CN114017709A - 一种高亮度暗场照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高亮度暗场照明装置，包括固定座和多个照明模块，所述固定座用于定位和固定所述照明模块，所述照明模块用于将内部光源发出的光投射到被测物表面。所述固定座为空心碗型结构，旋转对称分布多个定位孔，每个照明模块安装于一个对应的定位孔内。每一个所述照明模块以一定角度照亮被测物表面，所述多个照明模块按照旋转对称方式分布，形成多个俯仰角的环形照明阵列。本暗场照明装置的照明模块阵列排布成多个环形，俯仰角覆盖范围30°~75°，扩展了应对的缺陷范围；将被测物表面反射光二次反射到被测物表面，提高了光能利用率；反光杯跟固定座直接连接，结构紧凑，有利于空间光能量集中，提高总光照亮度。

Description

一种高亮度暗场照明装置
技术领域
本发明属于液晶面板检测技术领域，特别的是涉及一种用于液晶面板检测的高亮度暗场照明装置。
背景技术
在液晶面板制程缺陷检测领域中，主要用到的光学检测方式为亮场检测和暗场检测。暗场成像方式跟亮场有很大的不同，暗场不接收目标直接反射光，而是接收目标高度变化边缘对照明光的散射光，排除了被检物体的反射光干扰，提高感兴趣的特征点的信噪比。因此暗场检测在高度变化的缺陷和灰尘等检测中具有更高的灵敏度。但是，也因此暗场照明方式图像比亮场照明图像要暗的多，这就要求暗场照明需要更高亮度的光源，大概是亮场光源亮度的几十倍。再者，液晶面板制程缺陷检测检测速度非常快，面板移动速度可达几百毫米每秒，相机曝光时间只有几微秒。基于以上原因，在液晶面板制程缺陷检测领域中，普遍存在暗场照明光源亮度不足的困境。
目前暗场照明光源装置可以分为四种：1、碗型光源，2、环形光源，3、照明镜头，4、光波导。碗型光源，依靠反光涂层散射底部LED阵列发出的光，此类照明光源因LED数量受限亮度不高。环形光源，LED和塑料透镜封装成一个发光单元，发光单元呈阵列固定在环形基座上，可以排布较多的发光单元，但其聚光效果较差，光利用率较低。照明镜头，经过优化的照明镜头聚光效果和光利用率可以做到很好，但其体积较大，可排布的数量受限，进而总照度受限。光波导，外部光源光束经过光纤或波导模块的多次全反射后入射到照明面，其体积较小，但存在光衰和亮度不高的问题。
发明内容
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
针对以上液晶面板检测暗场照明亮度不足的问题，本发明设计一种高亮度暗场照明装置。
具体的，为了解决以上问题，本发明提供了一种高亮度暗场照明装置，该高亮度照明装置主要包括：固定座和照明模块。
所述固定座用于定位和固定照明模块。所述固定座为空心碗型结构，旋转对称分布多个定位孔。
所述照明模块用于将光源发出的光投射到被测物表面。每一个所述照明模块以一定角度照亮被测物表面；多个照明模块按照旋转对称方式分布，形成多个俯仰角的环形照明阵列。
所述照明模块包括光源，反光杯，聚焦透镜。所述反光杯和聚焦透镜将光源发出的光投射到被测物表面。
优选的，所述固定座内表面喷涂反光涂层。照明模块发出的光束被被测物表面反射，此反射光到达固定座内表面后被固定座内表面的反光涂层二次反射，二次反射光第二次照亮被测物，提高光能利用率和照明亮度。
优选的，所述照明模块光轴俯仰角30°~75°，所述固定座定位孔旋转轴俯仰角30°~75°。
优选的，照明模块布置为五个环形阵列，每个阵列10个照明模块，各环的俯仰角从高到低分别是30°，45°，53°，64°，75°。
优选的，光源采用高亮LED光源。
优选的，反光杯内壁喷涂镜面反光涂层。
