CN204758502U - 透镜测试系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及透镜测试系统,用于测试具有透镜表面的透镜。所述透镜测试系统包括：被配置成产生光的测试图案的测试图案源；被配置成捕获从透镜表面反射的测试图案的图像的照相机系统；和被配置成通过处理反射的测试图案的捕获的图像来评估透镜的计算设备。本公开的一个实施例解决的一个问题是提供用于测试或评估透镜的改进方式。根据本公开的一个实施例的一个用途是提供了用于测试或评估透镜的透镜测试系统。由此，令人满意的透镜可被结合到组件中，供电子设备之用。有缺陷的透镜可被丢弃或者再加工。

Description

透镜测试系统

技术领域

本实用新型涉及光学检测，更具体地说，涉及用于测试或评估诸如透镜之类的光学组件的光学测试系统。

背景技术

诸如蜂窝电话、计算机的电子设备以及其它设备通常装备有使用透镜的电气组件。例如，接近传感器模块和照相机模块可包含透镜。

利用诸如塑料成型技术之类的技术，可以大批量地制造用于诸如此类的组件的小型透镜。归因于制造变差，不能完美地形成所有的透镜。一些透镜可能包含扁平的区域和其它瑕疵。这些瑕疵难以或者不可能利用常规的目测检查技术检测。结果，存在将把有缺陷的透镜装配到电气组件中的风险。如果不注意，在检测出透镜问题之前，组件可能会被完全装配或者甚至用在制成的电子设备中，导致浪费和制造效率低下。

因此，理想的是能够提供评估透镜的改进方式。

实用新型内容

本公开的一个实施例的一个目的是提供用于测试或评估透镜的改进方式。

根据本公开的一个方面，提供了一种透镜测试系统，用于测试具有透镜表面的透镜，其特征在于，所述透镜测试系统包括：被配置成产生光的测试图案的测试图案源；被配置成捕获从透镜表面反射的测试图案的图像的照相机系统；和被配置成通过处理反射的测试图案的捕获的图像来评估透镜的计算设备。

根据一个实施例，所述测试图案源包括：光源；和不透明掩模，所述不透明掩模包含允许光通过不透明掩模以形成测试图案的开口的图案。

根据一个实施例，所述透镜测试系统还包括在光源和不透明掩模之间的漫射器。

根据一个实施例，所述不透明掩模中的开口被配置成形成斑点的阵列。

根据一个实施例，所述测试图案源是被配置成产生具有黑暗背景的多个照亮的测试元件的测试图案源。

根据一个实施例，所述测试图案源是被配置成产生光斑的阵列的测试图案源。

根据一个实施例，所述测试图案源是被配置成产生十字的阵列的测试图案源。

根据一个实施例，所述测试图案源是被配置成产生具有光斑的测试图案的测试图案源，其中所述光斑在测试图案的第一部分中具有第一密度，在测试图案的第二部分中具有第二密度，以及其中所述第二密度不同于所述第一密度。

根据一个实施例，所述测试图案源是被配置成产生测试元件的圆形图案的测试图案源。

根据一个实施例，所述测试图案源是被配置成产生多个照亮的圆环的测试图案源。

根据一个实施例，所述测试图案源是被配置成产生大到足以覆盖透镜的表面的测试图案的测试图案源。

根据一个实施例，所述计算设备是被配置成计数捕获的图像中的斑点的计算设备。

根据一个实施例，所述计算设备是被配置成确定透镜的曲率半径值的计算设备。

根据一个实施例，所述计算设备是被配置成测量斑点间距离的计算设备。

根据一个实施例，所述计算设备是被配置成测量线条曲率的计算设备。

根据一个实施例，所述计算设备是被配置成处理捕获的图像以识别透镜表面的平坦部分、突出和凹陷的计算设备。

根据一个实施例，所述测试图案包括测试元件的阵列，以及其中所述计算设备是被配置成处理捕获的图像以单独分析所述阵列中的测试元件的计算设备。

根据一个实施例，所述透镜测试系统还包括利用处理的捕获的图像来确定透镜是否满足预定标准的装置。

根据本公开的另一个方面，提供了一种透镜测试系统，用于评估具有透镜表面的透镜，其特征在于，所述透镜测试系统包括：被配置成产生从透镜表面反射出的斑点的阵列的测试图案源；被配置成捕获斑点的反射阵列的图像的照相机系统；和被配置成通过处理斑点的反射阵列的捕获的图像来评估透镜的计算设备，其中通过处理斑点的反射阵列的捕获的图像来评估透镜包括计数斑点的反射阵列中的斑点。

根据本公开的一个实施例的一个技术效果是提供了用于测试或评估透镜的透镜测试系统。由此，令人满意的透镜可被结合到组件中，供电子设备之用。有缺陷的透镜可被丢弃或者再加工。

透镜测试系统具有产生光的测试图案的测试图案源。透镜具有反射测试图案的透镜表面。数字照相机系统可捕获反射的测试图案的图像。计算设备可对反射的测试图案的捕获图像进行图像处理操作，以评估透镜。

测试图案可包含测试元件比如斑点的矩形阵列或者其它测试元件的已知图案。例如，测试图案可包含一系列的平行线，或者形成网格的十字交叉线。可以使用圆形斑点、矩形斑点、十字、或者其它形状的测试元件。测试元件可被排列成矩形阵列、排列成行，排列成圆形、或者排列成其它适当的图案。测试图案可包含圆形特征，比如环形测试元件。环形测试元件可同心地嵌套在彼此之内。环形元件也可被排列成圆形阵列图案。

