带成像于所述凸透镜的二倍焦距2f外。
优选地，所述点光源为钨灯，在所述位移调节部的带动下，所述取光孔从光谱带上强度占比高的高波长位置处朝向强度占比低的低波长位置处移动。
另一方面，本发明还提供了一种透光率检测装置，包括如上述的光源模组，其中，该透光率检测装置所检测的材料为显示屏玻璃。
上述技术方案中的技术方案具有如下优点或有益效果：通过光源发出的复合光束穿透光学元件过程，各波长光的折射不同，因而穿过光学元件的光束折射色散形成连续的光谱带，在位移调节部的带动下，改变取光孔在光谱带中的位置，从而使得取光孔抓取光谱带中不同位置处的部分光束以实现调节各波长强度占比。
附图说明
图1为根据本发明一个实施方式提出的光源模组的立体示意图；
图2为本发明根据表1形成的光谱曲线图；
图3为根据图2放大形成的光谱曲线图；
图4为本发明根据表1点光源配置吸收型滤光片形成的对照光谱曲线图；
图5为本发明根据表1形成的光谱曲线图；
图6为根据图5放大形成的光谱曲线图。
附图标记说明：
10、点光源；
20、光学元件；21、入射面；22、出射面；
30、采集部；31、取光孔；32、调光单元；33、出射孔；
40、位移调节部；
其中，O为光学元件的中心点，F1、F2为光学元件的二倍焦距焦点，Oa为点光源点位，O1-O6为取光孔在调光过程中的六个点位；
①-⑧为光谱曲线，其具体地，①-钨灯未处理；②-钨灯配合吸收型滤光片；③-调光位置O1；④-调光位置O2；⑤-调光位置O3；⑥-调光位置O4；⑦-调光位置O5；⑧-调光位置O6(其中，③、④、⑤、⑥、⑦、⑧分别包括未配置吸收型滤光片和配置吸收型滤光片的两种曲线)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在附图中，为清晰起见，可对形状和尺寸进行放大，并将在所有图中使用相同的附图标记来指示相同或相似的部件。
在下列描述中，诸如中心、厚度、高度、长度、前部、背部、后部、左边、右边、顶部、底部、上部、下部等用词是相对于各附图中所示的构造进行定义的，特别地，“高度”相当于从顶部到底部的尺寸，“宽度”相当于从左边到右边的尺寸，“深度”相当于从前到后的尺寸，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化，所以，也不应当将这些或者其他的方位用于解释为限制性用语。
涉及附接、联接等的术语(例如，“连接”和“附接”)是指这些结构通过中间结构彼此直接或间接固定或附接的关系、以及可动或刚性附接或关系，除非以其他方式明确地说明。
根据本发明的一实施方式结合图1示出，可以看出，一种用于材料透光率检测装置的光源模组，包括：
点光源10，其用于发射连续光谱的光束；
采集部30，其上设置有用于捕捉部分该光束的取光孔31；
设置在所述点光源10和所述采集部30间的光学元件20以拦截所述光束，所述光学元件20包括互不平行的入射面21及出射面22，所述光束经由所述入射面21、出射面22折射形成光谱带；以及
用于调节所述光学元件20、点光源10、采集部30中任一部件位置的位移调节部40；
其中，在所述位移调节部40的带动下，调节所述取光孔31在光谱带上的位置，以改变所述取光孔31捕捉的部分光束内各波长强度占比；所述采集部30还包括出射孔33，所述取光孔31捕获的部分光束经由所述出射孔33射出从而形成一完整的光束光路，待检测材料位于该光路的路径上。
复合光束内的各种频率光波进入所述光学元件20具有不同折射率，各种频率光波的传播方向有程度的偏折，因而在离开所述光学元件20时就各自分散，产生自红到紫循序排列的彩色连续光谱带；在所述位移调节部40的带动下，所述取光孔31在形成的光谱带上移动，从而捕捉光谱带不同位置处的光束。由于复合光束内的各种频率光波的光强占比不同，为了得到波长的光强占比相对均匀的光束，将所述取光孔31从光强占比高的波长处朝光强占比低的波长方向移动，使得进入所述取光孔31的光束内各波长占比改变。
具体地，所述点光源10为钨灯，利用该光源模组中的取光孔31捕捉若干位置后，由所述出射孔33中射出，并使用常见的全谱直读微型光谱仪测量，所得到的部分测试数据如下：
波长(nm) ① ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧
385 306 261 267 288 293 280 245
400 814 799 815 832 853 868 860
450 2979 2981 2925 2854 2779 2731 2692
475 7336 7044 6833 6586 6149 5952 5630
490 9616 9047 8659 8298 7615 7257 6610
500 10690 9922 9392 8992 8134 7698 6832
525 14009 13043 11831 11343 9940 9111 7772
550 21852 19337 17925 16701 14203 12749 10076
575 34676 29966 27398 25208 20807 18287 13713
600 43529 36476 32879 29804 24119 20921 15130
