CN213456056U - 检测组件和检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种适用于检测一待测物的检测组件及检测装置。检测组件包括分光单元、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第一影像传感器以及第二影像传感器。第一透镜与第一影像传感器面向分光单元的第一出光面，第二透镜与第二影像传感器面向分光单元的第二出光面，而第三透镜设于待测物和分光单元之间。第一透镜与第一影像传感器之间的距离和第二透镜与第二影像传感器之间的距离不相等，以使第一影像传感器与第二影像传感器所感测到的像平面影像等效上为成像于不同的距离的位置的像平面上的像平面影像。本实用新型提供了一个更便利且检测效率更佳的检测组件及检测装置。

Description

检测组件和检测装置

技术领域

本实用新型是关于一种检测组件和检测装置，尤其指一种等效上可同时接收两个不同距离位置的像平面影像的检测组件和检测装置，适用于对光学装置进行测量其焦点深度的光学检测。

背景技术

光学装置和光学组件，如镜头或相机模块、镜片等等，在出厂前都会经过光学测试以确保其质量和其特性，其中一项检测为焦点深度（DF，Depth of Focus）的量测。焦点深度是在聚焦平面（focus plane）的前后位置中影像还可保持鲜明的范围，对于设计光学系统的工程师来说是很重要的数据。

图1所示的是现有检测光学镜片的检测装置和操作状态示意图。检测装置10具有物镜11、镜筒透镜13和影像传感器15。光束穿透待测的光学镜片20，其聚焦平面位于a3处，物镜11将光束汇聚到镜筒透镜13，而镜筒透镜13把光束聚焦到影像传感器15以供影像传感器15接收光束。

量测光学镜片的焦点深度时，检测装置10被移动到不同的位置以便感测光束在a3处及a3处前后不同距离的位置（a1、 a2、a4、a5，如图1（a）～（d）所示）的像平面所分别产生的像平面影像。处理器（未示）将影像传感器15接收的像平面图像映射的图案光束数据化，并计算对比度和离焦（through-focus）调制转换函数（MTF，modulation transferfunction）后，将其绘制成如图1（e）的图表。最后，对照可接受的MTF或对比度的下限值和对应的距离的位置，即可取得光学镜片20的焦点深度。

在操作检测装置10进行量测时，每移动一次仅可取得一个距离的位置的像平面影像，以上述量测光学镜片20为例，4个不同距离的位置就需要移动检测装置10共四次，因此完成所有不同距离的位置的测量需要花费许多时间。换言之，于现有技术中，检测装置在取得一个距离的位置的像平面影像后，需要移动到下一个距离的位置进行像平面影像的图案光束的接收，如此一个一个位置的移动，直到取得所有的位置的像平面影像为止。据此，现有技术的作法不但费时，效率也不高。

发明内容

因此，为了克服现有技术的不足之处，本实用新型所述的检测组件及检测装置利用分光单元、两个透镜和两个影像传感器之间的配置，使检测组件可在位于一个位置时可同时获取等效上两个具有不同距离的位置的像平面所对应的图案光束（即，等效上感测两个具有不同距离的位置的像平面影像）。简单地说，虽然检测组件是取得同一个位置的像平面影像，但透过检测组件的特殊光路设计，检测组件中的两个影像传感器所获取的像平面影像等效上是不同距离的位置的像平面影像。

本实用新型的目的为提供一种适用于检测一待测物的检测组件，包括具有第一出光面与第二出光面的分光单元、第一影像传感器、第一透镜、第二影像传感器、第二透镜以及第三透镜。第一影像传感器面向分光单元的第一出光面，第一透镜设于分光单元与第一影像传感器之间。第二影像传感器面向分光单元的第二出光面，第二透镜设于分光单元与第二影像传感器之间。第三透镜设于待测物与分光单元之间。其中，第一透镜与第一影像传感器之间的距离和第二透镜与第二影像传感器之间的距离不相等。

可选地，分光单元为分光棱镜，且第一出光面与第二出光面为分光棱镜的穿透面与反射面。

可选地，检测组件还包括底座，其中分光单元、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第一影像传感器和第二影像传感器设于底座上，且底座可相对待测物进行位移。

