一种光谱共焦可测量面型或厚度的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光谱共焦可测量面型或厚度的装置及方法，该装置包括多光谱光源、聚焦透镜组、准直透镜组、分光镜、色散聚焦透镜组、XY位移平台、聚焦透镜组、光谱分析仪，其具有结构设计合理简洁，无需接触即可准确测量被测面板的厚度，以及测量稳定可靠的特点；该方法利用被测面板的界面反射特性，通过调节XY位移平台使得被测面板的表面在色散焦点范围聚焦，聚焦的反射光再通过色散聚焦透镜组收集后聚焦于光谱分析仪，由与光谱分析仪连接的计算机处理而得到相应的光强极值，并根据XY位移平台在对应的光强极值出现的时间间隔内的位移变化量则可计算出被测面板的面型或厚度，实现无接触式、高精度测量。

【技术实现步骤摘要】
一种光谱共焦可测量面型或厚度的装置及方法
本专利技术涉及前沿光学检测领域，特别涉及一种光谱共焦可测量面型或厚度的装置及方法。
技术介绍
伴随着现在技术的进步和工艺水平的显著提高，对表面形状的测量需求越来越多,要求越来越高。比如手机或显示面板等产品一般由透明材料制成，其的厚度一直向着越来越薄的方向发展，使之各项性能都更优秀，透光率更高、表面更平整、柔性更强、光学性能更加好。同时实现这些高性能的超薄透明材料的厚度测量的技术也需要更高精密的要求，传统的接触式的测量方法已经无法使用于薄型手机面板厚度测量的新要求了，接触式的测量容易对薄型手机面板造成划伤，因此非接触式测量技术是一个必然选择。目前，对手机面板厚度的测量方式还是以接触式测量为主，这种直接接触的测量方法对材料会造成划伤损坏等问题。存在测量的范围小、位置不确定和测定难的问题。从测量的效率方面来说，接触式测量的速度慢，精度偏低，测量的误差也较大。手机面板所用材料为透明材料。这方面的高端测量设备都是多数依赖于西方发达国家的进口。厚度测量技术就是透明材料的产品质量和经济效益的直接制约因素。因此，研制具有自主知识产权的非接触式手机面板测量技术是很有必要的，故本申请人针对此进行了研发并特此提出本专利技术申请。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种光谱共焦可测量面型或厚度的装置，其具有结构设计合理简洁，便于操作使用，无需接触即可准确测量被测面板的面型或厚度，以及测量稳定可靠的特点。另外，本专利技术还提供本专利技术一种光谱共焦可测量面型或厚度的方法，其利用被测面板的表面反射特性，在XY位移平台轴向移动过程中使得被测表面在色散聚焦透镜组的色散焦点范围内，同时在色散聚焦透镜组前设有挡光板使探测光束为环形，使得光谱分析仪能有效接收到被测面板表面反射的特定光谱信号，与光谱分析仪连接的计算机则相应处理得到相应的光强极值，因此，根据XY位移平台光强极值出现的光谱位置而计算出面型或厚度，由于在色散聚焦透镜组前有挡光板使探测光束为环形光束，有效地增强了探测的精度，故其表面可以是光洁表面或散射表面。因此采用本专利技术可高效、准确且无接触地测量出表面形状或被测面板的厚度，对采用被测面板类的产品有效保证了其质量及性能，具有显著的经济、社会效益，同时对光学制造与光学检测以及其它应用领域的发展亦具有现实意义。为解决上述技术问题，本专利技术一种光谱共焦可测量面型或厚度的装置，包括依次设有多光谱光源1、聚焦透镜组2、准直透镜组4、分光镜8、色散聚焦透镜组6和XY位移平台12，所述分光镜8另一侧依次设有聚焦透镜组9、光谱分析仪11。所述聚焦透镜组2与准直透镜组4之间设有照明小孔3或照明光纤17，所述聚焦透镜组9与光谱分析仪11之间设有用于滤波的探测小孔10。进行测量时，被测面板7位于XY位移平台12上，通过调节XY位移平台12轴向移动以使得被测面板7的表面相应与色散聚焦透镜组6的焦平面重合。所述多光谱光源1提供及发射多光谱光束。所述聚焦透镜组2用于聚焦多光谱光源1发射的光能量到照明小孔3或照明光纤17入射端上，照明小孔3或照明光纤17入射端过滤边缘杂光而形成需要的点光源。所述准直透镜组4用于将通过照明小孔3或照明光纤17的光准直成平行光束14。所述分光镜8用于分光，所述分光镜8两相对侧分别为准直透镜组4和色散聚焦透镜组6，所述分光镜8第三侧依次为聚焦透镜组9、探测小孔10、光谱分析仪11。所述聚焦透镜组9用于聚焦，当色散聚焦透镜组6收集到的被测面板7表面的反射光，并通过分光镜8后由聚焦透镜组9聚焦在探测小孔10，以便光谱分析仪11探测光信号。所述色散聚焦透镜组6用于将经分光镜8分光的照明光束聚焦到被测面板7上，聚焦到被测面板7表面的光再反射，色散聚焦透镜组6则收集由被测面板7表面反射的反射光，反射光再经分光镜8分离反射到聚焦透镜组9上，聚焦透镜组9再进行聚焦在探测小孔10上，以使得光谱分析仪11探测到光信号。