CN113189105A - 基于梯度折射率透镜的微型化工业样品检测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于梯度折射率透镜的微型化工业样品检测装置和方法，由LED光源发出的入射光经半球透镜形成平行光，平行光经过分光片反射，反射光经梯度折射率透镜汇聚到待测样品表面，聚焦光斑激发样品表面发出反射光，反射光信号依次经过梯度折射率透镜和分光片后，入射至聚焦透镜，平行光经聚焦透镜汇聚到CCD相机上进行成像，从而完成待测工业样品的表面检测。本发明通过将LED、半球透镜和梯度折射率透镜等元件组成的宽场成像系统高度集成，精简装置体积，实现微型化。可以用于大型光学元件的在线实时检测，精密工业外壳内腔检测等。

Description

基于梯度折射率透镜的微型化工业样品检测装置和方法

技术领域

本发明涉及光学精密测量技术领域，更具体的说是涉及一种基于梯度折射率透镜的微型化工业样品检测装置和方法。

背景技术

目前，随着现代科学技术的迅速发展，光学材料得到了广泛的应用，特别是工业、航空航天、国防、军工、信息、微电子与光电子等尖端科学方面成为一种不可缺少的重要材料。光学元件的应用日益广泛，对光学元件的表面质量提出的更高的要求，这就需要光学制造业具备超精密加工水平，尽可能保证光学元件的表面粗糙度和面型精度。

但是，普通显微系统体积较大，在一些工业领域，无法直接使用。

因此，如何减小显微镜的体积，提供一种基于梯度折射率透镜的微型化工业样品检测装置和方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于梯度折射率透镜的微型化工业样品检测装置和方法，解决了普通的显微镜体积较大问题，而且还可以降低观测成本。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于梯度折射率透镜的微型化工业样品检测装置，其特征在于，包括：LED光源、半球透镜、分光片、梯度折射率透镜、被测样品、聚焦透镜和CCD相机；

其中所述LED光源产生的光源信号依次通过半球透镜、分光片和梯度折射率透镜传输到被测样品表面形成照明光路；

所述被测样品的反射光依次通过梯度折射率透镜、分光片、聚焦透镜传输到CCD相机上形成检测光路；

所述分光片用来将光源信号反射至梯度折射率透镜并将被测样品表面的反射光透射至聚焦透镜；

所述梯度折射率透镜用来将光源信号汇聚到被测样品表面，并将被测样品表面的反射光传输到分光片；

所述的被测样品为非透明平滑的工业样品；

所述的被测样品、梯度折射率透镜、分光片、聚焦透镜和CCD相机位于同一竖直方向上。

优选的，所述的梯度折射率透镜的直径尺寸为2mm，长度为4mm。

优选的，所述的CCD相机尺寸为13mm×13mm×2mm。

优选的，所述的LED光源、半球透镜、分光片、梯度折射率透镜、聚焦透镜和CCD相机集成在最大外形尺寸为15mm×15mm×20mm的外壳中。

一种基于梯度折射率透镜的微型化工业样品检测方法，包括以下步骤：

步骤a、LED光源发出的光经过半球透镜形成平行光，由分光片反射至梯度折射率透镜，梯度折射率透镜将反射光汇聚到被测样品上，被测样品表面产生不同方向的反射光；

步骤b、所述被测样品表面产生的反射光，经梯度折射率透镜和分光片后，通过聚焦透镜汇聚到CCD相机传感器表面进行成像。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于梯度折射率透镜的微型化工业样品检测装置和方法，具有以下有益效果：

将传统体积庞大的台式显微镜缩小至体积仅为2cm³的外壳内，包含完整的光路系统，成功实现微型化。可以用于大型光学元件的在线实时检测，精密工业外壳内腔检测等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的基于梯度折射率透镜的微型化工业样品检测装置结构示意图；

其中1LED光源、2半球透镜、3分光片、4梯度折射率透镜、5被测样品、6聚焦透镜、7CCD相机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。