可选地，第一透镜与分光单元之间的距离和第二透镜与分光单元之间的距离不相等。

可选地，第一影像传感器与分光单元之间的距离和第二影像传感器与分光单元之间的距离不相等。

本实用新型的另一目的为提供一种适用于检测一待测物的检测装置，包括如上所述的检测组件以及光源，光源相对第三透镜设于待测物的另一侧，用于提供光束以穿透待测物及第三透镜，并经由分光单元分别穿透第一透镜及第二透镜且由第一影像传感器与第二影像传感器接收。

可选地，检测装置还包括测试图案单元，位于光源与待测物之间，用于透过光源的光束产生图案光束，所述图案光束穿透待测物与第三透镜，并经由分光单元分别穿透第一透镜及第二透镜且由第一影像传感器与第二影像传感器接收。

可选地，分光单元与第三透镜位于图案光束的行进路径上。

可选地，分光单元将图案光束分为第一图案光束和第二图案光束，第一图案光束通过分光单元的第一出光面至第一透镜，第二图案光束通过分光单元的第二出光面至第二透镜。

可选地，第一透镜将第一图案光束聚焦到第一影像传感器，第二透镜将第二图案光束聚焦到第二影像传感器，其中第一影像传感器和第二影像传感器同时分别接收第一图案光束和第二图案光束。

可选地，第一影像传感器和第二影像传感器分别接收的第一图案光束和第二图案光束等效上分别对应于不同距离的位置的像平面影像。

可选地，检测装置的放大倍率为5到20倍。

可选地，检测装置的数值孔径为0.5到1。

可选地，待测物为光学组件或光学装置。

总而言之，本实用新型透过分光单元、第一透镜、第一影像传感器、第二透镜和第二影像传感器的配置及其之间不同的距离设置，如此，虽然第一影像传感器与第二影像传感器获取同一位置的像平面影像，但因为第一透镜与第一影像传感器之间的距离和第二透镜与第二影像传感器之间的距离不相等，因此第一影像传感器与第二影像传感器等效上获取了不同距离的位置的像平面影像（即，等效上接收了不同距离的位置的像平面影像的图案光束）。透过等效上同时接收位于不同距离的位置的像平面影像，即可以减少检测组件和检测装置完成所有量测位置的移动次数。因此，相对于现有技术，本实用新型提供了一个更便利且检测效率更佳的检测组件及检测装置。

为让本新型的上述和其他目的、特征及优点能更明显易懂，配合所附图示，做详细说明如下。

【附图说明】

图1（a）是现有技术中光学测试装置被移动到a1位置的操作状态示意图；

图1（b）是现有技术中光学测试装置被移动到a2位置的操作状态示意图；

图1（c）是现有技术中光学测试装置被移动到a4位置的操作状态示意图；

图1（d）是现有技术中光学测试装置被移动到a5位置的操作状态示意图；

图1（e）是现有技术中将像平面图像映射的图案光束数据化的绘制图表；

图2是本实用新型一种实施例的检测装置的俯视示意图；

图3是使用本实用新型一种实施例的检测装置取得的数据绘制的图表；

图4是本实用新型另一实施例的检测装置的俯视示意图；

图5是使用本实用新型另一实施例的检测装置取得的数据绘制的图。

其中，附图标记：

10、30、40：检测装置；

11：物镜；

13：镜筒透镜；

15：影像传感器；

20：光学镜片；

100：检测组件；

110：分光单元；

112：第一出光面；

114：第二出光面；

120：第一透镜；

130：第一影像传感器；

140：第二透镜；

150：第二影像传感器；

160：第三透镜；

170：底座；

200：待测物；

300：光源；

310：测试图案单元；

D11：第一感测距离；

D12：第一分光距离；

D21：第二感测距离；

D22：第二分光距离；

D3：光距离。

【具体实施方式】

为充分了解本实用新型的目的、特征及功效，通过下述具体的实施例，并配合所附的图式，对本实用新型做一详细说明，说明如后。

本实施例提供一种用于检测光学装置或光学组件的检测组件和检测装置，以解决现有检测装置的移动次数等于量测的位置数量所导致的高时间成本。进一步地，本实施例利用分光单元、第一透镜、第二透镜、第一影像传感器和第二影像传感器的配置以及第一透镜和第一影像传感器之间的距离和第二透镜和第二影像传感器之间的距离的不相等，来减少检测装置完成所有量测的位置所需的移动次数和移动距离的总和。检测光学装置时，当检测装置位于一个位置，穿透待测物的图案光束经过分光单元的分光后，会分别被第一影像传感器和第二影像传感器所接收，由于第一透镜和第一影像传感器之间的距离和第二透镜和第二影像传感器之间的距离的不相等，因此第一影像传感器与第二影像传感器所感测的像平面影像的图案等效上位于两个不同距离的位置。