在图像处理操作中，计算设备可分析测试图案中的斑点或其它测试元件的反射形式，以测量透镜的特性，比如曲率半径。图像处理操作可揭示透镜是否包含诸如平坦区、凹坑或凸起之类的缺陷。还可检测透镜放置问题，比如相对于支承结构内的理想位置的偏移。当测试图案中的斑点的间隔不同于预期间隔时，当计数的捕获图像中的斑点的数目和预期值不符时，当反射的线条或斑点具有不同于预期曲率的曲率时，和当反射的元件具有背离预期形状的形状时，可以检测出透镜缺陷。当检测到缺陷时，计算设备可以通知操作人员，可以在数据日志中创建条目，或者可以通过调整制造设备自动采取校正动作。令人满意的透镜可被结合到组件中，供电子设备之用。有缺陷的透镜可被丢弃或者再加工。

测试系统可用于测试包括塑料透镜、玻璃透镜、纳米透镜(例如，可以用在直接搁置在光场照相机中的图像传感器上的显微透镜领域中的那种透镜)，纳米球、其它光学结构、或者其它关心的结构。

根据附图和优选实施例的以下详细说明，本实用新型的其它特征，本实用新型的性质和各种优点将更明显。

附图说明

图1是按照本实用新型的实施例的例证透镜检测系统的示图。

图2是按照本实用新型的实施例，利用环形测试图案源照射透镜的透镜检测系统的横截面视图。

图3是按照本实用新型的实施例，显示系统内的可相对于被测透镜放置光源和照相机的可能位置的例证透镜检测系统的顶视图。

图4是按照本实用新型的实施例，具有圆的矩形阵列的例证透镜测试图案。

图5是按照本实用新型的实施例，从符合要求的透镜的表面反射的例证透镜测试图案。

图6是按照本实用新型的实施例，从具有瑕疵的透镜的表面反射的例证透镜测试图案。

图7是按照本实用新型的实施例，具有正方形的矩形阵列的例证透镜测试图案。

图8是按照本实用新型的实施例，具有十字的矩形阵列的例证透镜测试图案。

图9是按照本实用新型的实施例，由平行线形成的例证透镜测试图案。

图10是按照本实用新型的实施例，具有网格线的例证透镜测试图案。

图11是按照本实用新型的实施例，具有同心光环的例证透镜测试图案。

图12是按照本实用新型的实施例，具有圆环的阵列的例证透镜测试图案。

图13是按照本实用新型的实施例，具有照亮的环形测试元件的圆形阵列的例证透镜测试图案。

图14是按照本实用新型的实施例，具有密度不均匀地分布的测试元件，使得当测试透镜时，把测试元件集中在特别关心的区域中的例证透镜测试图案。

图15是按照本实用新型的实施例，示出如何构成透镜测试图案，以适合最佳透镜的曲率，使得好透镜对透镜测试图案的反射将向检测系统呈现均匀间隔的斑点的矩形阵列图案的示图。

图16是按照本实用新型的实施例，示出如何构成透镜测试图案中的圆形光斑或其它测试元件的阵列，以部分覆盖被测透镜的暴露表面的示图。

图17是按照本实用新型的实施例，示出如何构成透镜测试图案中的圆形光斑或其它测试元件的阵列，以照亮覆盖透镜的整个暴露表面的区域和额外的周围区域的示图。

图18是按照本实用新型的实施例，利用曲率半径表征的例证透镜的横截面侧视图。

图19是按照本实用新型的实施例，具有可用光学检测系统检测的瑕疵的例证透镜的横截面侧视图。

图20是按照本实用新型的实施例，示出光学检测系统如何检测透镜是否已偏离其理想位置的例证透镜的横截面侧视图。

图21是按照本实用新型的实施例，利用光学检测系统评估诸如透镜之类的组件时涉及的例证步骤的流程图。

图22是按照本实用新型的实施例，具有可用于产生测试图案的显示器的例证测试系统的示图。

图23是按照本实用新型的实施例，利用图22中所示的那种测试系统时涉及的例证步骤的流程图。

图24是按照本实用新型的实施例，具有测试图案产生设备的例证透镜检测系统的示图，所述测试图案产生设备包括在测试期间，帮助把光射到透镜表面的辅助光学组件。

图25是按照本实用新型的实施例，在具有基准物的支承结构中的例证透镜的顶视图。

图26是按照本实用新型的实施例，利用测试系统处理捕获的图像数据时涉及的例证步骤的流程图，所述捕获的图像数据包括关于基准物的信息。

图27是按照本实用新型的实施例，示出如何把测试光施加到透镜的正面和背面，和示出如何利用照相机系统或者其它检测器收集前方反射、后方反射和透射光，以确定透镜是否包含缺陷的例证测试系统的示图。

图28是按照本实用新型的实施例，其中利用光纤结构形成测试图案发生器的例证测试系统的一部分的透视图。

图29是按照本实用新型的实施例，示出如何利用检测系统检测一大片透镜的示图。

图30是按照本实用新型的实施例，示出在透镜检测操作中，如何利用照相机系统捕获三种不同颜色的光的例证透镜的横截面侧视图。

具体实施方式

本申请要求2012年5月1日提出的临时专利申请No.61/640,872，和2012年8月29日提出的非临时专利申请No.13/597,704的优先权，这些申请在此整体引为参考。

图1中示出了可用于检测电子设备中的组件的那种光学检测系统。如图1中所示，光学检测系统10可包括照亮的测试图案源，比如照亮的测试图案源12。测试图案源12可包括诸如光源14之类的光源，诸如漫射器16之类的光漫射器，和诸如掩模18之类带图案的不透明掩模。光源14可以是灯、一个或多个发光二极管、或者其它光源。光源14可被配置成产生红外光、可见光或紫外光。

利用光漫射器16，可以漫射光源14产生的光。光漫射器16可由毛玻璃、半透明塑料、或者其它适当的光漫射器结构形成。

带图案的不透明掩模18可包括诸如不透明掩模基板22之类的不透明基板。在基板22中可以形成开口20。光可通过由开口22形成的图案。所述光可充当用于测试系统10中的被测结构比如被测结构24的照亮的测试图案。

