CN113916151A - 一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的装置及方法，通过科学合理地设计由多光谱光源、第一聚焦透镜组、透光反射件、准直透镜组、色散聚焦透镜组、XY位移平台、第二聚焦透镜组和光信号处理组件够成的光学系统，或由多光谱光源、Y型光纤、光信号处理组件、准直透镜组、色散聚焦透镜组和XY位移平台够成的光学系统，可获取光学系统中共焦焦点周围的部分离焦光，进而使得光信号处理组件得到一具有一定宽度波峰以及中间夹有一锐利的波谷的光谱信号，根据得到的光谱信号中的波谷和两侧的波峰值数据进行处理并多次计算，依据计算值与被测面板在单位时间内的位移关系，则可实现高效准确以无接触地计算被测面板的面型或厚度。
Description
【技术领域】
本发明涉及前沿光学检测领域，特别涉及一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的装置及方法。
【背景技术】
随着产业的发展，技术的进步和工艺水平的提高，许多类似手机透明面板的生产厂家，对于面板表面形状和厚度的测量需求越来越大，要求精度越来越高。以手机面板的生产为例，其设计越来越薄，对于直屏透明面板则应满足其平面度要求，部分曲面透明面板则应满足曲面面型要求，同时还应保证较高的测量效率。而其他有透明面板需求的行业对于精密测量的需求量同样巨大，其要求也更为复杂。对于这种情形，能实现非接触、测量快、精度高、成本经济的光学测量传感器已成为热门选择。
目前，国内使用最广泛的测量方式还是接触式测量，这种测量方式测量慢，容易划伤被测面板或残留有指纹或异物。对于国内非接触光学测量传感器，目前其还存在种类不多、适用面不广、成本较高和精度不足的问题，且高端无接触光学测量传感器主要由国外设计生产，引进购买成本很高。
对于常见的共焦光谱检测方法，是在光谱上获取锐利峰值信号进行分析,现有共焦光谱系统中为了提高测量精度要求光点越小越好,由于需要宽光谱光源,通常会尽可能缩小小孔或光纤尺寸，缩小尺寸后，获得的光点效果会更好，得到的光谱峰值信号更尖锐，测量信号为趋近单一的被测共焦焦点波长，从而获得精度更高的测量值，但是这样会使得光耦合到光纤会更困难或者光源通过小孔后使得光能变弱很多，从而导致被测面板表面所反射的光信号更弱，采用该检测方法若要提高分辨率，其难度会不断加大，制作设计成本也会提高。并且，在获得锐利的峰值信号后，也存在峰宽小于分辨采样区间，此时测量精度还会存在下降的问题。
本发明即针对现有技术的不足而研发提出。
【发明内容】
为解决上述问题，本发明提出光谱黑洞共焦测量设计方案，通过科学合理地设计由多光谱光源、第一聚焦透镜组、透光反射件、准直透镜组、色散聚焦透镜组、XY位移平台、第二聚焦透镜组和光信号处理组件够成的光学系统，或由多光谱光源、Y型光纤、光信号处理组件、准直透镜组、色散聚焦透镜组和XY位移平台够成的光学系统，可获取光学系统中共焦焦点周围的部分离焦光，进而使得光信号处理组件得到一光谱信号，且该光谱信号具有一定宽度波峰以及中间夹有一锐利的波谷，与光信号处理组件连接的计算机则处理得到相应的光谱信号，根据得到的光谱信号中的波谷和两侧的波峰值数据进行处理计算，由于波峰具有一定宽度，可获得多组数据以进行多次计算，依据计算值与被测面板在单位时间内的位移关系，则可实现高效准确以无接触地计算被测面板的面型或厚度。
第一种技术方案，本发明一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的装置，沿光轴依次设有：
多光谱光源1、第一聚焦透镜组2、透光反射件3、准直透镜组7、色散聚焦透镜组8和XY位移平台10。
所述多光谱光源1、第一聚焦透镜组2、准直透镜组7、色散聚焦透镜组8和XY位移平台10均位于透光反射件3一侧，所述透光反射件3另一侧依次设有第二聚焦透镜组4和光信号处理组件13，所述多光谱光源1、第一聚焦透镜组2的光轴线与准直透镜组7、色散聚焦透镜组8的光轴线关于透光反射件3的法线对称。
所述多光谱光源1用于提供及发射多光谱光束。
所述第一聚焦透镜组2用于将多光谱光源1发出的光束聚焦到透光反射件3上。
所述光信号处理组件13为光谱仪或颜色传感器，用于接收处理光信号。
所述透光反射件3具有一中心小孔21且环绕中心小孔21同心地设有反射环形面20，所述透光反射件3上的中心小孔21用于透过及滤掉第一聚焦透镜组2所聚焦光束的中心部分和对被测面板9所反射的反射光束进行通光以射向第二聚焦透镜组4，所述透光反射件3上的反射环形面20用于将第一聚焦透镜组2所聚焦光束中非中心部分的光反射射向准直透镜组7上。
所述准直透镜组7和色散聚焦透镜组8用于准直和聚焦，当反射环形面20的光反射射向准直透镜组7上时，所述准直透镜组7则将反射光束准直为平行光束而射向色散聚焦透镜组8上，色散聚焦透镜组8则将准直的平行光束聚焦于被测面板9相应表面。被测面板9所产生的反射光经过色散聚焦透镜8收集而准直为平行光束后射向准直透镜组7上，准直透镜组7再将色散聚焦透镜8准直的平行光束聚焦透过透光反射件3的中心小孔21而射向第二聚焦透镜组4，最后由第二聚焦透镜组4将透过中心小孔21的反射光束聚焦于光信号处理组件13上。
进行测量时，调节光信号处理组件13、第二聚焦透镜组4、准直透镜组7、色散聚焦透镜组8、被测面板9、XY位移平台10同轴等高，且当被测面板9放置于XY位移平台10上，通过调节XY位移平台10轴向移动，可使得被测面板9相应表面与色散聚焦透镜组8的焦平面重合。
如上所述一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的装置，所述透光反射件3与准直透镜组7之间设有挡光片，或所述准直透镜组7与色散聚焦透镜组8之间设有挡光片，或在色散聚焦透镜组8与XY位移平台10之间设有挡光片，所述挡光片用于遮挡光路的中心光线以形成环形光束。
如上所述一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的装置，所述透光反射件3还包括同心设置在反射环形面20外侧的透光环23。
第二种技术方案，本发明一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的方法，其使用第一种技术方案所述一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的装置，包括如下步骤：
S1、调节光信号处理组件13、第二聚焦透镜组4、准直透镜组7、色散聚焦透镜组8、被测面板9和XY位移平台10同轴等高，以及调节确保多光谱光源1、第一聚焦透镜组2的光轴线与准直透镜组7、色散聚焦透镜组8的光轴线关于透光反射件3的法线对称。
S2、开启多光谱光源1，多光谱光源1射出的光束经过第一聚焦透镜组2聚焦而射向透光反射件3的中心小孔21，中心小孔21将透过及滤掉第一聚焦透镜组2所聚焦光束的中心部分，透光反射件3上的反射环形面20则将第一聚焦透镜组2所聚焦光束中非中心部分的光反射射向准直透镜组7上。
S3、准直透镜组7将反射环形面20反射的光束准直为平行光束而射向色散聚焦透镜组8上。
S4、色散聚焦透镜组8将准直透镜组7准直的平行光束色散聚焦到被测面板9相应表面上，聚焦到被测面板9表面的光为没有中心波长的光谱环光，经被测面板9表面进行反射后，由色散聚焦透镜组8进行收集被测面板9表面的反射光且准直为平行光束而射向准直透镜组7上，之后准直透镜组7将色散聚焦透镜组8准直的平行光束聚焦于透光反射件3的中心小孔21上。
S5、透光反射件3的中心小孔21对被测面板9的反射聚焦光束进行通光而射向第二聚焦透镜组4，由第二聚焦透镜组4聚焦后，被光信号处理组件13接收，光信号处理组件13接收到的光谱信号则为两个具有一定宽度波峰且中间夹有一锐利的波谷的光谱信号。