首先，请参照图2，图2是本实施例的检测装置的示意图。如图2所示，检测装置30包括检测组件100以及光源300。待测物200位于光源300和检测组件100之间，光源300可提供光束用于照射待测物200，其中待测物200为光束可穿透的对象，例如但不限定，如镜片的光学组件或如镜头或相机模块的光学装置。

检测组件100包含分光单元110、第一透镜120、第一影像传感器130、第二透镜140、第二影像传感器150以及第三透镜160。分光单元110具有第一出光面112和第二出光面114，其中分光单元110接收光束并对光束进行分光，而分光后的第一光束与第二光束分别经过第一出光面112与第二出光面114。于本新型中，分光单元110可以是分光棱镜，其具有反射面与穿透面，且第一出光面112与第二出光面114为分光棱镜的穿透面与反射面。分光单元110的类型并非用于限制本实施例，除了分光棱镜外，也可以是分光波导、光解耦合器（optical de-coupler）或光纤围栅（optical fiber grating）。

第一影像传感器130设于分光单元110的第一出光面112的一侧并面向第一出光面112，用于感测光束或影像。第一透镜120设于第一影像传感器130和分光单元110之间，用于接收通过分光单元110的第一出光面112的光束并将接收的光束聚焦于第一影像传感器130。第一透镜120和第一影像传感器130之间的距离为第一感测距离D11，第一透镜120和分光单元110之间的距离为第一分光距离D12。

第二影像传感器150设于分光单元110的第二出光面114的一侧并面向第二出光面114，用于感测光束或影像。第二透镜140设于第二影像传感器150和分光单元110之间，用于接收通过分光单元110的第二出光面114的光束并将接收的光束聚焦于第二影像传感器150。第二透镜140和第二影像传感器150之间的距离为第二感测距离D21，第二透镜140和分光单元110之间的距离为第二分光距离D22。

于本实施例中，第一感测距离D11和第二感测距离D12不相等。于一实施例中，第一分光距离D12和第二分光距离D22不相等。于另一实施例中，第一感测距离D11与第一分光距离D12的总和与第二感测距离D21与第二分光距离D22的总和不相等。距离的不相等为一距离大于或小于另一距离，而此一距离不会等于另一距离。

第三透镜160设于分光单元110和待测物200之间，与第一影像传感器130分别位于分光单元110的相对侧且位于同一轴在线。第三透镜160接收穿透待测物200的光束并投射至分光单元110。第三透镜160和分光单元110之间的距离为光距离D3。第三透镜160设计成使其接收到的光束通过后，会变成平行的光束。第一透镜120、第二透镜140和第三透镜160为凸透镜或透镜组件，本实施例不依此限定。

检测组件100更包含底座170，其中分光单元110、第一透镜120、第一影像传感器130、第二透镜140、第二影像传感器150以及第三透镜160皆设于底座170上，且底座170可相对待测物200进行位移。其中，底座170是沿着穿透待测物200的光束的行进路径移动，调整检测组件100和待测物200之间的距离。换句话说，底座170带着检测组件100沿着第三透镜160和第一影像传感器130所在的轴线移动，调整第三透镜160和待测物200之间的距离。于一实施例中，底座170包含一制动器（未示）用于带动检测组件100进行位移。

检测装置30更包含测试图案单元310位于光源300和待测物200之间并具有可透光的测试图案，举例来说，测试图案单元310可以是遮光罩，而测试图案则是于遮光罩上刻出的图案，例如十字形，但测试图案的形状不用于限制本新型。于本实施例中，测试图案单元310和光源300为独立的组件，但于其他实施例中，测试图案单元310和光源300可以整合为一个组件，例如可发出测试图案的图案光束产生器，本新型不依此为限。另外，光源300可以是LED照明系统或任何提供光束穿透测试图案的装置。