如附图1所示本实施例公开了一种基于梯度折射率透镜的微型化工业样品检测装置，用于实现工业样品的表面检测。

一种基于梯度折射率透镜的微型化工业样品检测装置，包括：LED光源1、半球透镜2、分光片3、梯度折射率透镜4、被测样品5、聚焦透镜6和CCD相机7；其中所述LED光源1产生的光源信号依次通过半球透镜2、分光片3和梯度折射率透镜4传输到被测样品5面形成照明光路；所述被测样品5的反射光依次通过梯度折射率透镜4、分光片3、聚焦透镜6传输到CCD相机7上形成检测光路；分光片3用来将光源信号反射至梯度折射率透镜4并将被测样品5表面的反射光透射至聚焦透镜6；梯度折射率透镜4用来将光源信号汇聚到被测样品5表面，并将被测样品5表面的反射光传输到分光片3；所述的被测样品5为非透明平滑的工业样品；被测样品5、梯度折射率透镜4、分光片3、聚焦透镜6和CCD相机7位于同一竖直方向上，所述梯度折射率透镜4的下方设置被测样品5。被测样品5为非透明平滑的工业样品。

更为具体的：所述的半球透镜2直径尺寸为3mm，分光片3尺寸为4mm×6mm×1mm，聚焦透镜6直径尺寸为5mm，梯度折射率透镜4的直径尺寸为2mm，长度为4mm，CCD相机7尺寸为13mm×13mm×2mm。

更为具体的：所述的LED光源1、半球透镜2、分光片3、梯度折射率透镜4、聚焦透镜6和CCD相机7集成在最大外形尺寸为15mm×15mm×20mm的外壳中。

本实施例还公开了一种基于梯度折射率透镜的微型化工业样品检测方法，该方法是基于本发明实施例基于梯度折射率透镜的微型化工业样品检测装置实现的，包括以下步骤：

步骤a、LED光源1发出的光经过半球透镜2形成平行光，由分光片3反射至梯度折射率透镜4，梯度折射率透镜4将反射光汇聚到被测样品5上，非透明平滑样品表面产生不同方向的反射光；

步骤b、所述被测样品5表面产生的反射光，经梯度折射率透镜4和分光片3后，通过聚焦透镜6汇聚到CCD相机7传感器表面进行成像从而完成工业样品的检测。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种基于梯度折射率透镜的微型化工业样品检测装置，其特征在于，包括：LED光源(1)、半球透镜(2)、分光片(3)、梯度折射率透镜(4)、被测样品(5)、聚焦透镜(6)和CCD相机(7)；

其中所述LED光源(1)产生的光源信号依次通过所述半球透镜(2)、分光片(3)和梯度折射率透镜(4)传输到被测样品(5)表面形成照明光路；

所述被测样品(5)的反射光依次通过梯度折射率透镜(4)、分光片(3)、聚焦透镜(6)传输到CCD相机(7)上形成检测光路；

所述分光片(3)用来将光源信号反射至梯度折射率透镜(4)并将被测样品(5)表面的反射光透射至聚焦透镜(6)；

所述梯度折射率透镜(4)用来将光源信号汇聚到被测样品(5)表面，并将被测样品(5)表面的反射光传输到分光片(3)；

所述的被测样品(5)为非透明平滑的工业样品；

所述的被测样品(5)、梯度折射率透镜(4)、分光片(3)、聚焦透镜(6)和CCD相机(7)位于同一竖直方向上。

2.根据权利要求1所述的基于梯度折射率透镜的微型化工业样品检测装置，其特征在于：所述的梯度折射率透镜(4)的直径尺寸为2mm，长度为4mm。

3.根据权利要求1所述的基于梯度折射率透镜的微型化工业样品检测装置，其特征在于：所述的LED光源(1)、半球透镜(2)、分光片(3)、梯度折射率透镜(4)、聚焦透镜(6)和CCD相机(7)集成在最大外形尺寸为15mm×15mm×20mm的外壳中。

4.一种基于权利要求1～3中任一所述梯度折射率透镜的微型化工业样品检测装置的工业样品检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤a、LED光源(1)发出的光经过半球透镜(2)形成平行光，由分光片(3)反射至梯度折射率透镜(4)，梯度折射率透镜(4)将反射光汇聚到被测样品(5)上，被测样品(5)表面产生不同方向的反射光；

步骤b、所述被测样品(5)表面产生的反射光，经梯度折射率透镜(4)和分光片(3)后，通过聚焦透镜(6)汇聚到CCD相机(7)传感器表面进行成像。

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