被测结构24可包括光学结构或其它结构。例如，被测结构24可包括透镜，比如安装在支承结构24中的透镜28。支承结构24可以是在透镜28的测试中使用的测试固定装置，或者可以是作为其中将使用透镜28的组件的一部分的外壳或其它结构。必要时，透镜28可以具有例如小于5mm、小于2mm、小于1mm、小于0.5mm、或者大于3mm的直径。透镜28可由模制塑料、玻璃或者其它透明材料形成。

透镜28可以是例如透过可见光(并且透过或阻挡红外光和/或紫外光)的可见光透镜，透过红外光同时透过或阻挡红外光和/或紫外(UV)光的红外(IR)光透镜，或者可以是透过UV光同时允许可见光和/或红外光透过，或者同时阻挡可见光和/或红外光的紫外光透镜。

如图1中所示，与光测试图案32(例如，由透镜测试图案发生器，比如图1的透镜测试图案发生器12产生的光的透镜测试图案)相关的光可以从透镜28的暴露表面30反射，并且可利用照相机系统34检测。照相机系统34可包括诸如透镜36之类的透镜，和诸如传感器38之类的数字图像传感器。利用透镜36，照相机系统34可以查看透镜28的表面30，或者以其它方式捕获从利用系统10测试的结构的表面反射的光的图像。照相机系统34可以位于被测结构24的一侧，如图1中所示，或者可以位于被测结构24正上方，如用例示的照相机系统34'所示。

计算设备40可用于对来自照相机系统34的捕获图像进行数字图像分析，以确定透镜28或者其它被测结构是否包含缺陷。计算设备40可包括一个或多个计算机、连网计算机、计算机或计算机网络中的图像处理板、图像处理集成电路、和/或分析捕获的数字图像数据的其它设备。如果需要，那么也可人工进行图像检测操作(例如，通过允许用户在监视器上查看来自照相机系统34的捕获的图像，或者通过提供显微镜，通过所述显微镜，用户能够直接查看表面30)。

被测结构24可以是具有待检测表面的任何结构。例如，被测结构24可以是完全或部分装配的电子设备组件，比如包含红外光源的接近传感器，来自红外光源的红外光通过其照射外部物体的红外透镜，红外光探测器，和从外部物体反射的红外光通过的红外透镜。这种组件中的红外透镜可以具有诸如待检测表面30之类的表面。例如，与在可见光波长下相比，透镜可以在红外波长下表现出更大的透光率。这有助于确保进入透镜28的可见光将被形成透镜28的体材料吸收，而不是被反射回照相机系统34，从而减少来自被测结构24内部的可能干扰透镜28的表面30的检测的有害反射。在其中被测结构24包含具有其它光学性质的透镜的结构中，可以相应地选择光源14产生的光的波长。例如，在其中透镜28透射可见光的结构中，光源14可被配置成产生带外测试图案，比如紫外测试图案或红外测试图案。

如在图2的例证结构中所示，测试图案源12可具有环形结构。就这种安排来说，可在测试图案源12的中心形成诸如开口42之类的开口。可以使测试图案源12指向下方。使照相机系统34对准在被测结构24之上的开口42。来自环形测试图案源12的光32可照射透镜28的表面30，并在通过开口42之后，可被照相机系统34成像。计算设备40可分析利用照相机系统34探测到的反射光(光32)。

图3中示出了系统10的另一种例证结构。图3是系统10的顶视图，示出如何使测试图案源12位于透镜28周围的有角度地分布的各个位置(即，不必使测试图案源12位于照相机系统34正对面)。如图3中所示，当照射透镜28时，可用于测试图案源12的例证位置包括位置12-1、12-2(在照相机系统34正对面，并且在透镜28的X-Y平面上方沿着Z向垂直升高到纸面之外，使得光从透镜28的表面30反射，如图1中所示)，和12-3。在诸如位置12-2，以及必要时位置12-1和12-3之类的位置中，可在Z向使测试图案源12稍微位于透镜28上方，以帮助确保光32将反射向照相机系统34，使得照相机系统34能够捕获在透镜28的表面30上的测试图案的图像。

利用测试图案源12的带图案掩模18产生的光的图案可以形成光斑或者其它照亮的测试元件的阵列，或者可以具有其它适当的图案。图4是以斑点的阵列为基础的例证测试图案的示图。如图4中所示，测试图案44可包括诸如圆形斑点50之类的测试元件，圆形斑点50被排列成矩形阵列(即，包含斑点50的行46和列48的阵列)。诸如斑点50之类的测试元件被照亮，而图案44的背景区域52黑暗。

在透镜28的测试中，测试图案源12可把图4的测试图案44的光射到透镜28的表面30上。在测试图案源12利用图4的测试图案44照亮透镜28的表面30时，照相机系统34可捕获从表面30反射的测试图案的图像，以便由计算设备40分析。

当图4的测试图案44从没有缺陷的透镜反射时，表面30的利用照相机34捕获的图像可表现为如图5的捕获图案54中所示。诸如圆斑50之类的各个测试元件显现清晰，并且均匀地分布在表面30内。可以分辨行58和列60，并且相邻行和相邻列之间的间隔平滑并且规则。

相反，来自有缺陷透镜的反射测试图案将包含伪像。例如，当图4的测试图案44从包含缺陷的透镜被反射时，照相机系统34可捕获诸如图6的图像之类的图像。在图6的捕获图案62中，原始测试图案的光斑被不均匀地反射，导致揭示缺陷的行间(列间)间隔比如间隔66，强度降低(或者消失)的斑点比如斑点68，抹去或者合并的斑点比如斑点64，和由透镜表面30的表面缺陷以其它方式扭曲的测试图案特征。在计算设备40的图像分析中，可以分析在测试图案的捕获图像中探测到的不规则性，以识别透镜缺陷的性质。例如，可以识别每种缺陷的类型，可以量化每种缺陷的严重性，可以识别每种缺陷的位置，可以量化缺陷的数目等等。