接着，请同时参照图3，其显示操作本新型实施例的检测装置30对待测物200进行量测后的离焦结果（through-focus result）。于本实施例中，待测物200的聚焦平面落于5a的位置，其中a代表两个量测位置之间的单位距离，举例而言，于现有技术中，a为检测装置10每次移动的距离。a的单位距离为，例如但不限定，3μm到10μm。于实际应用中，聚焦平面的位置5a为0，0的右边为正数的距离单位，0的左边位置为负数的距离单位，亦即，a到4a的位置依序为-4距离单位到-1距离单位，6a到10a的位置依序为+1距离单位到+4距离单位。

本实施例中的第二感测距离D21大于第一感测距离D11，且通过第一感测距离D11、第二感测距离D21、第一分光距离D12以及第二分光距离D22的设定与配置，使得检测组件100在量测a距离的位置的像平面影像（即，接收差异2a距离的位置的像平面影像的图案光束）时，亦可同时等效上量测2a距离的位置的像平面影像。a距离的位置的像平面影像由第一影像传感器130接收，而等效上2a距离的位置的像平面影像由第二影像传感器150接收。详细地说，两个像平面影像的位置的距离差异为a。

当开始进行量测时，检测组件100位于第一位置，使第三透镜160与第一量测位置的距离为a。光源300产生光束照射测试图案单元310以形成图案光束，而图案光束穿透待测物200和第三透镜160并抵达分光单元110。由此可见，待测物200和第三透镜160位于图案光束的行进路径上。

分光单元110将图案光束分为第一图案光束和第二图案光束，其中第一图案光束为通过分光单元110的第一出光面112的光束，而第二图案光束为通过分光单元110第二出光面114的光束。

第一图案光束通过分光单元110的第一出光面112后持续前进到第一透镜120。透过第一透镜120，平行的第一图案光束被聚焦到第一影像传感器130。由此可见，第一透镜120和第一影像传感器130位于第一图案光束的行进路径上。第一影像传感器130感测到的第一图案光束在经过数据化后得到像平面影像在a位置的MTF值，换句话说，第一图案光束在聚焦于第一影像传感器130后的成像为a位置的像平面影像。

第二图案光束通过分光单元110的第二出光面114并前进到第二透镜140。与第一图案光束相似，平行的第二图案光束透过第二透镜140被聚焦到第二影像传感器150。由此可见，第二透镜140和第二影像传感器150位于第二图案光束的行进路径上。第二影像传感器150感测到的第二图案光束在经过数据化后得到像平面影像在2a位置的MTF值，换句话说，第二图案光束在聚焦于第二影像传感器150后的成像为2a位置的像平面影像。

图案光束数据化和计算MTF的方法为现有的技术，因此不在此赘述。

图2中的点虚线和短虚线分别呈现第一影像传感器130感测到的像平面影像和第二影像传感器150感测到的像平面影像。第一影像传感器130接收的图案光束对应于第一量测位置a距离的像平面影像，而第二影像传感器150接收的图案光束对应于第二量测位置2a距离的像平面影像。因此，检测组件100等效上一次取得第一量测位置和第二量测位置的像平面影像。

接着，底座170移动检测组件100到第二位置，使第三透镜160与第三量测位置的像平面影像的距离为3a，亦即，像平面影像的位置为3a。如上所述，检测组件100于第二位置可同时取得等效上位于第三量测位置3a距离和第四量测位置4a距离的像平面影像。底座170持续移动检测组件100直到取得所有量测位置的数据。

举例而言，当计算焦点深度需要10个量测位置的像平面影像时，检测组件100可在5个位置的地方取得所有10个量测位置的像平面影像，且由第一影像传感器130和第二影像传感器150分别取得的像平面图像映射的MTF如图3所示（分别以o和x标示），两个同时取得的像平面图像映射的MTF对应于相邻的量测位置，例如第一量测位置与第二量测位置、第三量测位置与第四量测位置、第五量测位置与第六量测位置等等。因此，相较现有的检测装置10需要在10个位置取得10个数据点，本实施例的检测装置30在操作上可减少完成量测所需要的移动次数。其中，MTF指的是调制传递函数。

