CN206208788U - 一种ito电极三维图案检测光路系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种ITO电极三维图案检测光路系统，包括一个数字全息光路和一个待检ITO薄膜，在数字全息光路上设置一个激光器，激光器出射激光束面上设有一块分光棱镜，在分光棱镜和激光器之间设置有空间滤波器；分光棱镜半透射方向和半反射方向各设有一参考光面平面反射镜和一物光平面反射镜；物光平面反射镜的反射光路上设有待检ITO薄膜，参考光面平面反射镜的反射光束与物光平面反射镜的反射光束汇聚处设有汇聚分光棱镜，光束经汇聚分光棱镜汇聚；并在CCD/CMOS图像传感器表面发生干涉，CCD/CMOS图像传感器与计算机连接，对采集到的干涉图像进行去噪、解包裹相位、三维重建得到ITO薄膜电极图案的三维轮廓信息，对电极图案的缺陷进行定量检测与分析。
Description
技术领域
本实用新型属于ITO导电薄膜电极图案检测领域，涉及一种触摸屏ITO电极三维图案检测光路系统，具体涉及触摸屏铟锡氧化物(Indium Tin Oxide,ITO)导电层透明图案的三维表面缺陷检测光路系统。
背景技术
随着科学技术的进步，人机交互方式逐渐由鼠标、键盘向触摸屏技术发展。尤其以智能手机、平板终端以及工业显控设备的发展最为迅速，使用者对触摸屏的触摸灵敏度、透光性以及是否存在触摸盲点等体验要求越来越苛刻，由此引出对触摸屏生产制造过程中铟锡氧化物(Indium Tin Oxide,ITO)导电层透明图案表面缺陷检测的必要性。目前针对透明ITO导电层的性能测试主要通过加电测试判定不良率，该方法作为一种整体功能的评判方法无法保证因细微加工缺陷带来的对定位精度和使用寿命存在的潜在影响。
基于机器视觉的工业品在线检测技术已经应用于众多领域，其中就包括ITO薄膜周边非透明金属电极图案的缺陷检测，高精度的三维表面缺陷检测设备已经成功应用于产品线。深圳大学陈方涵课题组提及采用窄带近红外光均匀照明ITO薄膜透明区域，利用基底层与铟锡氧化物涂覆层对该谱段光线的反射率不同，继而采用图像增强技术提取电极图案信息。该方案对照明光源的光谱选择性较强，需要设计较为复杂的照明系统(对照明均匀性有较高要求)，并且采用反射式测量的方式需要对放置测试样本基体的反射特性进行特殊设计。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种ITO电极三维图案检测光路系统，可以采用可见光以及近红外光谱范围内的任何激光光源作为照明光源，采用透射式数字全息光路测量的方式避免了前述方案的局限性，数字全息技术作为干涉测量技术的一种可以实现ITO电极图案的三维检测，扩展前述方案的检测维数，测量方案可以采用同轴全息或离轴全息。
本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现的。
一种ITO电极三维图案检测光路系统，包括一个数字全息光路和一个待检ITO薄膜，在所述数字全息光路上设置一个激光器，激光器出射激光束面上设有一块分光棱镜，在分光棱镜和激光器之间设置有空间滤波器；在所述分光棱镜半透射方向设置有一块参考光面平面反射镜，在分光棱镜半反射方向设置有一块物光平面反射镜；物光平面反射镜的反射光路上设有待检ITO薄膜，参考光面平面反射镜的反射光束与物光平面反射镜的反射光束汇聚处设有汇聚分光棱镜，光束经汇聚分光棱镜汇聚；并在CCD/CMOS图像传感器表面发生干涉，CCD/CMOS图像传感器与计算机连接，对所述CCD/CMOS图像传感器采集到的干涉图像进行去噪、解包裹相位、三维重建得到ITO薄膜电极图案的三维轮廓信息，对电极图案的缺陷进行定量检测与分析。
进一步，所述数字全息光路上空间滤波器包括显微物镜和设在显微物镜上的针孔，空间滤波器的出射光路上设有一个准直镜头。
进一步，所述参考光面平面反射镜和物光平面反射镜与出射激光束成倾斜角度设置，倾斜角度为45°。
