用于表征表面均匀度的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种方法，该方法包括将光从光源(12)发射到至少部分反射的表面(24)上。在屏幕(32)处从表面收集反射光(13)，以利用相机(40)在第一图像(42)中捕获反射光的强度分布(34)。通过对反射光的强度分布的傅里叶变换执行合适的滤波来处理(50)反射光的第一图像的强度分布，以便强调具有感兴趣的强度变化的特征。分析该反射光的该强度分布的具有该感兴趣的变化的特征以确定该表面的均匀度值。的变化的特征以确定该表面的均匀度值。的变化的特征以确定该表面的均匀度值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于表征表面均匀度的方法和系统

技术介绍

[0001]可分析材料的所选择物理属性以确定该材料的均匀度，继而能够在特定产品应用中提供关于材料外观和功能性的有用信息。用于分析和确定均匀度的方法依赖于图形标准和人类专家的判断，但此类定性方法缺乏精度，并且不能在产品制造时实时利用。
[0002]光学方法已被用于实时测量材料的物理特性。然而，事实证明基于这些测量快速评估材料的总体均匀度具有难度，因为一些不均匀因素存在于小尺度中，而另一些不均匀因素则仅在较大尺度中较为明显。

技术实现思路

[0003]一般来讲，本专利技术涉及一种用于表征光学元件的表面均匀度的方法，其中，表面为至少部分反射的。该方法处理光学元件的外表面或内表面的反射强度分布，并且所获得的处理信息可用于量化其中的所选特征。例如，使用本专利技术的方法，可通过光学检测系统来量化光学元件的表面失真诸如斑点的严重性。在一些实施方案中，本公开的方法可用于在制造光学元件时实时评估光学元件的表面。
[0004]与对于缺陷严重性的定性的人类评估相比，通过光学检测系统获得的有关所选特征的定量信息更准确且可再现。光学检测系统可用于为光学元件建立和保持质量标准，并且在结合到更复杂的光学系统(例如，用于汽车和航空航天应用的显示器)中之前，可从制造过程中移除无法满足质量标准的光学元件。
[0005]例如，已发现对反射偏振膜的制造过程中产生的缺陷(诸如斑点、橘皮状表面缺陷(orange peel)等)的定性评级不可靠且不可重复，即使在由人类专家对膜表面进行视觉分析时也是如此，并且需要定量测量系统以确保满足和保持质量标准。包括本公开的方法和装置的基于紧凑型区域相机的光学检测系统利用从反射偏振膜的表面反射的光来定量地评定反射偏振膜的所选表面上的所选类型的缺陷的严重性，同时最小化或甚至消除待测样本中其他类型的缺陷的影响或其他界面的影响。在各种实施方案中，本公开的检测系统可利用图像处理技术，诸如傅里叶变换滤波和基于小块的均匀度度量的组合，以在各种尺度上提供对表面的稳健定量缺陷评级，这与对表面的视觉分析所产生的人为误差无关。本公开的检测系统可提供信息以确定产品配方、评估产品的构造和规格或测试层合产品。
[0006]通过查看反射中的光学元件的表面，在一些实施方案中，偏振效应可用于优化来自光学元件的所选层的反射，以及使得能够检测驻留在光学元件中的不透明层上方的层。在反射的几何形状中，精确的入射角不影响对表面斜度变化的测量灵敏度，但是通过选择入射光束的偏振态(或者用偏振器分析反射光束)，可消除叠堆层合物内不需要的表面反射，从而仅留下来自待测光学元件的选表面的反射。
[0007]在一个方面，本公开涉及一种方法，该方法包括：将光从光源发射到表面上，其中，该表面是至少部分反射的表面；收集从表面反射的反射光以捕获反射光的强度分布；处理反射光的强度分布以强调反射光的强度分布的具有感兴趣的变化的特征；以及分析反射光的强度分布的具有感兴趣的变化的特征以确定表面的均匀度值。
[0008]在另一方面，本公开涉及一种方法，该方法包括：将光从点光源发射到光学元件的表面上，其中，该表面为至少部分反射的；收集来自屏幕上的表面的反射光，以捕获反射光的强度分布；用相机对屏幕进行成像以形成反射光的强度分布的图像；对反射光的强度分布的图像执行傅里叶变换；对傅里叶变换进行滤波以获得经滤波的傅里叶变换，其中，该滤波选择强度分布的图像中指示表面中的缺陷的空间频率；对经滤波的傅里叶变换执行傅里叶逆变换以获得傅里叶逆变换；分析傅里叶逆变换的区域以确定区域内的对比度变化；以及计算傅里叶逆变换的每个区域中的缺陷的均匀度值。
[0009]在另一方面，本公开涉及一种用于确定光学元件的表面的均匀度值的系统，该系统包括光学元件，该光学元件包括至少部分反射的表面；以及装置，该装置包括：点源，该点源将光发射到光学元件的表面上；屏幕，该屏幕被定位成收集从光学元件的表面反射的反射光并且捕获反射光的强度分布；相机，该相机被定位成对屏幕进行成像并且捕获反射光的强度分布的图像；以及带有处理器的计算机，该处理器被配置为：对反射光的强度分布的图像执行傅里叶变换；对傅里叶变换进行滤波以获得经滤波的傅里叶变换，其中，应用滤波器来选择强度分布的图像中指示表面中的缺陷的空间频率；对经滤波的傅里叶变换执行傅里叶逆变换以获得傅里叶逆变换；分析傅里叶逆变换的区域以确定该区域内的对比度变化；以及计算傅里叶逆变换的每个区域的缺陷的均匀度值。