在图4的例证测试图案中使用的圆形斑点的矩形阵列仅仅是例证性的。通常，测试图案源12可以产生光的任何适当测试图案。图7示出其中测试图案44包括成矩形阵列的矩形(例如，正方形)斑点50的例子。图7和这里说明的其它例证测试图案的斑点50可以都具有相同的强度，或者具有不同的强度(例如，不同的已知强度)。

为了帮助识别局部缺陷，比如微小的凹坑或凸起，理想的是向测试图案中的每个测试元件提供另外的结构。例如，如图8中所示，测试图案44可包括具有十字形状的测试元件50。在检测操作中，可利用计算设备40分析每个反射的十字的形状。捕获图像中的形状良好并且定位正确的十字表示透镜表面30的正确形成的局部区域。捕获图像中的不正常形成的定位不正确的十字可用于识别各个表面缺陷的位置。

在图9的例子中，测试元件50具有平行线的形状。图10是具有水平线和垂直线的测试图案的例子。如图10中所示，图10的测试图案44可具有重叠并且垂直于水平线50H延伸从而形成网格线的垂直线50V。

在图11的例子中，测试图案44包括具有圆环形状的测试元件。如图11中所示，圆环50具有不同的直径，使得每个圆环可嵌套在下一个圆环内，从而形成一组同心圆环。必要时，可以使图11的测试图案44中的圆环50彼此横向偏移(即，圆环50不必同心，可以相互重叠)。

图12示出测试图案44如何包括环形测试元件50的矩形阵列。矩形阵列可具有任何适当行数和列数的测试元件。使用具有3行或4行和3列或4列测试元件的结构仅仅是例证性的。例如，测试图案44可包含组织成矩形阵列、伪随机图案、圆形图案、螺旋形图案、具有圆形或椭圆形轮廓的图案、具有直边的图案、具有直边和曲边的组合的图案、或者其它适当图案的1个，2个，3个以上，5个以上，10个以上，20个以上，40个以上，80个以上，或者160个以上的测试元件50。图13示出其中测试图案44包括组织成圆形的一组环形测试元件50的测试图案44的例证结构。

透镜表面30(或者其它被测结构)的一些部分可能比其它部分更使人感兴趣。例如，透镜表面30的中央部分可能比其它部分，对透镜28的性能的影响更大。为了确保能够准确地评估透镜28上最使人感兴趣的区域，测试图案44可以具备在测试图案44的一些部分中比在测试图案44的其它部分中更密集的斑点或其它测试图案元件。例如，测试图案44可以具有图14中所示的那种布局。如图14中所示，测试图案44的中央部分可以具备与测试图案44的周边部分相比更加密集的斑点50。通常，测试图案44中的斑点50的密度可随图案44内的横向位置变化，随距图案44的中心的径向距离而变化，随图案44内的角位置而变化，和/或随图案44内的位置而变化。图14的其中使斑点50不均匀地分布在测试图案44内的结构仅仅是例证性的。

计算设备40可以利用图案识别算法来评估在透镜28的表面上的图案44。为了便于图案识别操作和/或使测试系统操作人员更易于人工确定透镜是否令人满意，理想的是预先使图案44失真，使得出现在透镜28的表面30上的图案44的变体具有规则并且可识别的图案。图15中示出了这种安排的例子。如图15中所示，测试图案源的掩模18可包含在不透明掩模层22中的开口22的图案，所述开口被构造成使得当利用照相机系统34查看时，在测试图案中产生的光斑在透镜28的表面30上具有斑点56的矩形阵列的外观。如果需要，可以使用其它类型的图案失真。例如，图案44可被构造成使得在透镜表面30上看得见平行线的图案，使得从透镜表面30反射具有垂直直线的网格，使得在透镜表面30上产生斑点的圆形阵列，或者使得在透镜表面30上产生其它期望的图案。通过按照这种方式在测试图案源12构成图案44，可以简化获得并分析透镜表面30上的测试图案的图像的处理。例如，可以增强计算设备40实现斑点计数算法、行距测量算法、列距测量算法、和其它测试图案分析算法的能力。必要时，可以预先构成斑点50，使得各个斑点的反射斑点都具有相同的强度，或者具有各种强度的其它规则图案。

如图16中所示，测试图案44的大小可被配置成使得测试图案44只照射待测试表面的表面区域的一部分。在图16的例子中，测试图案44包括圆形斑点的4×4阵列，在透镜表面30导致对应斑点56的4×4阵列。斑点56的阵列的宽度和高度被配置成在透镜30的表面区域的中央部分的范围内。这种安排可用于避免当评估在透镜表面30的周边部分的斑点时出现的复杂化，在所述周边部分，斑点可能未完全落在表面30上，或者要不然难以探测。

必要时，可以使测试图案44过大，以确保斑点50完全覆盖透镜表面30。例如，如图17中所示，图案44可被配置成使得表面30完全被斑点56覆盖。诸如斑点56'之类的一些斑点通常处于透镜区域30之外，于是不能被照相机系统34成像。由于由斑点56'和56覆盖的面积大于覆盖透镜区域30所必需的面积，从而能够容忍透镜28的未对准，而不减少出现在透镜表面30上的斑点的数目。

利用数字图像处理，计算设备40能够评估当被来自测试图案源12的测试图案照射时，出现在透镜28的表面30上的光的图案。利用计算设备40的图像分析可用于收集与透镜28的大小、形状和位置相关的信息。

如图18中所示，透镜28的表面30可用曲率半径R(或者其它曲率度量，比如更复杂的等式描述，或者利用一系列坐标描述的表面)表征。在利用计算设备40的图像处理操作中，可以分析捕获的测试图案数据，以确定被测透镜的R值(或者其它曲率数据)。如果R值(或者其它表面形状数据)不同于期望值(例如，就偏移距离、偏移斜度或其它度量来说)，那么可以采取适当的动作。