S6、调节放置有被测面板9的XY位移平台10沿轴向移动，当在移动过程中使得被测面板9的上表面或下表面与色散聚焦透镜组8的焦平面重合，光信号处理组件13则可接收到被测面板9相应表面反射的光信号，与光信号处理组件13连接的计算机则处理得到相应的光谱信号，根据得到的光谱信号中的波谷和两侧的波峰值数据进行处理计算，且由于波峰有一定宽度，可获得多组数据以进行多次计算，依据计算值与被测面板9在单位时间内的位移关系，则可计算出相应的面型。
或调节放置有被测面板9的XY位移平台10沿轴向移动，在移动过程中使得被测面板9的上表面、下表面分别与色散聚焦透镜组8的焦平面重合，光信号处理组件13则可接收到被测面板9上表面、下表面反射的光信号，与光信号处理组件13连接的计算机则处理得到相应的光谱信号，根据得到的光谱信号中的两组波谷和两侧的波峰值数据进行处理计算，且由于波峰有一定宽度，以作为获得多组数据进行多次计算，依据计算得出两值与被测面板9在单位时间内的位移关系，则可计算出被测面板9的厚度。
如上所述一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的方法，在S2和S3步骤中，当在透光反射件3与准直透镜组7之间设有挡光片时，先由挡光片遮挡透光反射件3反射光束的中心光线而形成环形光束，再经过准直透镜组7准直为平行光束后射向色散聚焦透镜组8上。
或者在步骤S3中，当在准直透镜组7与色散聚焦透镜组8之间设有挡光片时，先由挡光片遮挡住经准直透镜组7准直的平行光束的中心光线而形成环形光束再射向色散聚焦透镜组8。
或者在步骤S4中，当在色散聚焦透镜组8与XY位移平台10之间设有挡光片时，由挡光片遮挡住经色散聚焦透镜组8色散聚焦的光束的中心光线而形成环形光束再聚焦射向被测面板9相应表面。
第三种技术方案，本发明一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的装置，沿光轴依次设有：
多光谱光源1、第一聚焦透镜组2、透光反射件3、准直透镜组7、色散聚焦透镜组8和XY位移平台10。
所述透光反射件3一侧且与准直透镜组7、色散聚焦透镜组8、XY位移平台10同侧地依次设有第二聚焦透镜组4和光信号处理组件13，所述多光谱光源1和第一聚焦透镜组2位于透光反射件3另一侧，所述第二聚焦透镜组4、光信号处理组件13的光轴线与准直透镜组7、色散聚焦透镜组8的光轴线关于透光反射件3的法线对称。
所述多光谱光源1用于提供及发射多光谱光束。
所述第一聚焦透镜组2用于将多光谱光源1发出的光束聚焦到透光反射件3上。
所述光信号处理组件13为光谱仪或颜色传感器，用于接收处理光信号。
所述透光反射件3具有一中心反射面31，且环绕中心反射面31同心地设有透光环形面30，所述中心反射面31用于反射第一聚焦透镜组2所聚焦光束的中心部分和对被测面板9所反射的反射光束进行反射以射向第二聚焦透镜组4，所述透光环形面30用于透过第一聚焦透镜组2所聚焦光束中非中心部分的光并射向准直透镜组7上。
所述准直透镜组7和色散聚焦透镜组8用于准直和聚焦，当透过透光环形面30的光束射向准直透镜组7上时，所述准直透镜组7则将光束准直为平行光束而射向色散聚焦透镜组8，色散聚焦透镜组8再将准直的平行光束聚焦于被测面板9相应表面，被测面板9所产生的反射光经过色散聚焦透镜8收集并准直为平行光束而射向准直透镜组7上，准直透镜组7再将色散聚焦透镜8准直的平行光束聚焦射向中心反射面31，并由中心反射面31反射射向第二聚焦透镜组4，最后由第二聚焦透镜组4将反射光束聚焦于的光信号处理组件13上。
进行测量时，调节光信号处理组件13、第二聚焦透镜组4、准直透镜组7、色散聚焦透镜组8、被测面板9、XY位移平台10同轴等高，且当将被测面板9放置于XY位移平台10上，通过调节XY位移平台10轴向移动，可使得被测面板9相应表面与色散聚焦透镜组8的焦平面重合。
如上所述一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的装置，所述透光反射件3与准直透镜组7之间设有挡光片，或所述准直透镜组7与色散聚焦透镜组8之间设有挡光片，或在色散聚焦透镜组8与XY位移平台10之间设有挡光片，所述挡光片用于遮挡光路的中心光线以形成环形光束。
如上所述一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的装置，所述透光反射件3还包括设置于透光环形面30外侧边缘上的吸光面33。
第四种技术方案，本发明一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的方法，其使用第三种技术方案所述一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的装置，包括如下步骤：
S1、调节多光谱光源1、第一聚焦透镜组2、准直透镜组7、色散聚焦透镜组8、被测面板9和XY位移平台10同轴等高，以及调节确保光信号处理组件13、第二聚焦透镜组4的光轴线与准直透镜组7、色散聚焦透镜组8的光轴线关于透光反射件3的法线对称。
S2、开启多光谱光源1，多光谱光源1射出的光束经过第一聚焦透镜组2聚焦而射向透光反射件3上，透光反射件3上的中心反射面31则将第一聚焦透镜组2聚焦光束的中心部分进行反射，且透光反射件3上的透光环形面30则将第一聚焦透镜组2聚焦光束的非中心部分进行通光并射向准直透镜组7。
S3、准直透镜组7将透光环形面30通光的光束准直为平行光束而射向色散聚焦透镜组8上。
S4、色散聚焦透镜组8将准直透镜组7准直的平行光束色散聚焦到被测面板9相应表面上，聚焦到被测面板9表面的光为没有中心波长的光谱环光，经被测面板9表面进行反射后，由色散聚焦透镜组8进行收集被测面板9表面的反射光且准直为平行光束而射向准直透镜组7上，之后准直透镜组7将色散聚焦透镜组8准直的平行光束聚焦于透光反射件3的中心反射面31上。
S5、透光反射件3的中心反射面31对被测面板9的反射聚焦光束进行反射而射向第二聚焦透镜组4，由第二聚焦透镜组4聚焦后，被光信号处理组件13接收，光信号处理组件13接收到的光谱信号应为两个具有一定宽度波峰且中间夹有一锐利的波谷的光谱信号。
S6、调节放置有被测面板9的XY位移平台10沿轴向移动，当在移动过程中使得被测面板9的上表面或下表面与色散聚焦透镜组8的焦平面重合，光信号处理组件13则可接收到被测面板9相应表面反射的光信号，与光信号处理组件13连接的计算机则处理得到相应的光谱信号，根据得到的光谱信号中的波谷和两侧的波峰值数据进行处理计算，且由于波峰有一定宽度，可获得多组数据以进行多次计算，依据计算值与被测面板9在单位时间内的位移关系，则可计算出相应的面型。
或调节放置有被测面板9的XY位移平台10沿轴向移动，在移动过程中使得被测面板9的上表面、下表面分别与色散聚焦透镜组8的焦平面重合，光信号处理组件13则可接收到被测面板9上表面、下表面反射的光信号，与光信号处理组件13连接的计算机则处理得到相应的光谱信号，根据得到的光谱信号中的两组波谷和两侧的波峰值数据进行处理计算，且由于波峰有一定宽度，以作为获得多组数据进行多次计算，依据计算得出两值与被测面板9在单位时间内的位移关系，则可计算出被测面板9的厚度。
如上所述一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的方法，S2和S3步骤中，当在透光反射件3与准直透镜组7之间设有挡光片时，先由挡光片遮挡透过透光环形面30的光束的中心线而形成环形光束，再经过准直透镜组7准直为平行光束后射向色散聚焦透镜组8上。
或者在步骤S3中，当在准直透镜组7与色散聚焦透镜组8之间设有挡光片时，先由挡光片遮挡住经准直透镜组7准直的平行光束的中心光线而形成环形光束再射向色散聚焦透镜组8。
或者在步骤S4中，当在色散聚焦透镜组8与XY位移平台10之间设有挡光片时，先由挡光片遮挡住经色散聚焦透镜组8色散聚焦的光束的中心光线而形成环形光束再射向被测面板9相应表面。
第五种技术方案，本发明一种光谱黑洞共焦测量面型或透明材料面板面型及厚度的装置，沿光轴依次设有：