优选的，反光杯外侧带螺纹，固定座定位孔内壁带螺纹，反光杯和固定座通过螺纹连接。
优选的，光源固定在反光杯后端，聚焦透镜被反光杯前端和固定座定位孔底部压圈压住。
优选的，聚焦透镜为矫正了球差的聚焦透镜，一个面为双曲面，另一个面为球面。
优选的，照明模块阵列在俯仰角度上分成三个区，在方位角上分成四个区，共十二个区，每个区可以单独点亮。因为暗场照明中入射光角度对散射光强度影响非常大，所以暗场照明装置在针对不同的缺陷时要使用不同角度的入射光。因此，暗场照明装置要有较大的俯仰角和方位角覆盖范围，以及分区控制的功能。
本发明的优点在于：
（1）本暗场照明装置的照明模块阵列排布成多个环形，俯仰角覆盖范围30°~75°，扩展了应对的缺陷范围。
（2）固定座内表面喷涂反光涂层，将被测物表面反射光二次反射到被测物表面，提高了光能利用率。
（3）照明模块没有外壳，反光杯跟固定座直接连接，结构紧凑，有利于空间光能量集中，提高总光照亮度。
（4）本实施例中可排布的照明模块数量50个，具有较高的照明亮度。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
附图1示出了根据本发明实施方式的暗场照明装置结构示意图。
附图2示出了根据本发明实施方式的发光模块示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
对于利用透镜将光源光束汇聚到照明面的照明光学系统，由聚焦透镜入射光通量和出射光通量守恒可得：
d*u*l=D*U*L (1)
式中，d，D分别为光源和照明面几何高度，u，U分别为聚焦透镜相对光源和照明面的孔径角，l，L分别为光源表面发光亮度和照明面接收到的入射光亮度，单位：流明/球面度/平方米。
依据拉赫不变量公式：
n*u*y=n`*u`*y`，其中，n，n`为物方、像方介质折射率，u、u`为物方、像方光束孔径角，y、y`分别为物高、像高。
在物方和像方介质相同时，拉赫不变量公式可变为：u*y=u`*y`，
即，d*u=D*U，带入公式（1）可得：
l=L
其物理意义是照明面接收到的照明光亮度等于光源表面的发光亮度。单位面积的照明面接收到的总光照度跟发光单元出光孔总空间立体角成正比。
因此，为了提高暗场照明装置的照明强度，需要尽可能的提高光源发光亮度和增大透镜出光孔相对于照明面的空间立体角。在光源发光亮度达到物理极限后，照明面接收到的照明亮度将不变。要想进一步提高照明面接收到的照明光强度就需要做结构优化，使得发光模组出光孔尽可能的密集以减少出光孔之间的间隙区域面积，同时尽可能提高发光模组覆盖的空间角度范围。
基于以上原理，本发明设计了一种高亮度暗场照明装置。如图1所示，本发明涉及的高亮度暗场照明装置从结构上可以分为：固定座100和照明模块200。
固定座100用于定位和固定照明模块。固定座100为空心碗型结构，旋转对称分布多个定位孔。
照明模块200位于固定座定位孔内，负责将光源发出的光束投射到被测物表面。每一个照明模块200以一定角度照亮被测物表面；多个照明模块按照旋转对称方式分布，形成多个俯仰角的环形照明阵列。
图2是照明模块结构示意图。照明模块发光单元200由光源201、反光杯202、聚焦透镜203组成。发光单元放置于固定座定位孔内，光源201跟反光杯202通过螺丝固定在一起，反光杯202通过外侧螺纹跟固定座100连接，反光杯202和固定座100的定位孔底部压圈一起将聚焦透镜203压住。
优选的，所述固定座100内表面喷涂反光涂层。照明模块200出光孔之间的间隙对暗场照明装置的照明强度没有贡献，会降低被测物接收到的入射光平均亮度，因此在固定座100内表面喷涂反光涂层。照明模块发出的光束被被测物表面反射，此反射光到达固定座内表面后被固定座内表面的反光涂层二次反射，二次反射光第二次照亮被测物。反光涂层使原本无效的空间角度参与到了暗场照明中，提高光能利用率和照明强度。