图19的例子中的透镜28包含3种缺陷：凹陷(凹坑)70，平坦区域72和突出(凸起)74。在利用计算设备40的图像处理操作中，可以评估来自照相机系统34的图像数据，以确定凹坑70的位置和面积，平坦区域72的位置和面积，和突出74的位置和面积。必要时，可以收集关于表面缺陷，比如凹陷、平坦区域和突出的其它信息(例如，凹陷曲率、凹陷形状、凹陷深度、突出曲率、突出形状、突出高度等)。

图20示出透镜28如何具有在X、Y和/或Z向偏移其理想位置的位置(位置76)，或者可具有其中使透镜相对于标称水平轴31(即，X-Y平面)以非零角度A倾斜的位置(表示成位置28TL)。计算设备40可对来自照相机系统34的捕获的图像数据进行图像分析操作，以确定这些横向偏移和角度定向偏离(即，非零透镜倾斜)的大小。在其中透镜28和表面30径向不对称的情况下，可以收集旋转角度偏移信息。在其中透镜28名义上对称(即，当期望透镜28绕其中心旋转对称)的情况下，可以利用对捕获的图像数据的图像分析操作来评估透镜28的对称度(例如，确定透镜28是否比期望的更对称)。

必要时，通过利用计算设备40对来自照相机系统34的图像数据进行图像分析，可以测量透镜28的其它透镜参数。此外，通过把测试图案44中的斑点50或者其它光图案投射到被测结构24上，可以评估其它类型的结构。可按照这种方式评估的其它类型的结构的例子包括其它光学结构(例如，照相机视窗、传感器用视窗、状态指示灯视窗、光学端口盖、显示器覆盖层比如显示器中的覆盖玻璃层或塑料层)，设备外壳结构(例如，平坦的后部玻璃壳体表面)，设备组件(例如，按钮件)，跟踪板或鼠标的玻璃部分，塑料结构，陶瓷结构，玻璃板或其它玻璃结构，或者其它设备结构。

图21中示出在利用诸如图1、2或3的测试系统10之类的系统，评估被测结构比如透镜28时所涉及的例证操作。

在步骤78，可以用诸如测试图案44之类的光的测试图案照射透镜28。测试图案44可包含斑点比如斑点50或者其它测试元件(例如，线条、圆、圆环、十字、正方形等)的阵列。斑点50或其它测试元件可被组织成均匀间隔的阵列(例如，矩形阵列或者均匀间隔的圆形图案)，可被预失真以便当在透镜28的表面30上成像时产生规则形状，可以密度不均匀地分布(例如，使得与对正确的透镜功能来说相对不太重要的表面30的各个部分相比，对正确的透镜功能来说相对更重要的表面30的各个部分具有更大的斑点密度)，可被配置成具有期望的强度分布，或者可以其它方式分布在图案44内。必要时，构成测试图案44的光可具有带外波长(例如，不在透镜28的透射波段中的波长，比如当透镜28透射红外光时的可见光，或者当透镜28透射可见光时的紫外光或红外光)。这有助于减少不希望的散射光。

在步骤80，在测试图案源12产生图案44的测试光时，并且在所述测试光照到透镜28的表面30时，照相机系统34可捕获来自表面30的反射光，从而获得当测试图案44从表面30被反射时，所显现的测试图案44的图像。来自照相机系统34的捕获的图像数据可被保存在计算设备40中的存储器中。计算设备40的存储器还可用于保存操作系统代码和图像分析程序的代码。当利用计算设备40中的处理电路执行图像分析程序代码时，计算设备40可分析来自照相机系统34的捕获的数字图像数据以评估透镜28。可以进行图案识别操作、空间频率测量、强度测量、波长测量(频谱数据)和其它测量。

可被评估的参数的例子包括测试图案中的斑点间间距(例如，各个斑点50之间的表观距离)，透镜28的曲率(例如，表面30的曲率半径)，反射图案44的总强度，每个反射斑点50的个体强度诸如图19的区域72之类的平坦区域的平坦度，与凹陷70相关的形状、位置和其它参数，与突出74相关的形状、位置和其它参数，在透镜表面30的特定部分中的斑点50的数目，在表面30上的清晰斑点的总数，在透镜表面30的每个区域中的单位面积的斑点数(斑点密度)，线条、十字、圆环和其它测试元件之间的间距，反射线的平直度，和测试图案44中的圆形测试元件的同心度。在步骤82的操作期间，可以处理测量的测试图案参数，以产生透镜数据。例如，斑点之间的间隔可用于计算透镜28的曲率半径值。再例如，计数的斑点数可用于识别是否存在任何表面缺陷，比如平坦区域、凹坑或者凸起，于是可被转换成与表面30的缺陷程度对应的缺陷计数或者其它度量。必要时，在确定透镜性能时，可以结合多个参数。例如，可以一起分析计数的斑点数和各个斑点强度的统计性质，以确定任意斑点是否已合并(代表平坦或者凹陷区域之类的缺陷)。

在步骤84的数据分析操作之后，计算设备40可比较收集的测试图案数据(原始数据和/或分析的数据)和透镜评估标准，并采取适当的动作。响应于确定透镜表现出不满足预定标准的特性，可以采取的动作的例子包括废弃透镜(例如，在把透镜装配到制成组件或设备中之前或之后，废弃透镜)，重新加工部分完成的组装件，修补透镜，通知操作人员，在数据日志中产生条目，调整塑料成型设备和其它制备设备，以确保后续部件满足期望的评估标准，等等。