多光谱光源1、Y型光纤16、准直透镜组7、色散聚焦透镜组8和XY位移平台10。
所述Y型光纤16具有入射端、出射端和接收端，所述Y型光纤16入射端与多光谱光源1耦合连接，所述Y型光纤16出射端朝向准直透镜组7，所述Y型光纤16接收端与光信号处理组件13连接。所述Y型光纤16的出射端具有纤芯Ⅰ、纤芯Ⅱ、纤芯Ⅲ、纤芯Ⅳ、纤芯Ⅴ、纤芯Ⅵ和纤芯Ⅶ，且纤芯Ⅰ外围一圈分别为纤芯Ⅱ、纤芯Ⅲ、纤芯Ⅳ、纤芯Ⅴ、纤芯Ⅵ和纤芯Ⅶ，所述Y型光纤16入射端具有围成一圈的纤芯Ⅱ、纤芯Ⅲ、纤芯Ⅳ、纤芯Ⅴ、纤芯Ⅵ和纤芯Ⅶ，所述Y型光纤16接收端具有纤芯Ⅰ。
所述多光谱光源1用于提供及发射多光谱光束。
所述光信号处理组件13为光谱仪或颜色传感器，用于接收处理光信号。
所述准直透镜组7和色散聚焦透镜组8用于准直和聚焦，当Y型光纤16出射端的光束射向准直透镜组7上时，所述准直透镜组7将光束准直为平行光束而射向色散聚焦透镜组8，色散聚焦透镜组8再将准直的平行光束聚焦于被测面板9相应表面，被测面板9所产生的反射光经过色散聚焦透镜8收集并准直为平行光束后射向准直透镜组7上，准直透镜组7再将色散聚焦透镜8准直的平行光束聚焦射向Y型光纤16出射端的纤芯Ⅰ上，通过纤芯Ⅰ将反射光束传递于光信号处理组件13上。
进行测量时，调节多光谱光源1、Y型光纤16入射端和出射端、准直透镜组7和色散聚焦透镜组8同轴，将被测面板9放置于XY位移平台10上，通过调节XY位移平台10轴向移动，可使得被测面板9相应表面与色散聚焦透镜组8的焦平面重合。
第六种技术方案，本发明一种光谱黑洞共焦测量面型或透明材料面板面型及厚度的方法，其使用第五种技术方案所述一种光谱黑洞共焦测量面型或透明材料面板面型及厚度的装置，包括步骤如下：
S1、调节多光谱光源1、Y型光纤16的入射端和出射端、准直透镜组7、色散聚焦透镜组8和XY位移平台10同轴。
S2、开启多光谱光源1，多光谱光源1射出的光束射到Y型光纤16的入射端上，通过纤芯Ⅱ、纤芯Ⅲ、纤芯Ⅳ、纤芯Ⅴ、纤芯Ⅵ和纤芯Ⅶ在Y型光纤16的出射端上形成点光源而射向准直透镜组7。
S3、准直透镜组7将经过Y型光纤16的出射端射出的光准直为平行光束后再射向色散聚焦透镜组8上。
S4、色散聚焦透镜组8将经准直透镜组7准直的平行光束聚焦到被测面板9相应表面，由被测面板9表面进行反射，色散聚焦透镜组8则收集被测面板9表面的反射光，并准直为平行光束而射向准直透镜组7上，准直透镜组7将色散聚焦透镜组8准直的平行光束聚焦于Y型光纤16出射端的纤芯Ⅰ上。
S5、Y型光纤16出射端的纤芯Ⅰ将收集到被测面板9反射光传递至Y型光纤16的接收端，使得光信号处理组件13接收到光信号，光信号处理组件13接收到的光谱信号应为两个具有一定宽度波峰且中间夹有一锐利的波谷的光谱信号。
S6、当将放置有被测面板9的XY位移平台10沿轴向移动，在移动过程中使得被测面板9的上表面或下表面与色散聚焦透镜组8的焦平面重合，光信号处理组件13则可接收到被测面板9相应表面反射的光信号，与光信号处理组件13连接的计算机则处理得到相应的光谱信号，根据得到的光谱中的波谷和两侧的波峰值数据进行处理计算，由于波峰有一定宽度，可以作为获得多组数据进行多次计算，依据计算值与被测面板9在单位时间内的位移关系，则可计算被测面板9的面型。
当将放置有被测面板9的XY位移平台10沿轴向移动，在移动过程中使得被测面板9的上表面、下表面相应与色散聚焦透镜组8的焦平面重合，光信号处理组件13则可接收到被测面板9上表面、下表面反射的光信号，与光信号处理组件13连接的计算机则处理得到相应的光谱信号，根据得到的光谱中的两组波谷和两侧的波峰值数据进行处理计算，由于波峰有一定宽度，可以作为获得多组数据进行多次计算，依据计算得出两值与被测面板9在单位时间内的位移关系，则计算出被测面板9的厚度。
如上所述的一种光谱扫描共焦测量面型或透明材料面板面型及厚度的方法，在步骤S2中，在Y型光纤16的出射端与准直透镜组7之间设有挡光片，先由挡光片遮挡住Y型光纤16出射端射出的光束的中心光线而形成环形光束，再经过准直透镜组7准直为平行光束而射向色散聚焦透镜组8上。
或者在步骤S3中，在准直透镜组7与色散聚焦透镜组8之间设有挡光片，先由挡光片遮挡住经准直透镜组7准直的平行光束的中心光线而形成环形光束再射向色散聚焦透镜组8。
或者在步骤S4中，在色散聚焦透镜组8与XY位移平台10之间设置有挡光片，由挡光片遮挡住经色散聚焦透镜组8色散聚焦的光束的中心光线而形成环形光束再射向被测面板9相应表面。
与现有技术相比较，本发明具有如下优点：
1.与现有的共焦技术相比，第一、二技术方案采用透光反射件，该透光反射件具有一中心小孔且环绕中心小孔同心地设有反射环形面，中心小孔对入射光束的中心部分光进行滤光，以及对被测面板所反射聚焦光束的中心部分进行通光，反射环形面将入射光束中非中心部分进行反射并作为共焦部分的光源，相对于现有技术中采用针孔滤光作为共焦部分的光源，其发光面积更大，使得光源强度更强，从而最后被测面板表面反射回来的检测信号也更强，确保了检测精度。
2.与现有的共焦技术相比，第三、四技术方案采用透光反射件，该透光反射件具有一中心反射面，且环绕中心反射面同心地设有透光环形面，中心反射面对入射光束的中心部分光进行反射，以及对被测面板所反射聚焦光束的中心部分进行反射，透光环形面将入射光束中非中心部分进行通光并作为共焦部分的光源，相对于现有技术中采用针孔滤光作为共焦部分的光源，其发光面积更大，使得光源强度更强，从而最后被测面板表面反射回来的检测信号也更强，确保了检测精度。
3.与现有的共焦技术相比，第五、六技术方案采用具有入射端、出射端和接收端的Y型光纤，出射端具有纤芯Ⅰ、纤芯Ⅱ、纤芯Ⅲ、纤芯Ⅳ、纤芯Ⅴ、纤芯Ⅵ和纤芯Ⅶ，且纤芯Ⅰ外围一圈分别为纤芯Ⅱ、纤芯Ⅲ、纤芯Ⅳ、纤芯Ⅴ、纤芯Ⅵ和纤芯Ⅶ，入射端具有围成一圈的纤芯Ⅱ、纤芯Ⅲ、纤芯Ⅳ、纤芯Ⅴ、纤芯Ⅵ和纤芯Ⅶ，接收端具有纤芯Ⅰ，入射光束的非中心部分光通过入射端上围成一圈的纤芯Ⅱ、纤芯Ⅲ、纤芯Ⅳ、纤芯Ⅴ、纤芯Ⅵ和纤芯Ⅶ而从出射端射出并作为共焦部分的光源，位于出射端中心的纤芯Ⅰ对被测面板所反射聚焦光束的中心部分进行接收并传递至光信号处理组件上，相对于现有技术中采用针孔滤光作为共焦部分的光源，其发光面积更大，使得光源强度更强，从而最后被测面板表面反射回来的检测信号也更强，确保了检测精度。
4.与现有的共焦技术相比，本发明采用上述技术方案，对被测面板表面反射回来的检测信号可获得两个具有一定宽度波峰且中间夹有一锐利的波谷的光谱信号，与现有的共焦技术中接收处理尖锐波峰峰值光谱信号相比，锐利的波谷相当于尖锐峰值光谱信号，而波谷两边具有一定宽度的波峰信号同样是有效采样，即除了尖锐的峰值处的信号采样，本发明还获得了一组具有一定宽度峰值信号的采样，如此，该数据量更多，相当于在一次测量当中，就获得了多组数据，通过对这多组数据的处理分析，相比现有的共焦技术，其检测精度会更高更准确。
【附图说明】
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：
图1为本发明第一种技术方案的结构示意图。
图2为第一种技术方案中透光反射件的结构示意图之一。
图3为第一种技术方案中透光反射件的结构示意图之二。
图4为本发明第三种技术方案的结构示意图。
图5为第三种技术方案中透光反射件的结构示意图之一。
图6为第三种技术方案中透光反射件的结构示意图之二。
图7为本发明第五种技术方案的结构示意图。
图8为本发明第五种技术方案中Y型光纤入射端截面示意图。
图9为本发明第五种技术方案中Y型光纤出射端截面示意图。
图10为本发明第五种技术方案中Y型光纤接收端截面示意图。
图11为本发明第五种技术方案中多光纤合束剖面结构示意图。
图12为本发明光信号处理组件接收到的光谱分布示意图。
图13为本发明第一、二、三、四技术方案中透光反射件在被测面板表面附近的光谱像示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明的实施方式作详细说明。