625 44087 36492 32524 29161 23249 19940 14007
638 43701 36093 31966 28454 22502 19149 13257
650 44238 36244 32029 28311 22236 18800 12890
654 44469 36460 32128 28350 22211 18746 12790
655 44409 36396 32138 28352 22179 18652 12751
656 43874 35540 31989 28072 21926 18389 12449
660 45044 36867 32588 28576 22345 18742 12754
675 47831 38890 34260 29798 23063 19243 12939
700 54295 43943 38432 33013 25175 20844 13828
725 58696 47100 41055 34679 26147 21414 14041
737 59698 47944 41535 34892 26086 21282 13947
750 57936 46350 40017 33269 24862 20072 13105
775 49715 39815 33823 27875 20651 16556 10750
800 39197 31546 26337 21503 15835 12616 8270
845 25046 20483 16052 13330 9608 7704 5030
其中，①为未处理钨灯的光波波形，所述取光孔31捕捉了六个光谱带点位O1-O6上的光束包括调光位置1、调光位置2、调光位置3、调光位置4、调光位置5、调光位置6，而调光位置1-6的位置由高波长朝低波长依次排布分别为表中的③、④、⑤、⑥、⑦、⑧；而根据全谱直读微型光谱仪测量的数据做成了更为直观的光谱曲线图，如图2所示：
可以看出，在所述位移调节部40的带动下，所述取光孔31从光谱带上强度占比高的高波长位置处朝向强度占比低的低波长位置处移动，当所述取光孔31朝向低波长处方向移动时，由于高波长光被所述取光孔31遮挡的比例变多，从而使得高波长的强度降低，而进入所述取光孔31内的光束波长强度相对均匀，相对未处理钨灯形成的光波波形，六个调光位置处的可见光范围内形成的波形逐渐平坦，通过遮挡强度占比高的高波长光，以限制高波长光进入所述取光孔31，使得光束的各波长强度逐渐均匀。
其中，如图2可知，钨灯中靠近红光处的高波长光的强度远大于靠近紫光处的低波长光，为了得到光强占比相对均匀的光束，需要将降低高波长光强，本实施例中提供了一种有效降低高波长光强占比高的光源模组，在光学元件20的折射作用下光束产生色散，而使得光束中的各波长的光波分散，所述取光孔31在捕捉部分光束的同时也可以遮挡未能进入孔洞内的光束，而根据波长越小折射率越大的特性，高波长光折射率使其分散离光学元件20相对于低波长光更远，当取光孔31朝向低波长处方向移动时，大量的高波长光难以进入取光孔31内(即高波长光强损失较大)，而相对集聚在靠近光学元件20的低波长光仍处于落入取光孔31的位置处，高波长光强度损失较大，而低波长光强度损失较小，从而使得两者的光强占比调节均匀，使得从所述出射孔33内射出的光束各波长的强度占比趋近于水平直线。
需要指出的是，上述的光束各波长的强度占比趋近于水平直线也仅仅为光束中的一段范围的波长，如图中所示，强度占比趋近于水平直线的范围为可见光的范围。
同时，还需指出的是，本实施方案并不仅限于将光束的各波长强度调节均匀，利用该折射方式，同样也可以用于降低部分特定波长的占比，以满足其他检测装置的需求，例如用于降低低波长光的占比以提高高波长光的占比。
为方便进行对比，先调节上述测试用的光谱仪的限光孔径大小使得光谱曲线的顶点达到60000左右(光谱仪的最高输出值为65535，超过此值便会输出饱和)，然后调节光谱仪的积分时间(传感器曝光的时间长度)使得最高点光强AD值高度接近60000，从而使得①、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧的最高点光强AD值高度都接近60000以方便进行对比，从而得到了图3所示的光谱曲线图，可以明显看出，①中的顶点处位于737nm，而在通过捕捉点位朝向低波长方向移动，到⑥时顶点以偏移至600nm的位置处，可以清楚的得出，通过所述光学元件20将约为675nm-800nm范围内波长的强度占比降低，以改变光束中各波长的占比。
需要指出的是，所述点光源10并不仅限于钨灯，在本方案中所采用点光源10需要发射出连续光谱的光束，以使得光束在发生折射后形成连续的光谱带，以便取光孔31在一段连续的范围内取光；因此，可发射出连续光谱的自然光、荧光灯光源也应当视为本方案的具体实施例。
所述光学元件20包括透镜、棱镜、柱面镜中的任一折射镜。
在一优选实施例中，所述光学元件20为凸透镜，所述点光源10设置在靠近所述凸透镜的二倍焦距2f的位置处，以便于形成清晰的全光谱带；