进一步，所述汇聚分光棱镜与参考光面平面反射镜和物光平面反射镜呈倾斜角度设置，光束经汇聚分光棱镜汇聚后以离轴光束在CCD/CMOS图像传感器表面发生干涉，以实现离轴数字全息光路对ITO薄膜电极图案进行检测。
进一步，所述汇聚分光棱镜与参考光面平面反射镜和物光平面反射镜平行设置，光束经汇聚分光棱镜汇聚后以同轴光束在CCD/CMOS图像传感器表面发生干涉，以实现同轴数字全息光路对ITO薄膜电极图案进行检测。
进一步，所述数字全息光路采用马赫-曾德(Mach-Zender)式干涉光路。
本实用新型关于ITO电极三维图案检测方法及光路，激光器发出激光束，经过空间滤波器针孔滤除激光光束中心附近的高频分量，使低频分量光束通过，经过扩束器和准直镜头后，水平入射到半透半反分光棱镜，然后采用Mach-Zender型干涉光路，将待检ITO薄膜放置于一路光中，两路光经过干涉后，使用CCD/CMOS图像传感器采集干涉图样，最后经过计算机处理得到ITO电极三维图案。本实用新型与现有技术相比，具有方便简单、可适用范围大的特点，其测量速度快，检测精度高。
本实用新型的有益效果是：
1、检测光路可采用可见光及近红外光进行ITO薄膜电极图案的检测，简单方便；
2、能够解决直接照明光学检测方法中成像图像对比度不够明显的缺陷，可得到清晰的干涉图像；
3、能够解决成像后仍需采用图像增强技术将缺陷明显化的要求；
4、能够完成ITO薄膜透明区域三维电极图案的缺陷检测，对三维缺陷进行精确定位及分类，直观性增强。
附图说明
图1是用于检测ITO导电薄膜三维电极图案的离轴全息光路结构示意图。
图2是用于检测ITO导电薄膜三维电极图案的同轴全息光路结构示意图。
图中：1、激光器；2、空间滤波器；3、准直镜头；4、分光棱镜；5、参考光平面反射镜；6、物光平面反射镜；7、待检ITO薄膜；8、汇聚分光棱镜；9、CCD/CMOS图像传感器；10、计算机。
具体实施方式
下面通过附图及实施例对本实用新型做进一步的说明。
如图1所示，该ITO电极三维图案检测光路系统，包括一个数字全息光路和一个待检ITO薄膜7，数字全息光路采用马赫-曾德(Mach-Zender)式干涉光路。数字全息光路包含一激光器1，此激光器可发射可见光以及近红外光谱范围内的任何光源，激光器1出射激光束面上设有一块分光棱镜4，在分光棱镜4和激光器1之间设置有空间滤波器2；空间滤波器2包含一个显微物镜和一个针孔，显微物镜放大倍率40×，针孔直径15μm；激光光源经过空间滤波器后成为一束滤除高频分量的细光束。空间滤波器2的出射光路上设有一个准直镜头3，准直镜头3直径30mm，焦距400mm；经准直镜头3准直后以平行光束入射至分光棱镜4，分光棱镜作用是将光路分为两路，一路为参考光，一路为物光。参考光中不放置待测ITO薄膜7，参考光经过倾斜角度为45°的平面反射镜5进入汇聚分光棱镜8；物光光路中放入待测ITO薄膜7，物光经过平面反射镜6后，透过待测ITO薄膜7，然后进入汇聚分光棱镜8，汇聚分光棱镜8作用是将参考光和物光汇聚在一起，从而发生干涉，在CCD/CMOS图像传感器9上形成干涉条纹图像。汇聚分光棱镜8相对于主光路偏转一个很小的角度，一般小于5°，光束经汇聚分光棱镜8汇聚后以离轴光束在CCD/CMOS图像传感器9表面发生干涉，以实现离轴数字全息光路对ITO薄膜电极图案进行检测。对形成的干涉图像进行去噪、频谱转换、解包裹相位及三维重建处理可得到ITO薄膜三维电极图案。
如图2所示，汇聚分光棱镜8与参考光面平面反射镜5和物光平面反射镜6还可以平行设置，光束经汇聚分光棱镜8汇聚后以同轴光束在CCD/CMOS图像传感器9表面发生干涉，以实现同轴数字全息光路对ITO薄膜电极图案进行检测。
本实用新型具体方案的实现步骤：
1)激光器1经过空间滤波器2滤除激光器出射光的高频成分，经过准直镜头3之后以平行光束入射至分光棱镜4；