如图1、2、3所示，一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的装置，作为本发明的第一种技术方案，沿光轴依次设有：
多光谱光源1、第一聚焦透镜组2、透光反射件3、准直透镜组7、色散聚焦透镜组8和XY位移平台10。
多光谱光源1、第一聚焦透镜组2、准直透镜组7、色散聚焦透镜组8和XY位移平台10均位于透光反射件3一侧，透光反射件3另一侧依次设有第二聚焦透镜组4和光信号处理组件13，多光谱光源1、第一聚焦透镜组2的光轴线与准直透镜组7、色散聚焦透镜组8的光轴线关于透光反射件3的法线对称。
多光谱光源1用于提供及发射多光谱光束，第一聚焦透镜组2用于将多光谱光源1发出的光束聚焦到透光反射件3上，光信号处理组件13为光谱仪或颜色传感器，用于接收处理光信号。
如图2所示，透光反射件3具有一中心小孔21且环绕中心小孔21同心地设有反射环形面20，透光反射件3上的中心小孔21用于透过及滤掉第一聚焦透镜组2所聚焦光束的中心部分和对被测面板9所反射的反射光束进行通光以射向第二聚焦透镜组4，透光反射件3上的反射环形面20用于将第一聚焦透镜组2所聚焦光束中非中心部分的光反射射向准直透镜组7上。
如图3所示，透光反射件3还包括同心设置在反射环形面20外侧的透光环23。当光信号处理组件13采用颜色传感器时，优选配合图3所示透光反射件3，此时颜色更趋近单一，接收信号更好更准确。
准直透镜组7和色散聚焦透镜组8用于准直和聚焦，当反射环形面20的光反射射向准直透镜组7上时，准直透镜组7则将反射光束准直为平行光束而射向色散聚焦透镜组8上，色散聚焦透镜组8则将准直的平行光束聚焦于被测面板9相应表面。被测面板9所产生的反射光经过色散聚焦透镜8收集而准直为平行光束后射向准直透镜组7上，准直透镜组7再将色散聚焦透镜8准直的平行光束聚焦透过透光反射件3的中心小孔21而射向第二聚焦透镜组4，最后由第二聚焦透镜组4将透过中心小孔21的反射光束聚焦于光信号处理组件13上。
进行测量时，调节光信号处理组件13、第二聚焦透镜组4、准直透镜组7、色散聚焦透镜组8、被测面板9、XY位移平台10同轴等高，且当被测面板9放置于XY位移平台10上，通过调节XY位移平台10轴向移动，可使得被测面板9相应表面与色散聚焦透镜组8的焦平面重合。
第二种技术方案，为一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的方法，其使用第一种技术方案一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的装置，包括如下步骤：
S1、调节光信号处理组件13、第二聚焦透镜组4、准直透镜组7、色散聚焦透镜组8、被测面板9和XY位移平台10同轴等高，以及调节确保多光谱光源1、第一聚焦透镜组2的光轴线与准直透镜组7、色散聚焦透镜组8的光轴线关于透光反射件3的法线对称。
S2、开启多光谱光源1，多光谱光源1射出的光束经过第一聚焦透镜组2聚焦而射向透光反射件3的中心小孔21，中心小孔21将透过及滤掉第一聚焦透镜组2所聚焦光束的中心部分，透光反射件3上的反射环形面20则将第一聚焦透镜组2所聚焦光束中非中心部分的光反射射向准直透镜组7上。
S3、准直透镜组7将反射环形面20反射的光束准直为平行光束而射向色散聚焦透镜组8上。
S4、色散聚焦透镜组8将准直透镜组7准直的平行光束色散聚焦到被测面板9相应表面上，聚焦到被测面板9表面的光为没有中心波长的光谱环光，经被测面板9表面进行反射后，由色散聚焦透镜组8进行收集被测面板9表面的反射光且准直为平行光束而射向准直透镜组7上，之后准直透镜组7将色散聚焦透镜组8准直的平行光束聚焦于透光反射件3的中心小孔21上。
S5、透光反射件3的中心小孔21对被测面板9的反射聚焦光束进行通光而射向第二聚焦透镜组4，由第二聚焦透镜组4聚焦后，被光信号处理组件13接收，光信号处理组件13接收到的光谱信号则为两个具有一定宽度波峰且中间夹有一锐利的波谷的光谱信号，如图12所示。当光信号处理组件13使用颜色传感器时，通过与颜色传感器相连的计算机处理获取颜色信号坐标值随被测面板表面位移变换的差值，则可计算出被测面板的面型或厚度。
S6、调节放置有被测面板9的XY位移平台10沿轴向移动，当在移动过程中使得被测面板9的上表面或下表面与色散聚焦透镜组8的焦平面重合，光信号处理组件13则可接收到被测面板9相应表面反射的光信号，与光信号处理组件13连接的计算机则处理得到相应的光谱信号，根据得到的光谱信号中的波谷和两侧的波峰值数据进行处理计算，且由于波峰有一定宽度，以作为获得多组数据进行多次计算，依据计算值与被测面板9在单位时间内的位移关系，则可计算出相应的面型。
或调节放置有被测面板9的XY位移平台10沿轴向移动，在移动过程中使得被测面板9的上表面、下表面分别与色散聚焦透镜组8的焦平面重合，光信号处理组件13则可接收到被测面板9上表面、下表面反射的光信号，与光信号处理组件13连接的计算机则处理得到相应的光谱信号，根据得到的光谱信号中的两组波谷和两侧的波峰值数据进行处理计算，且由于波峰有一定宽度，以作为获得多组数据进行多次计算，依据计算得出两值与被测面板9在单位时间内的位移关系，则可计算出被测面板9的厚度。
在S2和S3步骤中，当在透光反射件3与准直透镜组7之间设有挡光片时，先由挡光片遮挡透光反射件3反射光束的中心光线而形成环形光束，再经过准直透镜组7准直为平行光束后射向色散聚焦透镜组8上。
或者在步骤S3中，当在准直透镜组7与色散聚焦透镜组8之间设有挡光片时，先由挡光片遮挡住经准直透镜组7准直的平行光束的中心光线而形成环形光束再射向色散聚焦透镜组8。
或者在步骤S4中，当在色散聚焦透镜组8与XY位移平台10之间设有挡光片时，由挡光片遮挡住经色散聚焦透镜组8色散聚焦的光束的中心光线而形成环形光束再聚焦射向被测面板9相应表面。
如图4-6所示，第三种技术方案，本发明一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的装置，沿光轴依次设有：
多光谱光源1、第一聚焦透镜组2、透光反射件3、准直透镜组7、色散聚焦透镜组8和XY位移平台10。
透光反射件3一侧且与准直透镜组7、色散聚焦透镜组8、XY位移平台10同侧地依次设有第二聚焦透镜组4和光信号处理组件13，多光谱光源1和第一聚焦透镜组2位于透光反射件3另一侧，第二聚焦透镜组4、光信号处理组件13的光轴线与准直透镜组7、色散聚焦透镜组8的光轴线关于透光反射件3的法线对称。
多光谱光源1用于提供及发射多光谱光束。
第一聚焦透镜组2用于将多光谱光源1发出的光束聚焦到透光反射件3上。
光信号处理组件13为光谱仪或颜色传感器，用于接收处理光信号。
如图5所示，透光反射件3具有一中心反射面31，且环绕中心反射面31同心地设有透光环形面30，中心反射面31用于反射第一聚焦透镜组2所聚焦光束的中心部分和对被测面板9所反射的反射光束进行反射以射向第二聚焦透镜组4，透光环形面30用于透过第一聚焦透镜组2所聚焦光束中非中心部分的光并射向准直透镜组7上。如图6所示，透光反射件3还包括设置于透光环形面30外侧边缘上的吸光面33。当光信号处理组件13使用颜色传感器时，优选配如图6所示的透光反射件3，其具有一定宽度的透光环形面30，此时颜色更趋近单一，接收信号更好更准确。
准直透镜组7和色散聚焦透镜组8用于准直和聚焦，当透过透光环形面30的光束射向准直透镜组7上时，准直透镜组7则将光束准直为平行光束而射向色散聚焦透镜组8，色散聚焦透镜组8再将准直的平行光束聚焦于被测面板9相应表面，被测面板9所产生的反射光经过色散聚焦透镜8收集并准直为平行光束而射向准直透镜组7上，准直透镜组7再将色散聚焦透镜8准直的平行光束聚焦射向中心反射面31，并由中心反射面31反射射向第二聚焦透镜组4，最后由第二聚焦透镜组4将反射光束聚焦于的光信号处理组件13上。