作为可在步骤84的操作期间进行的例证比较的例子，可比较利用照相机系统34探测的斑点数和预期的斑点数。如果利用照相机系统34的计算设备40测量的斑点数偏离期望值(例如，如果测量的斑点数小于预期值)，那么可以推断透镜28包含缺陷(例如，导致斑点合并的表面缺陷)。再例如，如果测试元件线条或者斑点的行/列波动，或者以其它方式偏离它们的预期位置超过预定量，那么可以推断表面30不具有适当的形状，从而可以采取适当的动作。通过比较预期的测试图案特性和利用照相机系统34测量的测试图案特性，还可以识别与旋转位置、线性偏移、不对称性、平坦度、曲率半径、斑点间间距、斑点形状(或者其它测试元件形状)、和其它瑕疵相关的缺陷。

图22是具有可用于产生测试图案的显示器的例证测试系统的示图。如图22中所示，系统10可包括具有充当测试图案发生器12的显示像素102的阵列的计算机监视器103或其它显示器。显示像素102可以是液晶显示像素、等离子体显示像素、发光二极管显示像素(例如，有机发光二极管显示像素)、阴极射管显示像素、或者其它适当的显示像素。显示像素102可被配置成以关心的适当波长产生测试图案(例如，红外测试图案，红光、绿光、蓝光或者其它可见光测试图案，紫外光测试图案等等)。

在利用测试图案的测试期间，系统10中的计算设备40或者操作人员可在透镜表面30上探测关心的缺陷或者区域，以便进一步研究。根据操作人员输入或者计算设备40的实时分析，计算设备40可更新利用测试图案发生器12中的显示像素102的阵列显示的测试图案。计算设备40可通过路径86与测试图案发生器12通信。按照这种方式修改测试图案可帮助系统10准确地识别缺陷。例如，系统10可首先利用具有间隔较宽的斑点阵列的测试图案。如果利用间隔较宽的斑点阵列的测试揭示潜在瑕疵的局部区域，那么计算设备可指令显示器12产生间距细微的图案，用于测试关心的局部区域。系统10可利用间距细微的图案分析捕获的图像数据，以确保所述局部区域没有缺陷。

图23示出在利用图22中所示那种系统时涉及的例证步骤的流程图。

在步骤88，基于显示器的测试图案发生器，比如图22的显示器12可投射用于测试透镜28的表面30的测试图案。

在步骤90，计算设备40可利用照相机系统34捕获测试图案的图像。

在步骤92，计算设备40可分析捕获的图像。在步骤94的操作中，计算设备40可比较捕获的图像数据和评估标准(预期的曲率半径，预期的斑点数，预期的反射线形状，等等)，以确定是否需要另外的测试数据。如果要捕获更多的数据，那么可以更新要使用的测试图案。例如，计算设备40可以(自动地，或者响应需要更详细的测试的确定)更新测试图案，以致(全局和/或局部)使用间距更细微的斑点。处理随后可以返回步骤88的操作，如线条98所示。

响应于在步骤94计算设备40确定已捕获了足够的透镜数据，计算设备40可根据获得的透镜数据与预定的评估标准的比较，在步骤100采取适当的动作(例如，废弃或者重新加工透镜(如果有缺陷的话)，把透镜结合到产品中(如果没有缺陷的话)，等等)。

在一些结构中，把光32直接射到透镜28的表面30上可能富有挑战(例如，在其中照相机系统34被放置成比较靠近表面30的结构中)。为了帮助把光32射到表面30上，必要时，测试图案发生器12可包括帮助把光32射到透镜28的反射镜或聚焦透镜。图24是具有测试图案产生设备12的例证透镜检测系统的示图，所述测试图案产生设备12包括产生测试图案光32-1的主要部分12A，并且包括诸如反射镜和/或透镜系统(组件12B)的辅助光学组件。辅助光学系统12B可用于把光32-1重定向到透镜28(例如，参见重定向的光32-2)。光32-2可以从表面30反射，并且可作为反射光32-3被传送给照相机系统34。

必要时，可在被测结构中结合对准标记，比如图25的基准物104(例如，作为透镜外壳的一部分，临时保持测试组件的结构的一部分，等等)。在图25的例子中，基准物104已被结合到支承结构26中(例如，用于透镜28的临时或者制成的透镜外壳结构)。计算设备40可利用照相机系统34捕获关于基准物104的信息，以确定支承结构26相对于透镜28的位置(例如，产生透镜偏移信息)。

图26是在利用测试系统处理捕获的包含关于基准物的信息的图像数据时涉及的例证步骤的流程图。

在步骤106，测试图案发生器12可投射用于测试透镜28的表面30的测试图案。

在步骤108，计算设备40可利用照相机系统34捕获从透镜表面30反射的测试图案的图像，并利用照相机系统34捕获基准物104的图像，或者关于结构26的位置的其它信息。

在步骤110，计算设备40可分析捕获的图像数据。在步骤110的操作中，计算设备40可比较捕获的图像数据和评估标准(诸如预期的曲率半径之类的透镜特性，预期的斑点数，预期的反射线形状，和诸如基准物104以及因此结构26在X、Y和Z向相对于透镜28的中心的偏移之类的偏移特性)。

在步骤112，计算设备40可比较捕获的透镜和基准物信息与评估标准(以便例如确定透镜28的表面30是否包含缺陷，和/或确定透镜28是否相对于基准物104偏移超过容许量)。响应于所述比较，在步骤114，可以采取适当的动作(例如，调整制造工艺，重新加工有缺陷的组件，废弃具有缺陷的透镜装配件，同意进一步使用通过测试的部件，等等)。

如图27中所示，系统10可包括测试透镜28的正面和背面以及测试透镜28中的内部透镜缺陷的设备。例如，系统10可包括测试光产生设备，比如测试图案发生器12A，测试图案发生器12B和测试图案发生器12C。照相机设备34可包括一个或多个照相机系统，比如照相机系统34A、34B和34C，用于收集从透镜28反射的光和/或透过透镜28的光。