2)经过分光棱镜的平行光束分为参考光路和物光路，参考光束经过参考光平面反射镜5进入汇聚分光棱镜8，物光束经过物光平面反射镜6之后透过待检ITO薄膜7之后进入汇聚分光棱镜8；
3)进入汇聚分光棱镜8的两路光束在CCD/CMOS图像传感器9表面形成干涉图像；
4)采用数字全息处理技术对干涉图像进行去噪、频谱变换、解包裹相位以及三维重建即可获取ITO薄膜三维电极图案。
采用本实用新型实现ITO薄膜电极三维图案的检测，具有记录图像速度快，可实现对动态变化过程的观测；再现速度快，可实时再现全息图；对待测物表面轮廓分布的高精度定量测量；且可方便地利用数字图像技术在计算机中对全息图和再现象进行去噪、叠加等加工和处理，有利于提高测量精度。与以往检测ITO薄膜电极图案的方案相比，数字全息技术无需特定选择某一个波长的激光器，在可见光和近红外区域都可完成ITO薄膜的检测；以往检测方案得到的都是ITO薄膜电极图案的二维图像，而数字全息技术可得到二维和三维的图像，对缺陷的观察有更好的直观性，其测量精度为几十μm至几百μm。
本实用新型用于检测一个ITO薄膜上电极图案H，实验中在光路放入待测ITO薄膜，能够采集到的全息图。
经Matlab数字处理后ITO薄膜电极图案H的二维相位图和三维相位图得到清晰的H图案，在Matlab软件中可提取H图案的相关数据信息。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，在此仅仅给出了较佳的实施例，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种ITO电极三维图案检测光路系统，包括一个数字全息光路和一个待检ITO薄膜(7)，其特征在于，在所述数字全息光路上设置一个激光器(1)，激光器(1)出射激光束面上设有一块分光棱镜(4)，在分光棱镜(4)和激光器(1)之间设置有空间滤波器(2)；在所述分光棱镜(4)半透射方向设置有一块参考光面平面反射镜(5)，在分光棱镜(4)半反射方向设置有一块物光平面反射镜(6)；物光平面反射镜(6)的反射光路上设有待检ITO薄膜(7)，参考光面平面反射镜(5)的反射光束与物光平面反射镜(6)的反射光束汇聚处设有汇聚分光棱镜(8)，光束经汇聚分光棱镜汇聚；并在CCD/CMOS图像传感器(9)表面发生干涉，CCD/CMOS图像传感器(9)与计算机(10)连接，对所述CCD/CMOS图像传感器(9)采集到的干涉图像进行去噪、解包裹相位、三维重建得到ITO薄膜(7)电极图案的三维轮廓信息，对电极图案的缺陷进行定量检测与分析。
2.根据权利要求1所述的一种ITO电极三维图案检测光路系统，其特征在于，所述数字全息光路上空间滤波器(2)包括显微物镜和设在显微物镜上的针孔，空间滤波器(2)的出射光路上设有一个准直镜头(3)。
3.根据权利要求1所述的一种ITO电极三维图案检测光路系统，其特征在于，所述参考光面平面反射镜(5)和物光平面反射镜(6)与出射激光束成倾斜角度设置，倾斜角度为45°。
4.根据权利要求1所述的一种ITO电极三维图案检测光路系统，其特征在于，所述汇聚分光棱镜(8)与参考光面平面反射镜(5)和物光平面反射镜(6)呈倾斜角度设置，光束经汇聚分光棱镜(8)汇聚后以离轴光束在CCD/CMOS图像传感器(9)表面发生干涉，以实现离轴数字全息光路对ITO薄膜电极图案进行检测。
5.根据权利要求1所述的一种ITO电极三维图案检测光路系统，其特征在于，所述汇聚分光棱镜(8)与参考光面平面反射镜(5)和物光平面反射镜(6)平行设置，光束经汇聚分光棱镜(8)汇聚后以同轴光束在CCD/CMOS图像传感器(9)表面发生干涉，以实现同轴数字全息光路对ITO薄膜电极图案进行检测。
6.根据权利要求1所述的一种ITO电极三维图案检测光路系统，其特征在于，所述数字全息光路采用马赫-曾德Mach-Zender式干涉光路。
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