进行测量时，调节光信号处理组件13、第二聚焦透镜组4、准直透镜组7、色散聚焦透镜组8、被测面板9、XY位移平台10同轴等高，且当将被测面板9放置于XY位移平台10上，通过调节XY位移平台10轴向移动，可使得被测面板9相应表面与色散聚焦透镜组8的焦平面重合。
如上一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的装置，透光反射件3与准直透镜组7之间设有挡光片，或准直透镜组7与色散聚焦透镜组8之间设有挡光片，或在色散聚焦透镜组8与XY位移平台10之间设有挡光片，挡光片用于遮挡光路的中心光线以形成环形光束。
第四种技术方案，一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的方法，其使用第三种技术方案一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的装置，包括如下步骤：
S1、调节多光谱光源1、第一聚焦透镜组2、准直透镜组7、色散聚焦透镜组8、被测面板9和XY位移平台10同轴等高，以及调节确保光信号处理组件13、第二聚焦透镜组4的光轴线与准直透镜组7、色散聚焦透镜组8的光轴线关于透光反射件3的法线对称。
S2、开启多光谱光源1，多光谱光源1射出的光束经过第一聚焦透镜组2聚焦而射向透光反射件3上，透光反射件3上的中心反射面31则将第一聚焦透镜组2聚焦光束的中心部分进行反射，且透光反射件3上的透光环形面30则将第一聚焦透镜组2聚焦光束的非中心部分进行通光并射向准直透镜组7。
S3、准直透镜组7将透光环形面30通光的光束准直为平行光束而射向色散聚焦透镜组8上。
S4、色散聚焦透镜组8将准直透镜组7准直的平行光束色散聚焦到被测面板9相应表面上，聚焦到被测面板9表面的光为没有中心波长的光谱环光，经被测面板9表面进行反射后，由色散聚焦透镜组8进行收集被测面板9表面的反射光且准直为平行光束而射向准直透镜组7上，之后准直透镜组7将色散聚焦透镜组8准直的平行光束聚焦于透光反射件3的中心反射面31上。
S5、透光反射件3的中心反射面31对被测面板9的反射聚焦光束进行反射而射向第二聚焦透镜组4，由第二聚焦透镜组4聚焦后，被光信号处理组件13接收，光信号处理组件13接收到的光谱信号应为两个具有一定宽度波峰且中间夹有一锐利的波谷的光谱信号，如图12所示。当光信号处理组件13使用颜色传感器时，通过与颜色传感器相连的计算机处理获取颜色信号坐标值随表面位移变换的差值，则可计算出被测面板的面型或厚度。
S6、调节放置有被测面板9的XY位移平台10沿轴向移动，当在移动过程中使得被测面板9的上表面或下表面与色散聚焦透镜组8的焦平面重合，光信号处理组件13则可接收到被测面板9相应表面反射的光信号，与光信号处理组件13连接的计算机则处理得到相应的光谱信号，根据得到的光谱信号中的波谷和两侧的波峰值数据进行处理计算，且由于波峰有一定宽度，以作为获得多组数据进行多次计算，依据计算值与被测面板9在单位时间内的位移关系，则可计算出相应的面型。
或调节放置有被测面板9的XY位移平台10沿轴向移动，在移动过程中使得被测面板9的上表面、下表面分别与色散聚焦透镜组8的焦平面重合，光信号处理组件13则可接收到被测面板9上表面、下表面反射的光信号，与光信号处理组件13连接的计算机则处理得到相应的光谱信号，根据得到的光谱信号中的两组波谷和两侧的波峰值数据进行处理计算，且由于波峰有一定宽度，以作为获得多组数据进行多次计算，依据计算得出两值与被测面板9在单位时间内的位移关系，则可计算出被测面板9的厚度。
如上一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的方法，S2和S3步骤中，当在透光反射件3与准直透镜组7之间设有挡光片时，先由挡光片遮挡透过透光环形面30的光束的中心线而形成环形光束，再经过准直透镜组7准直为平行光束后射向色散聚焦透镜组8上。
或者在步骤S3中，当在准直透镜组7与色散聚焦透镜组8之间设有挡光片时，先由挡光片遮挡住经准直透镜组7准直的平行光束的中心光线而形成环形光束再射向色散聚焦透镜组8。
或者在步骤S4中，当在色散聚焦透镜组8与XY位移平台10之间设有挡光片时，先由挡光片遮挡住经色散聚焦透镜组8色散聚焦的光束的中心光线而形成环形光束再射向被测面板9相应表面。
如图9所示，为上述第一、二、三、四技术方案中透光反射件3在被测面板9表面附近的光谱环分布，以及光谱环41、42、43、44、45不同环面的中心位置波长光谱在轴线上相应展开，由于中心位置的光实际被透光反射件3透过或遮挡，故每个环中心是黑的，也就是没有该光谱的光信号，表现为连续光谱的黑洞。一般色散透镜在左边的话光束46为最短波长光，光束47为最长波长光，整个有效波长区间对应可检测范围。
如图7-11所示，第五种技术方案，本发明一种光谱黑洞共焦测量面型或透明材料面板面型及厚度的装置，沿光轴依次设有：
多光谱光源1、Y型光纤16、准直透镜组7、色散聚焦透镜组8和XY位移平台10。
Y型光纤16具有入射端、出射端和接收端，Y型光纤16入射端与多光谱光源1耦合连接，可在Y型光纤16入射端与多光谱光源1之间第一聚焦透镜组2，当多光谱光源1发出光束后经第一聚焦透镜组2聚焦于Y型光纤16入射端，以确保具有足够的光强。Y型光纤16出射端朝向准直透镜组7，Y型光纤16接收端与光信号处理组件13连接。如图9所示，Y型光纤16的出射端具有纤芯Ⅰ、纤芯Ⅱ、纤芯Ⅲ、纤芯Ⅳ、纤芯Ⅴ、纤芯Ⅵ和纤芯Ⅶ，且纤芯Ⅰ外围一圈分别为纤芯Ⅱ、纤芯Ⅲ、纤芯Ⅳ、纤芯Ⅴ、纤芯Ⅵ和纤芯Ⅶ；如图8所示，Y型光纤16入射端具有围成一圈的纤芯Ⅱ、纤芯Ⅲ、纤芯Ⅳ、纤芯Ⅴ、纤芯Ⅵ和纤芯Ⅶ；如图10所示，Y型光纤16接收端具有纤芯Ⅰ。
多光谱光源1用于提供及发射多光谱光束，光信号处理组件13为光谱仪或颜色传感器，用于接收处理光信号。当光信号处理组件13采用颜色传感器时，则选取纤芯较小的Y型光纤16，以使得颜色信号较好，便于检测。
准直透镜组7和色散聚焦透镜组8用于准直和聚焦，当Y型光纤16出射端的光束射向准直透镜组7上时，准直透镜组7将光束准直为平行光束而射向色散聚焦透镜组8，色散聚焦透镜组8再将准直的平行光束聚焦于被测面板9相应表面，被测面板9所产生的反射光经过色散聚焦透镜8收集并准直为平行光束后射向准直透镜组7上，准直透镜组7再将色散聚焦透镜8准直的平行光束聚焦射向Y型光纤16出射端的纤芯Ⅰ上，通过纤芯Ⅰ将反射光束传递于光信号处理组件13上。
进行测量时，调节多光谱光源1、Y型光纤16入射端和出射端、准直透镜组7和色散聚焦透镜组8同轴，将被测面板9放置于XY位移平台10上，通过调节XY位移平台10轴向移动，可使得被测面板9相应表面与色散聚焦透镜组8的焦平面重合。
为了遮挡光路的中心光线以形成环形光束而提高测量被测面板9面型或厚度的精度，可在Y型光纤16的出射端与准直透镜组7之间设置挡光片，或在准直透镜组7与色散聚焦透镜组8之间设置挡光片，或在色散聚焦透镜组8与XY位移平台10之间设置挡光片。
第六种技术方案，一种光谱黑洞共焦测量面型或透明材料面板面型及厚度的方法，其使用第五种技术方案一种光谱黑洞共焦测量面型或透明材料面板面型及厚度的装置，包括步骤如下：
S1、调节多光谱光源1、Y型光纤16的入射端和出射端、准直透镜组7、色散聚焦透镜组8和XY位移平台10相应等高同轴。
S2、开启多光谱光源1，多光谱光源1射出的光束射到Y型光纤16的入射端上，通过纤芯Ⅱ、纤芯Ⅲ、纤芯Ⅳ、纤芯Ⅴ、纤芯Ⅵ和纤芯Ⅶ在Y型光纤16的出射端上形成点光源而射向准直透镜组7。
S3、准直透镜组7将经过Y型光纤16的出射端射出的光准直为平行光束后再射向色散聚焦透镜组8上。
S4、色散聚焦透镜组8将经准直透镜组7准直的平行光束聚焦到被测面板9相应表面，由被测面板9表面进行反射，色散聚焦透镜组8则收集被测面板9表面的反射光，并准直为平行光束而射向准直透镜组7上，准直透镜组7将色散聚焦透镜组8准直的平行光束聚焦于Y型光纤16出射端的纤芯Ⅰ上。