请参照图4，图4是本实用新型另一实施例的检测装置的示意图。图4所示的检测装置40的构成与上述实施例的检测装置30相似，其差异在于检测装置40在第一分光距离D12、第二分光距离D22、第一感测距离D11和第二感测距离Ｄ21的配置与设定除了一次取得两个量测位置的数据点使移动次数减少的同时，也可缩短移动距离的总和。详细地说，检测装置30的配置与设定使得第一影像传感器130和第二传感器150感测的像平面影像是位于相邻的量测位置，其中两个量测位置的差异为移动距离（a），然而检测装置40的配置与设定则是使第一影像传感器130和第二影像传感器150分别感测的两个像平面影像所在的量测位置具有n/2a的差异，其中n为需要取得的数据点总数，而a为每次移动的距离。

于本实施例中，检测装置40的第二感测距离Ｄ21大于第一感测距离Ｄ11，且其对第一感测距离Ｄ11、第二感测距离Ｄ21、第一分光距离Ｄ12以及第二分光距离D22的设定与配置使得检测组件100在量测a距离的位置的像平面影像时，亦可同时量测等效上6a距离的像平面位置的像平面影像。a距离的像平面影像的图案光束由第一影像传感器130接收，而6a距离的像平面影像的图案光束由第二影像传感器150接收。

当开始测量时，检测装置40的检测组件100位于第一位置，使第三透镜160与第一量测位置的像平面影像的距离为a，亦即，像平面影像的位置为a，而第一影像传感器130和第二影像传感器150感测到的分别为位于第一量测位置a距离和第六量测位置6a距离的像平面影像。图4中的点虚线和短虚线分别呈现检测装置40的第一影像传感器130感测到的像平面影像和第二影像传感器150感测到的像平面影像。第一影像传感器130接收的图案光束对应于第一量测位置a距离的像平面影像，而第二影像传感器150接收的图案光束对应于第六量测位置6a距离的像平面影像。因此，检测组件100等效上一次取得第一量测位置和第六量测位置的像平面影像。

接着，底座170移动检测装置40的检测组件100到第二位置，使第三透镜160与第二量测位置的像平面影像的距离为2a，亦即，像平面影像的位置为2a。如上所述，检测装置40的检测组件100于第二位置可同时取得像平面位于第二量测位置2a距离和第七量测位置7a距离的像平面影像。底座170持续移动检测组件100直到取得所有量测位置的数据。

图5的图表显示操作本新型另一实施例的检测装置40对待测物200进行量测后的离焦结果（through-focus result）。如图4所示，当计算焦点深度需要10个量测位置的像平面影像的MTF时，检测组件100可在5个位置的地方取得所有10个量测位置的数据，且由第一影像传感器130和第二影像传感器150分别取得的像平面影像的MTF如图5所示（分别以o和x标示），两个同时取得的像平面影像的MTF对应于为具间隔n/2a距离的量测位置，例如第一量测位置与第六量测位置、第二量测位置与第七量测位置等等。

相较现有的检测装置10需要在10个位置取得10个数据点，本新型另一实施例的检测装置40除了在操作上可减少完成量测所需要的移动次数，亦可以缩短移动距离的总和。以10个量测位置（a到10a）为例，现有技术的检测装置10需要移动的距离总和为9a，然而本新型实施例的检测装置40仅需从第一位置（第一量测位置a）移动到第五位置（第五量测位置5a），移动的距离总和为4a，即可完成量测。

需注意的是，虽然本新型实施例的检测装置30和另一实施例的检测装置40的配置让其同时取得的两个数据点（像平面影像）差异分别为a和n/2a，但本新型不依此为限，第一影像传感器130和第二影像传感器150取得的两个像平面影像的间的关系可依需求而设定。

本新型的检测装置30、40的放大倍率为5到20倍，其中放大倍率由第三透镜160与第一透镜120和/或第二透镜140的搭配决定，或是可经由调整光距离D3、第一或第二分光距离D12、D22和第一或第二感测距离D11、D12达到所需的放大倍率。