优选的，所述照明模块200光轴俯仰角30°~75°，所述固定座100定位孔102旋转轴俯仰角30°~75°。缺陷散射光的强弱与入射光角度有着直接关系，大范围的入射光角度能够使暗场照明装置在应对更多种类的缺陷是都产生较强的散射信号，进而提高检测范围。
优选的，照明模块200布置为五个环形阵列，每个阵列10个照明模块，各环的俯仰角从高到低分别是30°，45°，53°，64°，75°。
优选的，照明模块阵列在俯仰角度上分成三个区，在方位角上分成四个区，共十二个区，每个区可以单独点亮。因为暗场照明中入射光角度对散射光强度影响非常大，所以暗场照明装置在针对不同的缺陷时要使用不同角度的入射光。因此，暗场照明装置要有较大的俯仰角和方位角覆盖范围，以及分区控制的功能。
优选的，光源201采用高亮LED光源。光源201可以是相干光源和宽带光源。但由于相干光源的相干性，相干光源照明存在散斑和干涉条纹，其对缺陷检出有影响。所以，采用宽带光源，特别的高亮LED因为结构紧凑、亮度高作为优选。
优选的，反光杯202内壁喷涂镜面反光涂层，提高光源光能利用率。
优选的，聚焦透镜203为矫正了球差的聚焦透镜，靠近光源的面为双曲面，远离光源的面为球面。
工作时，成像镜头穿过固定座上部大孔101，照明模块光源201发出的光束经过反光杯202和聚焦透镜203被投射到被测物表面，一部分光被被测物表面散射，一部分光被被测面反射，反射光到达固定座内壁，然后再次被反射到被测面，被侧面散射的总光束被成像镜头接收并被传导到传感器上生成带有被测面物理特征的信号。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高亮度暗场照明装置，其特征在于：包括固定座和多个照明模块，所述固定座用于定位和固定所述照明模块，所述照明模块用于将内部光源发出的光投射到被测物表面。
2.如权利要求1所述的暗场照明装置，其特征在于，所述固定座为空心碗型结构，旋转对称分布多个定位孔，每个照明模块安装于一个对应的定位孔内。
3.如权利要求1或2所述的暗场照明装置，其特征在于，所述固定座内表面喷涂反光涂层。
4.如权利要求1或2所述的暗场照明装置，其特征在于，所述照明模块由聚焦透镜、反光杯和光源组成；所述反光杯外侧带螺纹，固定座的定位孔内壁带螺纹，反光杯和固定座通过螺纹连接，光源跟反光杯通过螺丝固定在一起。
5.如权利要求4所述的暗场照明装置，其特征在于，所述反光杯内壁喷涂镜面反光涂层。
6.如权利要求4所述的暗场照明装置，其特征在于，所述光源固定在反光杯后端，聚焦透镜被反光杯前端和固定座的定位孔底部压圈压住。
7.如权利要求2或6所述的暗场照明装置，其特征在于，每一个所述照明模块以一定角度照亮被测物表面，所述多个照明模块按照旋转对称方式分布，形成多个俯仰角的环形照明阵列。
8.如权利要求7所述的暗场照明装置，其特征在于，所述照明模块布置为五个环形阵列，每个环形阵列有10个照明模块，各环的俯仰角从高到低分别是30°，45°，53°，64°，75°，所述固定座的定位孔旋转轴俯仰角为30°~75°。
9.如权利要求7所述的暗场照明装置，其特征在于，所述照明模块阵列在俯仰角度上分成三个区，在方位角上分成四个区，共十二个区，每个区可以单独点亮。
10.如权利要求4所述的暗场照明装置，其特征在于，所述聚焦透镜靠近光源的面为双曲面，远离光源的面为球面。
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