如上所述的一种光谱共焦可测量面型或厚度的装置，在所述准直透镜组4与分光镜8之间设有挡光片5，或在所述分光镜8与色散聚焦透镜组6之间设有挡光片5，或在所述色散聚焦透镜组6与XY位移平台12之间设有挡光片5，所述挡光片5用于遮挡光路的中心光线以形成环形光束而提高测量被测面板7的精度。本专利技术还一种光谱共焦可测量面型或厚度的方法，使用上述所述的一种光谱共焦可测量面型或厚度的装置，具体步骤如下：S1、调节多光谱光源1、聚焦透镜组2、照明小孔3或照明光纤17入射端和出射端、准直透镜组4、分光镜8和色散聚焦透镜组6使之相应等高共轴,以及调节分光镜8、聚焦透镜组9、探测小孔10和光谱分析仪11使之相应等高共轴。S2、开启多光谱光源1，多光谱光源1射出的入射光线13经聚焦透镜组2聚焦在照明小孔3或照明光纤17入射端上，形成点光源。S3、准直透镜组4将经过照明小孔3或照明光纤17出射端的点光源变为光准直平行光束14射出，接着光准直平行光束14经过分光镜8分光后再射入色散聚焦透镜组6。S4、色散聚焦透镜组6将经分光后的光准直平行光束14聚焦到被测面板7表面，由被测面板7表面进行反射，并由色散聚焦透镜组6进行收集被测面板7表面的反射光，被测面板7表面的反射光经过分光镜8分光后射入聚焦透镜组9，再由聚焦透镜组9聚焦在探测小孔10上，探测小孔10对入射的反射光进行滤波，使得光谱分析仪11相应接收色散聚焦透镜组6从焦平面上反射回来的光强信号。S5、当被测面板7由透明材料制成时，将放置有被测面板7的XY位移平台12沿轴向移动，在移动过程中使得被测面板7的上、下表面将分别与色散聚焦透镜组6的焦平面重合，光谱分析仪11则可接收到被测面板7上、下表面反射的光信号，与光谱分析仪11连接的计算机则处理得到两个光强极值，根据XY位移平台12在两个光强极值出现的时间间隔内的位移变化量则计算出被测面板7的厚度。当被测面板由非透明材料制成时，将放置有被测面板7的XY位移平台12沿轴向移动，在移动过程中使得被测面板7的上表面将色散聚焦透镜组6的焦平面重合，光谱分析仪11则可接收到被测面板7相应表面反射的光信号，与光谱分析仪11连接的计算机则处理得到相应的光强极值，根据XY位移平台12在对应光强极值出现的时间间隔内的位移变化量则计算出被测面板7的面型。如上所述的一种光谱共焦可测量面型或厚度的方法，在步骤S3中，准直透镜组4将点光源变为光准直平行光束14射出，先由挡光片5遮挡住光准直平行光束14的中心光线而形成环形光束，再经过分光镜8分光，最后则射入色散聚焦透镜组6。或者在步骤S3中，准直透镜组4将点光源变为光准直平行光束14射出经过分光镜8分光后，先由挡光片5遮挡住经分光的光准直平行光束14的中心光线而形成环形光束，最后则射入色散聚焦透镜组6。或者在步骤S3中，准直透镜组4将点光源变为光准直平行光束14射出经过分光镜8分光后，接着射入色散聚焦透镜组6，由挡光片5遮挡住经色散聚焦透镜组6聚焦的光束的中心光线而形成环形光束本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光谱共焦可测量面型或厚度的装置，其特征在于包括依次设有多光谱光源(1)、聚焦透镜组(2)、准直透镜组(4)、分光镜(8)、色散聚焦透镜组(6)和XY位移平台(12)，所述分光镜(8)另一侧依次设有聚焦透镜组(9)、光谱分析仪(11)；所述聚焦透镜组(2)与准直透镜组(4)之间设有照明小孔(3)或照明光纤(17)，所述聚焦透镜组(9)与光谱分析仪(11)之间设有用于滤波的探测小孔(10)；/n进行测量时，被测面板(7)位于XY位移平台(12)上，通过调节XY位移平台(12)轴向移动以使得被测面板(7)的表面相应与色散聚焦透镜组(6)的焦平面重合；/n所述多光谱光源(1)提供及发射多光谱光束；/n所述聚焦透镜组(2)用于聚焦多光谱光源(1)发射的光能量到照明小孔(3)或照明光纤(17)入射端上，照明小孔(3)或照明光纤(17)入射端过滤边缘杂光而形成需要的点光源；/n所述准直透镜组(4)用于将通过照明小孔(3)或照明光纤(17)的光准直成平行光束(14)；/n所述分光镜(8)用于分光，所述分光镜(8)两相对侧分别为准直透镜组(4)和色散聚焦透镜组(6)，所述分光镜(8)第三侧依次为聚焦透镜组(9)、探测小孔(10)、光谱分析仪(11)；/n所述聚焦透镜组(9)用于聚焦，当色散聚焦透镜组(6)收集到的被测面板(7)表面的反射光，并通过分光镜(8)后由聚焦透镜组(9)聚焦在探测小孔(10)，以便光谱分析仪(11)探测光信号；/n所述色散聚焦透镜组(6)用于将经分光镜(8)分光的照明光束聚焦到被测面板(7)上，聚焦到被测面板(7)表面的光再反射，色散聚焦透镜组(6)则收集由被测面板(7)表面反射的反射光，反射光再经分光镜(8)分离反射到聚焦透镜组(9)上，聚焦透镜组(9)再进行聚焦在探测小孔(10)上，以使得光谱分析仪(11)探测到光信号。/n...