近一步地，所述采集部30安装在所述位移调节部40上，所述采集部30在所述位移调节部40的驱动下，沿色散分光方向移动。而相比于移动点光源10或凸透镜，若移动点光源10或凸透镜其成像效果将产生影响，从而影响到取光过程中一致性，难以把握调节精度，从而难以取到更符合要求的光束。因此，优选地，通过所述位移调节部40带动所述采集部30移动。
更近一步地，所述点光源10位于所述凸透镜的一倍焦距f与二倍焦距2f之间，以使得所述点光源10生成的复合光束经由所述凸透镜色散形成的光谱带成像于所述凸透镜的二倍焦距2f外，即O-Oa的距离小于O-F1的距离，由所述凸透镜成像原理可知，当物(即点光源10)在一倍焦距与两倍焦距之间时，像(即光谱带)成像在二倍焦距2f外较为清晰,即像(即光谱带)成像距离大于O-F2的距离，同时像(即光谱带)呈现放大的成像效果，当光谱带放大从而方便得到更宽的光谱带，相较于位于所述点光源10位于两倍焦距或大于两倍焦距，所述位移调节部40带动所述采集部30移动相同的单位长度，可在光谱带上捕捉到更多的点位，从而便于选择更合适的采光位置。
在一优选实施例中，还包括调光单元32，通过所述调光单元32调节所述点光源10内发射出的光束和/或所述取光孔31捕获的部分光束。
所述调光单元32设置在所述采集部30内，所述调光单元32设置在所述取光孔31和所述取光孔31以改变光束强度。
所述调光单元32为吸收型滤光片。通过所述吸收型滤光片对所述点光源10发射出的光束进行处理，并且配合所述光学元件20使用；同样地，所述点光源10为钨灯，利用该光源模组中的取光孔31捕捉若干位置后，由所述出射孔33中射出，并使用常见的全谱直读微型光谱仪测量，所得到的部分测试数据如下：
波长(nm) ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧
385 306 215 183 187 202 206 196 172
400 814 565 554 565 577 591 601 596
450 2979 1351 1352 1326 1294 1260 1238 1221
475 7336 2689 2582 2505 2414 2254 2182 2064
490 9616 3089 2906 2781 2665 2446 2331 2123
500 10690 3137 2912 2756 2639 2387 2259 2005
525 14009 3270 3044 2761 2647 2320 2127 1814
550 21852 4294 3800 3522 3282 2791 2505 1980
575 34676 6058 5235 4786 4404 3635 3195 2396
600 43529 5863 4913 4429 4015 3249 2818 2038
625 44087 4321 3576 3187 2858 2278 1954 1373
638 43701 3841 3173 2810 2501 1978 1683 1165
650 44238 3681 3015 2665 2355 1850 1564 1072
654 44469 3682 3019 2660 2347 1839 1552 1059
655 44409 3668 3006 2655 2342 1832 1541 1053
656 43874 3615 2928 2636 2313 1807 1515 1026
660 45044 3698 3027 2675 2346 1835 1539 1047
675 47831 4080 3317 2922 2542 1967 1641 1104
700 54295 5142 4161 3640 3126 2384 1974 1310
725 58696 5647 4531 3949 3336 2515 2060 1351
737 59698 5737 4607 3992 3353 2507 2045 1340
750 57936 5562 4450 3842 3194 2387 1927 1258
775 49715 4738 3794 3223 2657 1968 1578 1024
800 39197 3681 2962 2473 2019 1487 1185 777
845 25046 2620 2143 1679 1394 1005 806 526
其中，①为未处理钨灯的光波波形，②为配置了吸收型滤光片钨灯的光波波形，所述取光孔31捕捉了六个光谱带点位O1-O6上的光束包括调光位置1、调光位置2、调光位置3、调光位置4、调光位置5、调光位置6，而调光位置1-6的位置由高波长处朝低波长依次排布分别为表中的③、④、⑤、⑥、⑦、⑧，需要指出的是，在本实施例中的③、④、⑤、⑥、⑦、⑧相较于上一实施例中的③、④、⑤、⑥、⑦、⑧配置了吸收型滤光片；而根据全谱直读微型光谱仪测量的数据做成了更为直观的光谱曲线图，如图4、5所示：