S5、Y型光纤16出射端的纤芯Ⅰ将收集到被测面板9反射光传递至Y型光纤16的接收端，使得光信号处理组件13接收到光信号，光信号处理组件13接收到的光谱信号应为两个具有一定宽度波峰且中间夹有一锐利的波谷的光谱信号，如图8所示。当光信号处理组件13使用颜色传感器时，通过与颜色传感器相连的计算机处理获取颜色信号坐标值随表面位移变换的差值，则可相应计算出被测面板的面型或厚度。
S6、当将放置有被测面板9的XY位移平台10沿轴向移动，在移动过程中使得被测面板9的上表面或下表面与色散聚焦透镜组8的焦平面重合，光信号处理组件13则可接收到被测面板9相应表面反射的光信号，与光信号处理组件13连接的计算机则处理得到相应的光谱信号，根据得到的光谱中的波谷和两侧的波峰值数据进行处理计算，由于波峰有一定宽度，可以作为获得多组数据进行多次计算，依据计算值与被测面板9在单位时间内的位移关系，则可计算被测面板9的面型。
当将放置有被测面板9的XY位移平台10沿轴向移动，在移动过程中使得被测面板9的上表面、下表面相应与色散聚焦透镜组8的焦平面重合，光信号处理组件13则可接收到被测面板9上表面、下表面反射的光信号，与光信号处理组件13连接的计算机则处理得到相应的光谱信号，根据得到的光谱中的两组波谷和两侧的波峰值数据进行处理计算，由于波峰有一定宽度，可以作为获得多组数据进行多次计算，依据计算得出两值与被测面板9在单位时间内的位移关系，则计算出被测面板9的厚度。
如上的一种光谱扫描共焦测量面型或透明材料面板面型及厚度的方法，在步骤S2中，在Y型光纤16的出射端与准直透镜组7之间设有挡光片，先由挡光片遮挡住Y型光纤16出射端射出的光束的中心光线而形成环形光束，再经过准直透镜组7准直为平行光束而射向色散聚焦透镜组8上。
或者在步骤S3中，在准直透镜组7与色散聚焦透镜组8之间设有挡光片，先由挡光片遮挡住经准直透镜组7准直的平行光束的中心光线而形成环形光束再射向色散聚焦透镜组8。
或者在步骤S4中，在色散聚焦透镜组8与XY位移平台10之间设置有挡光片，由挡光片遮挡住经色散聚焦透镜组8色散聚焦的光束的中心光线而形成环形光束再射向被测面板9相应表面。
如图11所示，为被测面板9的反射光经过色散聚焦透镜组8，准直透镜组7后射向在Y型光纤16的出射端时，光束50、51、52为纤芯Ⅲ发出的光，经过共焦系统后，由被测面板9表面反射经过色散透镜组8、准直透镜组7后汇聚与Y型光纤16的出射端上的光束，其中光束51为共焦光束，根据共焦原理，光束51的两共轭焦点分别在被测面板表面上和纤芯Ⅲ上，光束50和52为共焦光束周围的部分离焦光。光束51则聚焦到纤芯Ⅲ上而不会被接收，而光束50、52的部分光会照射在纤芯Ⅰ上，并由纤芯Ⅰ接收而传递至光信号处理组件13上。故光信号处理组件13会接收到一个共焦点为锐利波谷且两边伴有一定宽度波峰的光谱信号，如图8所示。
本发明，如图1、4、7所示，多光谱光源1属于照明光源。照明光源是共焦光学系统的重要组成部分。在本发明的整个光学系统中，要求照明光源发射的光束具备较高的准直度和足够的光谱宽度，以及具有稳定的输出和足够的能效。
如图1、4、7所示，透光反射件3或Y型光纤16、准直透镜组7、色散透镜组8、被测面板表面一起组成多光谱共焦系统。经由透光反射件3反射或透过，或Y型光纤16的出射端发出的光作为共焦部分的光源，共焦部分的光源经过准直透镜组7准直再由色散聚焦透镜组8轴向聚焦色散，照到被测面板表面，再由被测面板表面反射回光后，依次经过色散聚焦透镜组8、准直透镜组7，焦点在被测面板表面的反射光才能反射回且聚焦在透光反射件3或Y型光纤16的相对发光光源位置，其他的光离焦，焦点在轴线上散开，依据不同的透光反射件3或Y型光纤16的结构，对部分离焦的光进行收集，获得所需要的光谱信号。
如图1、4、7所示，当光信号处理组件13使用光谱仪接收处理光信号时，通过轴向层析特性及光学色散原理建立距离与波长间的对应关系，并分析光谱仪得到的波谷信号与波谷两侧相伴的波峰信号，两侧的波峰信号两相对应，且因波峰具有一定宽度，可以获得多组有效采样数据，通过对波谷与波峰多组数据的采样与处理，可以获得精确的对应波长，从而获得位置信息，进而测量出被测面板的厚度或面型。
如图1、4、7所示，当光信号处理组件13使用颜色传感器接收处理光信号，通过轴向层析特性及光学色散原理建立距离与检测到颜色信号坐标值间的对应关系，并分析颜色传感器检测到的信号，通过处理获得检测所得颜色坐标值，通过坐标值从而获得位置信息，进而测量出被测面板的厚度或面型。
Claims (13)
1.一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的装置，其特征在于沿光轴依次设有：
多光谱光源(1)、第一聚焦透镜组(2)、透光反射件(3)、准直透镜组(7)、色散聚焦透镜组(8)和XY位移平台(10)；
所述多光谱光源(1)、第一聚焦透镜组(2)、准直透镜组(7)、色散聚焦透镜组(8)和XY位移平台(10)均位于透光反射件(3)一侧，所述透光反射件(3)另一侧依次设有第二聚焦透镜组(4)和光信号处理组件(13)，所述多光谱光源(1)、第一聚焦透镜组(2)的光轴线与准直透镜组(7)、色散聚焦透镜组(8)的光轴线关于透光反射件(3)的法线对称；
所述多光谱光源(1)用于提供及发射多光谱光束；
所述第一聚焦透镜组(2)用于将多光谱光源(1)发出的光束聚焦到透光反射件(3)上；
所述光信号处理组件(13)为光谱仪或颜色传感器，用于接收处理光信号；
所述透光反射件(3)具有一中心小孔(21)且环绕中心小孔(21)同心地设有反射环形面(20)，所述透光反射件(3)上的中心小孔(21)用于透过及滤掉第一聚焦透镜组(2)所聚焦光束的中心部分和对被测面板(9)所反射的反射光束进行通光以射向第二聚焦透镜组(4)，所述透光反射件(3)上的反射环形面(20)用于将第一聚焦透镜组(2)所聚焦光束中非中心部分的光反射射向准直透镜组(7)上；
所述准直透镜组(7)和色散聚焦透镜组(8)用于准直和聚焦，当反射环形面(20)的光反射射向准直透镜组(7)上时，所述准直透镜组(7)则将反射光束准直为平行光束而射向色散聚焦透镜组(8)上，色散聚焦透镜组(8)则将准直的平行光束聚焦于被测面板(9)相应表面；被测面板(9)所产生的反射光经过色散聚焦透镜(8)收集而准直为平行光束后射向准直透镜组(7)上，准直透镜组(7)再将色散聚焦透镜(8)准直的平行光束聚焦透过透光反射件(3)的中心小孔(21)而射向第二聚焦透镜组(4)，最后由第二聚焦透镜组(4)将透过中心小孔(21)的反射光束聚焦于光信号处理组件(13)上；
进行测量时，调节光信号处理组件(13)、第二聚焦透镜组(4)、准直透镜组(7)、色散聚焦透镜组(8)、被测面板(9)、XY位移平台(10)同轴等高，且当被测面板(9)放置于XY位移平台(10)上，通过调节XY位移平台(10)轴向移动，可使得被测面板(9)相应表面与色散聚焦透镜组(8)的焦平面重合。
2.如权利要求1所述一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的装置，其特征在于所述透光反射件(3)与准直透镜组(7)之间设有挡光片，或所述准直透镜组(7)与色散聚焦透镜组(8)之间设有挡光片，或在色散聚焦透镜组(8)与XY位移平台(10)之间设有挡光片，所述挡光片用于遮挡光路的中心光线以形成环形光束。
3.如权利要求1或2所述一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的装置，其特征在于所述透光反射件(3)还包括同心设置在反射环形面(20)外侧的透光环(23)。
4.一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的方法，其特征在于使用权利要求1-3任意一项所述一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的装置，包括如下步骤：