检测装置30、40的数值孔径（NA，Numerical Aperture）为0.5到1，其中数值孔径由第三透镜160和像平面之间的距离所定义。

上述放大倍率和数值孔径的计算为现有技术，此处不再赘述。

综合以上所述，本新型实施例提供的检测组件和检测装置利用两个透镜和影像传感器的设定和组合以等效上同时感测两个位于不同量测位置的像平面影像，使检测装置于进行测量时的移动次数可以减少，因此可以缩短完成测量所需花费的时间，提高效率。另外，本新型实施例提供的检测组件和检测装置于定点位置上等效同时感测的两个像平面影像除了可以是两个相邻量测位置的像平面数据，更可是两个间隔固定距离的量测位置的像平面数据，使整个量测过程除了移动次数和量测时间的减少外，更缩短了量测时移动的距离总和，使量测时所需的空间变小。

本实用新型在上文中已以较佳实施例揭露，然熟习本项技术者应理解的是，上述实施例仅用于描绘本新型，而不应解读为限制本新型的范围。应注意的是，举凡与前述实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本新型的范畴内。因此，本新型的保护范围当以申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种检测组件，适用于检测一待测物，其特征在于：所述检测组件包括：

分光单元，具有第一出光面与第二出光面；

第一影像传感器，面向所述分光单元的所述第一出光面；

第一透镜，设于所述分光单元与所述第一影像传感器之间；

第二影像传感器，面向所述分光单元的所述第二出光面；

第二透镜，设于所述分光单元与所述第二影像传感器之间；

以及，第三透镜，设于所述待测物与所述分光单元之间；

其中，所述第一透镜与所述第一影像传感器之间的距离和所述第二透镜与所述第二影像传感器之间的距离不相等。

2.根据权利要求1所述的检测组件，其特征在于：所述分光单元为分光棱镜，且所述第一出光面与所述第二出光面为所述分光棱镜的穿透面与反射面。

3.根据权利要求1所述的检测组件，其特征在于：还包括底座，其中所述分光单元、所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第一影像传感器和所述第二影像传感器设于所述底座上，且所述底座可相对所述待测物进行位移。

4.根据权利要求1所述的检测组件，其特征在于：所述第一透镜与所述分光单元之间的距离和所述第二透镜与所述分光单元之间的距离不相等。

5.根据权利要求1所述的检测组件，其特征在于：所述第一影像传感器与所述分光单元之间的距离和所述第二影像传感器与所述分光单元之间的距离不相等。

6.一种检测装置，适用于检测一待测物，其特征在于：所述检测装置包括：

如权利要求1至5任意一项所述的检测组件；

以及，光源，相对所述第三透镜设于所述待测物的另一侧，用于提供光束以穿透所述待测物及所述第三透镜，并经由所述分光单元分别穿透所述第一透镜及所述第二透镜且由所述第一影像传感器与所述第二影像传感器接收。

7.根据权利要求6所述的检测装置，其特征在于：还包括：

测试图案单元，位于所述光源与所述待测物之间，用于透过所述光源的光束以产生一图案光束，所述图案光束穿透所述待测物与所述第三透镜，并经由所述分光单元分别穿透所述第一透镜及所述第二透镜且由所述第一影像传感器与所述第二影像传感器接收。

8.根据权利要求7所述的检测装置，其特征在于：

所述分光单元与所述第三透镜位于所述图案光束的行进路径上；

所述分光单元将所述图案光束分为第一图案光束和第二图案光束，所述第一图案光束通过所述分光单元的所述第一出光面至所述第一透镜，所述第二图案光束通过所述分光单元的所述第二出光面至所述第二透镜；

所述第一透镜将所述第一图案光束聚焦到所述第一影像传感器，所述第二透镜将所述第二图案光束聚焦到所述第二影像传感器，所述第一影像传感器和所述第二影像传感器同时分别接收所述第一图案光束和所述第二图案光束；

以及，所述第一影像传感器和所述第二影像传感器分别接收的所述第一图案光束和所述第二图案光束等效上分别对应于不同距离的位置的像平面影像。

9.根据权利要求6所述的检测装置，其特征在于：所述检测装置的放大倍率为5到20倍，所述检测装置的数值孔径为0.5到1。

10.根据权利要求6所述的检测装置，其特征在于：所述待测物为光学组件或光学装置。

Images