其中，图4为①与②的对比图，可以看出，在通过所述吸收型滤光片后，光谱曲线同样改变了各波长的占比，具体地，由于所述吸收型滤光片对不同波长的光吸收率不同，在本优选实施例中的所述吸收型滤光片吸收了更多的高波长以调整不同波长的占比，但是，根据图5中，可以看出，在所述吸收型滤光片与所述光学元件20的配合作用下，光谱曲线相较于②的曲线更加平坦。所述吸收型滤光片为升色温吸收型连续谱带滤光片，该折射的光学元件20配合升色温吸收型连续谱带滤光片可使得该光源模组获得更好的提升蓝紫光占比，从而改善钨灯不同波长光强占比相差过大的问题。
在利用上述测试用的光谱仪的调节限光孔径大小使得光谱曲线的顶点达到60000左右(光谱仪的最高输出值为65535，超过此值便会输出饱和)，然后调节光谱仪的积分时间(传感器曝光的时间长度)使得最高点光强AD值高度接近60000，从而使得①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧的最高点光强AD值高度都接近60000以方便进行对比，又可以明显的看出，③、④、⑤、⑥、⑦、⑧上位于480um附近位置处形成了波峰，因此可以得出，低波长的强度占比相较于①、②中所形成的光束，占比更高。
根据上述测量到的数据计算可得出，调节光学元件20的位置最高可使得蓝紫光区域的400nm光的占比提高到约4.2倍、425nm光的占比提高到约4.0倍、450nm光的占比提高到约3.6倍、475nm光的占比提高到约3.0倍、500nm光的占比提高到约2.5倍。
在另一优选实施例中，所述调光单元32还包括衰减器，通过所述衰减器将光束的光强衰弱以保证出射的光束强度在透光率检测装置的检测部的检测范围内，以便于检测顺利进行。
需要指出地是，所述衰减器、吸收型滤光片可单独使用也可配合使用，从而达到更优的效果，同时，所述调光单元32还可以是光源调节器，通过调节光源的强弱以调节出射光束的强度。
一种透光率检测装置，包括上述的光源模组，其中，该透光率检测装置所检测的材料为显示屏，所述光源模组上的光路终端进入透光率检测装置的检测部，该透光率检测装置利用该光源模组可有效的提高检测效率，其获得该有益效果的原理如上述的光源模组，故不再赘述。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.用于材料透光率检测装置的光源模组，其特征在于，包括：
点光源(10)，其用于发射连续光谱的光束；
采集部(30)，其上设置有用于捕捉部分该光束的取光孔(31)、出射孔(33)，所述取光孔(31)捕获的部分光束经由所述出射孔(33)射出；
设置在所述点光源(10)和所述采集部(30)间的光学元件(20)以拦截所述光束，所述光学元件(20)包括互不平行的入射面(21)及出射面(22)，所述光束经由所述入射面(21)、出射面(22)折射形成光谱带；以及
用于调节所述光学元件(20)、点光源(10)、采集部(30)中任一部件位置的位移调节部(40)；
其中，在所述位移调节部(40)的带动下，改变所述取光孔(31)在光谱带上的位置，以调整所述取光孔(31)捕捉的部分光束内各波长强度占比，所述取光孔(31)在捕捉部分光束的同时遮挡未能进入孔洞内的高波长光束，限制高波长光进入所述取光孔(31)，使得光束的各波长强度逐渐均匀；通过所述取光孔(31)捕捉的部分光束投射待检测材料，以使得光束内各波长穿透待检测材料并被透光率检测装置的检测部捕捉。
2.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于，所述采集部(30)安装在所述位移调节部(40)上，所述采集部(30)在所述位移调节部(40)的驱动下，沿色散分光方向移动。
3.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于，还包括调光单元(32)，通过所述调光单元(32)调节所述点光源(10)内发射出的光束和/或所述取光孔(31)捕获的部分光束。
4.如权利要求3所述的光源模组，其特征在于，所述调光单元(32)设置在所述采集部(30)内，所述调光单元(32)设置在所述取光孔(31)和所述取光孔(31)以改变光束强度。
5.如权利要求3或4所述的光源模组，其特征在于，所述调光单元(32)为吸收型滤光片。
6.如权利要求1-4中任一项所述的光源模组，其特征在于，所述光学元件(20)包括透镜、棱镜、柱面镜中的任一折射镜。
7.如权利要求6所述的光源模组，其特征在于，所述光学元件(20)为凸透镜，所述点光源(10)设置在靠近所述凸透镜的二倍焦距2f的位置处。
8.如权利要求7所述的光源模组，其特征在于，所述点光源(10)位于所述凸透镜的一倍焦距f与二倍焦距2f之间，以使得所述点光源(10)生成的复合光束经由所述凸透镜色散形成的光谱带成像于所述凸透镜的二倍焦距2f外。
9.如权利要求1-4中任一项所述的光源模组，其特征在于，所述点光源(10)为钨灯，在所述位移调节部(40)的带动下，所述取光孔(31)从光谱带上强度占比高的高波长位置处朝向强度占比低的低波长位置处移动。
10.一种透光率检测装置，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的光源模组，其中，该透光率检测装置所检测的材料为显示屏玻璃。
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