[0010]关于数值、特性或特征的术语“约”或“大约”意指数值、特性或特征的+/
‑
5％，但是也明确包括在数值或特性或特征的+/
‑
5％内的任何窄范围以及精确值。例如，“约”100℃的温度指从95℃到105℃的温度(包括端值)，但是也明确包括任何更窄的温度范围或甚至在该范围内的单个温度，包括例如精确的100℃的温度。
[0011]提及特性或特征的术语“基本上”意指特性或特征表现出在该特性或特征的98％内，但也明确包括该特性或特征的百分之二内的任何窄范围，以及该特性或特征的具体值。例如，“基本上”透明的基底指透射98％
‑
100％(包括端值)的入射光的基底。
[0012]本专利技术的一个或多个实施方案的细节在以下附图和说明书中示出。从说明书和附图以及从权利要求中本专利技术的其他特征、目的和优点将显而易见。
附图说明
[0013]图1为可被配置为使用本公开的表面分析方法的示例性光学检测系统的示意性侧视图。
[0014]图2为可被配置为使用本公开的表面分析方法的示例性光学检测系统的示意性侧视图。
[0015]图3A至图3B为傅里叶变换滤波器的示意性俯视图，该傅里叶变换滤波器可用于强调或去强调(deemphasize)使用本公开的光学检测系统获得的图像中的缺陷。
[0016]图4A至图4B为傅里叶变换滤波器的示意性俯视图，该傅里叶变换滤波器可用于强调或去强调使用本公开的光学检测系统获得的图像中的缺陷。
[0017]图5A至图5B为傅里叶变换滤波器的示意性俯视图，该傅里叶变换滤波器可用于强调或去强调使用本公开的光学检测系统获得的图像中的缺陷。
[0018]图6为示出傅里叶变换滤波器的示例以及通过使用滤波器来强调或去强调的图像的特征的表。
[0019]图7为本公开的表面分析方法的示例的流程图。
[0020]图8为本公开的表面分析方法的示例的流程图。
[0021]图9为本公开的表面分析方法的示例的流程图。
[0022]图10A至图10C为由专业的人类评价者得出的对实施例1的反射偏振膜的橘皮状表面缺陷的评级的图。
[0023]图11A为比较由本公开的方法确定的对实施例2的反射偏振膜的大尺度斑点的评级与由专业的人类评价者确定的评级的图。
[0024]图11B为比较实施例2的反射偏振膜的橘皮状表面缺陷和大尺度斑点均匀度评级的图。
[0025]在这些附图中，类似的符号表示类似的元件。
具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种方法，所述方法包括：将光从光源发射到表面上，其中，所述表面为至少部分反射的；收集从所述表面反射的反射光以捕获所述反射光的强度分布；处理所述反射光的所述强度分布以强调所述反射光的所述强度分布的具有感兴趣的变化的特征；以及分析所述反射光的所述强度分布的具有所述感兴趣的变化的所述特征以确定所述表面的均匀度值。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光源包括点光源。3.根据权利要求2所述的方法，其中，从所述光源发射的光为偏振的。4.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述反射光进行分析。5.根据权利要求1所述的方法，其中，通过将所述反射光引导到屏幕上来收集所述反射光。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述屏幕上的所述强度分布由相机进行成像以形成从所述表面反射的所述反射光的所述强度分布的图像。7.根据权利要求1所述的方法，其中，处理所述反射光的所述强度分布包括向所述强度分布的图像应用选自以下项的处理方法：小波变换、滤波、应用空间卷积核，以及它们的组合。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述处理方法包括执行所述强度分布的所述图像的傅里叶变换，并且将滤波函数应用于所述傅里叶变换以强调所述强度的所述图像中指示所述表面的特性的所选空间频率。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述傅里叶变换由光学系统、现场可编程门阵列(FPGA)和配置有软件的数字计算机中的至少一者执行。10.根据权利要求1所述的方法，其中，分析所述强度分布的具有所述感兴趣的变化的所述特征以确定所述表面的均匀度值包括：对来自所述表面的所述反射光的所述强度分布的图像执行傅里叶变换；对所述傅里叶变换进行滤波以获得经滤波的傅里叶变换；对...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗朗西斯，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：