【技术特征摘要】
1.一种光谱共焦可测量面型或厚度的装置，其特征在于包括依次设有多光谱光源(1)、聚焦透镜组(2)、准直透镜组(4)、分光镜(8)、色散聚焦透镜组(6)和XY位移平台(12)，所述分光镜(8)另一侧依次设有聚焦透镜组(9)、光谱分析仪(11)；所述聚焦透镜组(2)与准直透镜组(4)之间设有照明小孔(3)或照明光纤(17)，所述聚焦透镜组(9)与光谱分析仪(11)之间设有用于滤波的探测小孔(10)；
进行测量时，被测面板(7)位于XY位移平台(12)上，通过调节XY位移平台(12)轴向移动以使得被测面板(7)的表面相应与色散聚焦透镜组(6)的焦平面重合；
所述多光谱光源(1)提供及发射多光谱光束；
所述聚焦透镜组(2)用于聚焦多光谱光源(1)发射的光能量到照明小孔(3)或照明光纤(17)入射端上，照明小孔(3)或照明光纤(17)入射端过滤边缘杂光而形成需要的点光源；
所述准直透镜组(4)用于将通过照明小孔(3)或照明光纤(17)的光准直成平行光束(14)；
所述分光镜(8)用于分光，所述分光镜(8)两相对侧分别为准直透镜组(4)和色散聚焦透镜组(6)，所述分光镜(8)第三侧依次为聚焦透镜组(9)、探测小孔(10)、光谱分析仪(11)；
所述聚焦透镜组(9)用于聚焦，当色散聚焦透镜组(6)收集到的被测面板(7)表面的反射光，并通过分光镜(8)后由聚焦透镜组(9)聚焦在探测小孔(10)，以便光谱分析仪(11)探测光信号；
所述色散聚焦透镜组(6)用于将经分光镜(8)分光的照明光束聚焦到被测面板(7)上，聚焦到被测面板(7)表面的光再反射，色散聚焦透镜组(6)则收集由被测面板(7)表面反射的反射光，反射光再经分光镜(8)分离反射到聚焦透镜组(9)上，聚焦透镜组(9)再进行聚焦在探测小孔(10)上，以使得光谱分析仪(11)探测到光信号。