为了使在光从透镜28的表面被散射的情况下的测试测量更容易，测试图案发生器设备12可利用被透镜28微弱地透射的光的波长(即，被透镜28吸收的光的带外波长)。为了使在光透过透镜28的情况下的测试测量更容易，测试图案发生器设备12可以利用光的带内波长(即，很好地透过透镜28的波长)。

光反射可以源自透镜表面的暴露侧和/或源自透镜表面的内侧。在表征透镜28时，可以结合透镜表面反射测量和透镜透射测量。例如，设备12A可以产生由照相机系统34A捕获的测试图案，用于检测透镜上表面30T和/或透镜下表面30B。设备12C可以产生由照相机系统34C捕获的测试图案，用于检测透镜28的透镜下表面30B和/或透镜上表面30T。设备12B可以产生由照相机系统34B捕获的测试图案(例如，测试光)。通过透镜28并被诸如照相机系统34C之类的探测器捕获的来自设备12B的光(和/或来自测试图案源比如测试图案源12A和12B的光)可用于分析透镜透射性能(例如，监测透镜空腔或者透镜28中的其它体缺陷的存在)。利用照相机系统34A和34C，也可探测体缺陷(例如，通过聚焦到透镜28的中部)。

为了使对来自图27的照相机系统34的捕获的图像数据的图像分析更容易，可以过滤所分析的光的波长(例如，依据测试图案产生设备12的光传输和/或依据利用照相机系统32的光探测)。例如，考虑透过红外光但是仅仅微弱地透过可见光的透镜。在这种情形下，通过利用照相机系统34捕获来自透镜表面的浅蓝色可见光，可以分析表面缺陷。该波长的光倾向于被透镜28吸收，使得通过透镜28的体材料的光反射受到抑制。通过利用照相机系统34(例如，捕获由诸如测试图案源12A和/或12B之类的测试图案源发出的光的照相机系统34C)捕获波长更长的光(例如，绿光波长或者更长的可见光波长的可见光，红外光等等)，能够探测体缺陷，因为所述光易于通过透镜28。可以利用数字图像处理技术来区分捕获的波长。测试图案源12和照相机系统34还可利用滤光或者其它过滤方案来区分不同波长的光。

必要时，可以向透镜28增加临时涂层，以帮助探测缺陷。例如，可以向一个或多个透镜表面比如表面30T和30B增加临时的光吸收或反射涂层。例如，所述涂层可由水溶性或者醇溶性材料形成。涂层的存在可帮助分离透镜内部反射和透镜表面反射。必要时，透镜28可具有便利透镜内部反射和透镜表面反射的分离的永久涂层。响应于确定透镜28的内部具有过多的空腔(例如，气泡)，可以暂停进一步的分析，废弃或者重新加工透镜。

必要时，通过利用正面一侧的照相机系统捕获图像，可以检查透镜后表面，比如图27的透镜表面30B。例如，可利用诸如照相机系统34A之类的前侧照相机系统，捕获提供到透镜表面30B的内部的光。在这种结构中，可以预先构成测试图案44，使得在捕获的图像数据中观察到的斑点或者其它测试元件的图案将具有规则的矩形阵列形状或者其它已知形状，以便于缺陷探测。

通常，照相机系统32可以聚焦到给定定透镜的正面或背面，或者可以聚焦到透镜的中部(体部分)。例如，照相机系统32A可以聚焦到正面30T以检测表面30T的缺陷，可以聚焦到背面30B以检查表面30B的缺陷，和/或聚焦到在表面30T和30B之间的透镜的中部，以检查透镜28的体缺陷(例如，空腔)。

图28是其中利用光纤结构形成测试图案发生器的例证测试系统的一部分的透视图。如图28中所示，测试图案源12可包括一条或多条光纤，比如光纤116。光纤116可被组织成光纤束，或者可以利用一条或多条单独的光纤实现。光纤结构116可用于形成适合于接近小型透镜放置的铅笔状测试图案源。

如图29中所示，透镜28可以安装在诸如支承板26之类的支承结构中(例如，在注射成型操作之后)。测试系统10可包括计算机控制的定位设备，比如定位设备118(例如，机器人检测设备中的定位器)。计算设备40可用于利用定位器118控制诸如测试图案源12和/或照相机系统34之类的系统组件的位置。这可允许系统10检测在薄板26上的各个透镜，比如图29的例子中的透镜28'。系统10可步进通过薄板26上的每个透镜，从而测试一批透镜。薄板26可以是临时支承结构。在利用系统10测试之后，可把通过检测的透镜装配到透镜壳体中。在诸如透镜28'之类的透镜周围，可以布置基准物104(例如，作为薄板26的一部分)。

图30是例证透镜的横截面侧视图，示出在透镜检测操作中，如何利用照相机系统捕获不同颜色的光。测试图案源12可发出白光(作为示例)。来自源12的白光图案可在透镜28的顶面30T上反射，并可作为白色反射光32W被照相机系统34捕获。透镜28的体材料可倾向于吸收蓝光，使得从空腔或者其它体缺陷反射的光比如光32G具有浅绿色。来自透镜28的下表面30B的内侧的表面反射可被类似地着色，或者通过利用诸如涂层120之类的涂层(例如，临时涂层)，所述表面反射可以具备不同的颜色。例如，涂层120可被配置成向从测试图案源12反射的光赋予红色，使得反射光32R为红色。

利用这种方案，照相机系统34能够区分来自表面30T的反射(该反射表现为白色)，来自透镜28中的体材料的反射(该反射表现为绿色)，和来自背面30B的内侧的反射(该反射表现为红色)。通过把不同的光谱用于从光源12发出的光，通过利用不同的体材料形成透镜28，和/或通过在透镜28的一个或多个表面上，形成具有不同光谱性质的涂层，可以产生其它的颜色组合。图30的例子仅仅是例证性的。

按照一个实施例，提供一种评估具有透镜表面的透镜的方法，所述方法包括：利用测试图案源产生从透镜表面反射的光的测试图案，利用照相机系统捕获反射的测试图案的图像，和利用计算设备通过处理反射的测试图案的捕获图像来评估透镜。