S1、调节光信号处理组件(13)、第二聚焦透镜组(4)、准直透镜组(7)、色散聚焦透镜组(8)、被测面板(9)和XY位移平台(10)同轴等高，以及调节确保多光谱光源(1)、第一聚焦透镜组(2)的光轴线与准直透镜组(7)、色散聚焦透镜组(8)的光轴线关于透光反射件(3)的法线对称；
S2、开启多光谱光源(1)，多光谱光源(1)射出的光束经过第一聚焦透镜组(2)聚焦而射向透光反射件(3)的中心小孔(21)，中心小孔(21)将透过及滤掉第一聚焦透镜组(2)所聚焦光束的中心部分，透光反射件(3)上的反射环形面(20)则将第一聚焦透镜组(2)所聚焦光束中非中心部分的光反射射向准直透镜组(7)上；
S3、准直透镜组(7)将反射环形面(20)反射的光束准直为平行光束而射向色散聚焦透镜组(8)上；
S4、色散聚焦透镜组(8)将准直透镜组(7)准直的平行光束色散聚焦到被测面板(9)相应表面上，聚焦到被测面板(9)表面的光为没有中心波长的光谱环光，经被测面板(9)表面进行反射后，由色散聚焦透镜组(8)进行收集被测面板(9)表面的反射光且准直为平行光束而射向准直透镜组(7)上，之后准直透镜组(7)将色散聚焦透镜组(8)准直的平行光束聚焦于透光反射件(3)的中心小孔(21)上；
S5、透光反射件(3)的中心小孔(21)对被测面板(9)的反射聚焦光束进行通光而射向第二聚焦透镜组(4)，由第二聚焦透镜组(4)聚焦后，被光信号处理组件(13)接收，光信号处理组件(13)接收到的光谱信号则为两个具有一定宽度波峰且中间夹有一锐利的波谷的光谱信号；
S6、调节放置有被测面板(9)的XY位移平台(10)沿轴向移动，当在移动过程中使得被测面板(9)的上表面或下表面与色散聚焦透镜组(8)的焦平面重合，光信号处理组件(13)则可接收到被测面板(9)相应表面反射的光信号，与光信号处理组件(13)连接的计算机则处理得到相应的光谱信号，根据得到的光谱信号中的波谷和两侧的波峰值数据进行处理计算，且由于波峰有一定宽度，可获得多组数据以进行多次计算，依据计算值与被测面板(9)在单位时间内的位移关系，则可计算出相应的面型；
或调节放置有被测面板(9)的XY位移平台(10)沿轴向移动，在移动过程中使得被测面板(9)的上表面、下表面分别与色散聚焦透镜组(8)的焦平面重合，光信号处理组件(13)则可接收到被测面板(9)上表面、下表面反射的光信号，与光信号处理组件(13)连接的计算机则处理得到相应的光谱信号，根据得到的光谱信号中的两组波谷和两侧的波峰值数据进行处理计算，且由于波峰有一定宽度，以作为获得多组数据进行多次计算，依据计算得出两值与被测面板(9)在单位时间内的位移关系，则可计算出被测面板(9)的厚度。
5.根据权利要求4所述一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的方法，其特征在于S2和S3步骤中，当在透光反射件(3)与准直透镜组(7)之间设有挡光片时，先由挡光片遮挡透光反射件(3)反射光束的中心光线而形成环形光束，再经过准直透镜组(7)准直为平行光束后射向色散聚焦透镜组(8)上；
或者在步骤S3中，当在准直透镜组(7)与色散聚焦透镜组(8)之间设有挡光片时，先由挡光片遮挡住经准直透镜组(7)准直的平行光束的中心光线而形成环形光束再射向色散聚焦透镜组(8)；
或者在步骤S4中，当在色散聚焦透镜组(8)与XY位移平台(10)之间设有挡光片时，由挡光片遮挡住经色散聚焦透镜组(8)色散聚焦的光束的中心光线而形成环形光束再聚焦射向被测面板(9)相应表面。
6.一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的装置，其特征在于沿光轴依次设有：
多光谱光源(1)、第一聚焦透镜组(2)、透光反射件(3)、准直透镜组(7)、色散聚焦透镜组(8)和XY位移平台(10)；
所述透光反射件(3)一侧且与准直透镜组(7)、色散聚焦透镜组(8)、XY位移平台(10)同侧地依次设有第二聚焦透镜组(4)和光信号处理组件(13)，所述多光谱光源(1)和第一聚焦透镜组(2)位于透光反射件(3)另一侧，所述第二聚焦透镜组(4)、光信号处理组件(13)的光轴线与准直透镜组(7)、色散聚焦透镜组(8)的光轴线关于透光反射件(3)的法线对称；
所述多光谱光源(1)用于提供及发射多光谱光束；
所述第一聚焦透镜组(2)用于将多光谱光源(1)发出的光束聚焦到透光反射件(3)上；
所述光信号处理组件(13)为光谱仪或颜色传感器，用于接收处理光信号；
所述透光反射件(3)具有一中心反射面(31)，且环绕中心反射面(31)同心地设有透光环形面(30)，所述中心反射面(31)用于反射第一聚焦透镜组(2)所聚焦光束的中心部分和对被测面板(9)所反射的反射光束进行反射以射向第二聚焦透镜组(4)，所述透光环形面(30)用于透过第一聚焦透镜组(2)所聚焦光束中非中心部分的光并射向准直透镜组(7)上；
所述准直透镜组(7)和色散聚焦透镜组(8)用于准直和聚焦，当透过透光环形面(30)的光束射向准直透镜组(7)上时，所述准直透镜组(7)则将光束准直为平行光束而射向色散聚焦透镜组(8)，色散聚焦透镜组(8)再将准直的平行光束聚焦于被测面板(9)相应表面，被测面板(9)所产生的反射光经过色散聚焦透镜(8)收集并准直为平行光束而射向准直透镜组(7)上，准直透镜组(7)再将色散聚焦透镜(8)准直的平行光束聚焦射向中心反射面(31)，并由中心反射面(31)反射射向第二聚焦透镜组(4)，最后由第二聚焦透镜组(4)将反射光束聚焦于的光信号处理组件(13)上；
进行测量时，调节光信号处理组件(13)、第二聚焦透镜组(4)、准直透镜组(7)、色散聚焦透镜组(8)、被测面板(9)、XY位移平台(10)同轴等高，且当将被测面板(9)放置于XY位移平台(10)上，通过调节XY位移平台(10)轴向移动，可使得被测面板(9)相应表面与色散聚焦透镜组(8)的焦平面重合。
7.如权利要求6所述一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的装置，其特征在于所述透光反射件(3)与准直透镜组(7)之间设有挡光片，或所述准直透镜组(7)与色散聚焦透镜组(8)之间设有挡光片，或在色散聚焦透镜组(8)与XY位移平台(10)之间设有挡光片，所述挡光片用于遮挡光路的中心光线以形成环形光束。
8.如权利要求6或7所述一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的装置，其特征在于所述透光反射件(3)还包括设置于透光环形面(30)外侧边缘上的吸光面(33)。
9.一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的方法，其特征在于使用权利要求6-8任意一项所述一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的装置，包括如下步骤：
S1、调节多光谱光源(1)、第一聚焦透镜组(2)、准直透镜组(7)、色散聚焦透镜组(8)、被测面板(9)和XY位移平台(10)同轴等高，以及调节确保光信号处理组件(13)、第二聚焦透镜组(4)的光轴线与准直透镜组(7)、色散聚焦透镜组(8)的光轴线关于透光反射件(3)的法线对称；
S2、开启多光谱光源(1)，多光谱光源(1)射出的光束经过第一聚焦透镜组(2)聚焦而射向透光反射件(3)上，透光反射件(3)上的中心反射面(31)则将第一聚焦透镜组(2)聚焦光束的中心部分进行反射，且透光反射件(3)上的透光环形面(30)则将第一聚焦透镜组(2)聚焦光束的非中心部分进行通光并射向准直透镜组(7)；
S3、准直透镜组(7)将透光环形面(30)通光的光束准直为平行光束而射向色散聚焦透镜组(8)上；
S4、色散聚焦透镜组(8)将准直透镜组(7)准直的平行光束色散聚焦到被测面板(9)相应表面上，聚焦到被测面板(9)表面的光为没有中心波长的光谱环光，经被测面板(9)表面进行反射后，由色散聚焦透镜组(8)进行收集被测面板(9)表面的反射光且准直为平行光束而射向准直透镜组(7)上，之后准直透镜组(7)将色散聚焦透镜组(8)准直的平行光束聚焦于透光反射件(3)的中心反射面(31)上；
S5、透光反射件(3)的中心反射面(31)对被测面板(9)的反射聚焦光束进行反射而射向第二聚焦透镜组(4)，由第二聚焦透镜组(4)聚焦后，被光信号处理组件(13)接收，光信号处理组件(13)接收到的光谱信号应为两个具有一定宽度波峰且中间夹有一锐利的波谷的光谱信号；
S6、调节放置有被测面板(9)的XY位移平台(10)沿轴向移动，当在移动过程中使得被测面板(9)的上表面或下表面与色散聚焦透镜组(8)的焦平面重合，光信号处理组件(13)则可接收到被测面板(9)相应表面反射的光信号，与光信号处理组件(13)连接的计算机则处理得到相应的光谱信号，根据得到的光谱信号中的波谷和两侧的波峰值数据进行处理计算，且由于波峰有一定宽度，可获得多组数据以进行多次计算，依据计算值与被测面板(9)在单位时间内的位移关系，则可计算出相应的面型；
或调节放置有被测面板(9)的XY位移平台(10)沿轴向移动，在移动过程中使得被测面板(9)的上表面、下表面分别与色散聚焦透镜组(8)的焦平面重合，光信号处理组件(13)则可接收到被测面板(9)上表面、下表面反射的光信号，与光信号处理组件(13)连接的计算机则处理得到相应的光谱信号，根据得到的光谱信号中的两组波谷和两侧的波峰值数据进行处理计算，且由于波峰有一定宽度，以作为获得多组数据进行多次计算，依据计算得出两值与被测面板(9)在单位时间内的位移关系，则可计算出被测面板(9)的厚度。
10.根据权利要求9所述一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的方法，其特征在于S2和S3步骤中，当在透光反射件(3)与准直透镜组(7)之间设有挡光片时，先由挡光片遮挡透过透光环形面(30)的光束的中心线而形成环形光束，再经过准直透镜组(7)准直为平行光束后射向色散聚焦透镜组(8)上；
或者在步骤S3中，当在准直透镜组(7)与色散聚焦透镜组(8)之间设有挡光片时，先由挡光片遮挡住经准直透镜组(7)准直的平行光束的中心光线而形成环形光束再射向色散聚焦透镜组(8)；
或者在步骤S4中，当在色散聚焦透镜组(8)与XY位移平台(10)之间设有挡光片时，先由挡光片遮挡住经色散聚焦透镜组(8)色散聚焦的光束的中心光线而形成环形光束再射向被测面板(9)相应表面。
11.一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的装置，其特征在于沿光轴依次设有：
多光谱光源(1)、Y型光纤(16)、准直透镜组(7)、色散聚焦透镜组(8)和XY位移平台(10)；
所述Y型光纤(16)具有入射端、出射端和接收端，所述Y型光纤(16)入射端与多光谱光源(1)耦合连接，所述Y型光纤(16)出射端朝向准直透镜组(7)，所述Y型光纤(16)接收端连接有光信号处理组件(13)；所述Y型光纤(16)的出射端具有纤芯Ⅰ、纤芯Ⅱ、纤芯Ⅲ、纤芯Ⅳ、纤芯Ⅴ、纤芯Ⅵ和纤芯Ⅶ，且纤芯Ⅰ外围一圈分别为纤芯Ⅱ、纤芯Ⅲ、纤芯Ⅳ、纤芯Ⅴ、纤芯Ⅵ和纤芯Ⅶ，所述Y型光纤(16)入射端具有围成一圈的纤芯Ⅱ、纤芯Ⅲ、纤芯Ⅳ、纤芯Ⅴ、纤芯Ⅵ和纤芯Ⅶ，所述Y型光纤(16)接收端具有纤芯Ⅰ。
所述多光谱光源(1)用于提供及发射多光谱光束；
所述光信号处理组件(13)为光谱仪或颜色传感器，用于接收处理光信号；
所述准直透镜组(7)和色散聚焦透镜组(8)用于准直和聚焦，当Y型光纤(16)出射端的光束射向准直透镜组(7)上时，所述准直透镜组(7)将光束准直为平行光束而射向色散聚焦透镜组(8)，色散聚焦透镜组(8)再将准直的平行光束聚焦于被测面板(9)相应表面，被测面板(9)所产生的反射光经过色散聚焦透镜(8)收集并准直为平行光束后射向准直透镜组(7)上，准直透镜组(7)再将色散聚焦透镜(8)准直的平行光束聚焦射向Y型光纤(16)出射端的纤芯Ⅰ上，通过纤芯Ⅰ将反射光束传递于光信号处理组件(13)上；
进行测量时，调节多光谱光源(1)、Y型光纤(16)入射端和出射端、准直透镜组(7)和色散聚焦透镜组(8)同轴，将被测面板(9)放置于XY位移平台(10)上，通过调节XY位移平台(10)轴向移动，可使得被测面板(9)相应表面与色散聚焦透镜组(8)的焦平面重合。
12.一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的方法，其特征在于使用权利要求11所述一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的装置，包括如下步骤：
S1、调节多光谱光源(1)、Y型光纤(16)的入射端和出射端、准直透镜组(7)、色散聚焦透镜组(8)和XY位移平台(10)同轴；
S2、开启多光谱光源(1)，多光谱光源(1)射出的光束射到Y型光纤(16)的入射端上，通过纤芯Ⅱ、纤芯Ⅲ、纤芯Ⅳ、纤芯Ⅴ、纤芯Ⅵ和纤芯Ⅶ在Y型光纤(16)的出射端上形成点光源而射向准直透镜组(7)；
S3、准直透镜组(7)将经过Y型光纤(16)的出射端射出的光准直为平行光束后再射向色散聚焦透镜组(8)上；
S4、色散聚焦透镜组(8)将经准直透镜组(7)准直的平行光束聚焦到被测面板(9)相应表面，由被测面板(9)表面进行反射，色散聚焦透镜组(8)则收集被测面板(9)表面的反射光，并准直为平行光束而射向准直透镜组(7)上，准直透镜组(7)将色散聚焦透镜组(8)准直的平行光束聚焦于Y型光纤(16)出射端的纤芯Ⅰ上；
S5、Y型光纤(16)出射端的纤芯Ⅰ将收集到被测面板(9)反射光传递至Y型光纤(16)的接收端，使得光信号处理组件(13)接收到光信号，光信号处理组件(13)接收到的光谱信号应为两个具有一定宽度波峰且中间夹有一锐利的波谷的光谱信号；
S6、当将放置有被测面板(9)的XY位移平台(10)沿轴向移动，在移动过程中使得被测面板(9)的上表面或下表面与色散聚焦透镜组(8)的焦平面重合，光信号处理组件(13)则可接收到被测面板(9)相应表面反射的光信号，与光信号处理组件(13)连接的计算机则处理得到相应的光谱信号，根据得到的光谱中的波谷和两侧的波峰值数据进行处理计算，由于波峰有一定宽度，可获得多组数据以进行多次计算，依据计算值与被测面板(9)在单位时间内的位移关系，则可计算被测面板(9)的面型；
当将放置有被测面板(9)的XY位移平台(10)沿轴向移动，在移动过程中使得被测面板(9)的上表面、下表面相应与色散聚焦透镜组(8)的焦平面重合，光信号处理组件(13)则可接收到被测面板(9)上表面、下表面反射的光信号，与光信号处理组件(13)连接的计算机则处理得到相应的光谱信号，根据得到的光谱中的两组波谷和两侧的波峰值数据进行处理计算，由于波峰有一定宽度，可以作为获得多组数据进行多次计算，依据计算得出两值与被测面板(9)在单位时间内的位移关系，则计算出被测面板(9)的厚度。
13.根据权利要求12所述的一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的方法，其特征在于在步骤S2中，在Y型光纤(16)的出射端与准直透镜组(7)之间设有挡光片，先由挡光片遮挡住Y型光纤(16)出射端射出的光束的中心光线而形成环形光束，再经过准直透镜组(7)准直为平行光束而射向色散聚焦透镜组(8)上；
或者在步骤S3中，在准直透镜组(7)与色散聚焦透镜组(8)之间设有挡光片，先由挡光片遮挡住经准直透镜组(7)准直的平行光束的中心光线而形成环形光束再射向色散聚焦透镜组(8)；
或者在步骤S4中，在色散聚焦透镜组(8)与XY位移平台(10)之间设置有挡光片，由挡光片遮挡住经色散聚焦透镜组(8)色散聚焦的光束的中心光线而形成环形光束再射向被测面板(9)相应表面。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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