按照另一个实施例，产生测试图案包括产生具有黑暗背景的多个照亮的测试元件。

按照另一个实施例，产生测试图案包括产生光斑的阵列。

按照另一个实施例，产生测试图案包括产生光的同心圆环。

按照另一个实施例，产生测试图案包括产生十字的阵列。

按照另一个实施例，产生测试图案包括产生具有光斑的测试图案，其中光斑在测试图案的第一部分中具有第一密度，在测试图案的第二部分中具有第二密度，以及其中第二密度不同于第一密度。

按照另一个实施例，产生测试图案包括产生测试元件的圆形图案。

按照另一个实施例，产生测试图案包括产生多个照亮的圆环。

按照另一个实施例，产生测试图案包括产生大到足以覆盖透镜的表面的测试图案。

按照另一个实施例，通过处理反射的测试图案的捕获图像来评估透镜包括计数捕获的图像中的斑点。

按照另一个实施例，通过处理反射的测试图案的捕获图像来评估透镜包括确定透镜的曲率半径值。

按照另一个实施例，通过处理反射的测试图案的捕获图像来评估透镜包括测量斑点间距离。

按照另一个实施例，通过处理反射的测试图案的捕获图像来评估透镜包括测量线条曲率。

按照另一个实施例，通过处理反射的测试图案的捕获图像来评估透镜包括处理捕获的图像以识别透镜表面的平坦部分。

按照另一个实施例，通过处理反射的测试图案的捕获图像来评估透镜包括处理捕获的图像以识别透镜表面中的突出。

按照另一个实施例，通过处理反射的测试图案的捕获图像来评估透镜包括处理捕获的图像以识别透镜表面中的凹陷。

按照另一个实施例，测试图案包括测试元件的阵列，以及其中通过处理反射的测试图案的捕获图像来评估透镜包括处理捕获的图像以单独分析阵列中的测试元件。

按照另一个实施例，所述方法还包括利用处理的捕获图像来确定透镜是否满足预定标准。

按照一个实施例，提供一种测试具有透镜表面的透镜的透镜测试系统，所述系统包括配置成产生光的测试图案的测试图案源，配置成捕获从透镜表面反射的测试图案的图像的照相机系统，和配置成通过处理反射的测试图案的捕获图像来评估透镜的计算设备。

按照另一个实施例，测试图案源包括光源，和不透明掩模，所述不透明掩模包含允许光通过不透明掩模以形成测试图案的开口的图案。

按照另一个实施例，透镜测试系统还包括在光源和不透明掩模之间的漫射器。

按照另一个实施例，不透明掩模中的开口被配置成形成斑点的阵列。

按照一个实施例，提供一种评估具有透镜表面的透镜的方法，所述方法包括：利用测试图案源产生从透镜表面反射的斑点的阵列，利用照相机系统捕获斑点的反射阵列的图像，和利用计算设备通过处理斑点的反射阵列的捕获图像来评估透镜。

按照另一个实施例，评估透镜包括通过计数斑点的反射阵列中的斑点来处理斑点的反射阵列的捕获图像。

上面所述仅仅举例说明本实用新型的原理，本领域的技术人员可以作出各种修改，而不脱离本实用新型的范围和精神。

Claims (13)

1.一种透镜测试系统，用于测试具有透镜表面的透镜，其特征在于，所述透镜测试系统包括：

被配置成产生光的测试图案的测试图案源，所述测试图案源包括：

光源；和

不透明掩模，所述不透明掩模包含允许光通过不透明掩模以形成测试图案的开口的图案；

被配置成捕获从透镜表面反射的测试图案的图像的照相机系统。

2.按照权利要求1所述的透镜测试系统，其特征在于，所述透镜测试系统还包括在光源和不透明掩模之间的漫射器。

3.按照权利要求2所述的透镜测试系统，其特征在于，所述不透明掩模中的开口被配置成形成斑点的阵列。

4.按照权利要求1所述的透镜测试系统，其特征在于，所述测试图案源是被配置成产生具有黑暗背景的多个照亮的测试元件的测试图案源。

5.按照权利要求1所述的透镜测试系统，其特征在于，所述测试图案源是被配置成产生光斑的阵列的测试图案源。

6.按照权利要求1所述的透镜测试系统，其特征在于，所述测试图案源是被配置成产生十字的阵列的测试图案源。

7.按照权利要求1所述的透镜测试系统，其特征在于，所述测试图案源是被配置成产生具有光斑的测试图案的测试图案源，其中所述光斑在测试图案的第一部分中具有第一密度，在测试图案的第二部分中具有第二密度，以及其中所述第二密度不同于所述第一密度。

8.按照权利要求1所述的透镜测试系统，其特征在于，所述测试图案源是被配置成产生测试元件的圆形图案的测试图案源。

9.按照权利要求1所述的透镜测试系统，其特征在于，所述测试图案源是被配置成产生多个照亮的圆环的测试图案源。

10.按照权利要求1所述的透镜测试系统，其特征在于，所述测试图案源是被配置成产生大到足以覆盖透镜的表面的测试图案的测试图案源。

11.按照权利要求1所述的透镜测试系统，其特征在于，所述测试图案包括测试元件的阵列。

12.按照权利要求1所述的透镜测试系统，其特征在于，所述透镜测试系统还包括利用处理的捕获的图像来确定透镜是否满足预定标准的装置。

13.一种透镜测试系统，用于评估具有透镜表面的透镜，其特征在于，所述透镜测试系统包括：

被配置成产生从透镜表面反射出的斑点的阵列的测试图案源，所述测试图案源包括：

光源；和

不透明掩模，所述不透明掩模包含允许光通过不透明掩模以形成测试图案的开口的图案；

被配置成捕获斑点的反射阵列的图像的照相机系统。