2.如权利要求1所述的一种光谱共焦可测量面型或厚度的装置，其特征在于在所述准直透镜组(4)与分光镜(8)之间设有挡光片(5)，或在所述分光镜(8)与色散聚焦透镜组(6)之间设有挡光片(5)，或在所述色散聚焦透镜组(6)与XY位移平台(12)之间设有挡光片(5)，所述挡光片(5)用于遮挡光路的中心光线以形成环形光束而提高测量被测面板(7)的精度。


3.一种光谱共焦可测量面型或厚度的装置，其特征在于包括依次设有多光谱光源(1)、聚焦透镜组(2)、分光镜(8)、准直透镜组(4)、色散聚焦透镜组(6)和XY位移平台(12)，所述分光镜(8)另一侧依次设有聚焦透镜组(9)、光谱分析仪(11)；所述分光镜(8)与准直透镜组(4)之间设有照明小孔(3)或照明光纤(17)；
进行测量时，被测面板(7)位于XY位移平台(12)上，通过调节XY位移平台(12)轴向移动以使得被测面板(7)的表面相应与色散聚焦透镜组(6)的焦平面重合；
所述多光谱光源(1)提供及发射多光谱光束；
所述聚焦透镜组(2)用于聚焦多光谱光源(1)发射的光能量,射向上分光镜(8)，分光后之后再射向照明小孔(3)或照明光纤(17)以过滤边缘杂光而形成需要的点光源，所述点光源发出的光束射向准直透镜组(4)；
所述准直透镜组(4)用于将通过照明小孔(3)或照明光纤(17)的光准直成平行光束(14)；
所述分光镜(8)用于分光，所述分光镜(8)两相对侧分别为聚焦透镜组(2)和照明小孔(3)或照明光纤(17)，所述分光镜(8)第三侧依次为聚焦透镜组(9)、光谱分析仪(11)；
所述聚焦透镜组(9)用于聚焦，当色散聚焦透镜组(6)收集到的被测面板(7)表面的反射光，该反射光先后经过准直透镜组(4)和照明小孔(3)或照明光纤(17)，再通过分光镜(8)后由聚焦透镜组(9)聚焦以便光谱分析仪(11)探测光信号；
所述色散聚焦透镜组(6)用于将光束聚焦到被测的被测面板(7)上，聚焦到被测面板(7)表面的光再反射，色散聚焦透镜组(6)则收集由被测面板(7)表面反射的反射光，该反射光先后经过准直透镜组(4)和照明小孔(3)或照明光纤(17)，再通过分光镜(8)后由聚焦透镜组(9)聚焦以便光谱分析仪(11)探测光信号。


4.如权利要求3所述的一种光谱共焦可测量面型或厚度的装置，其特征在于在所述聚焦透镜组(9)与光谱分析仪(11)之间设有用于滤波的探测小孔(10)。


5.如权利要求3或4所述的一种光谱共焦可测量面型或厚度的装置，其特征在于在所述准直透镜组(4)与色散聚焦透镜组(6)之间设有挡光片(5)，所述挡光片(5)用于遮挡光路的中心光线以形成环形光束而提高测量被测面板(7)的精度。


6.一种光谱共焦可测量面型或厚度的方法，其特征在于：使用权利要求1所述的一种光谱共焦可测量面型或厚度的装置，具体步骤如下：
S1、调节多光谱光源(1)、聚焦透镜组(2)、照明小孔(3)或照明光纤(17)入射端和出射端、准直透镜组(4)、分光镜(8)和色散聚焦透镜组(6)使之相应等高共轴,以及调节分光镜(8)、聚焦透镜组(9)、探测小孔(10)和光谱分析仪(11)使之相应等高共轴；
S2、开启多光谱光源(1)，多光谱光源(1)射出的入射光线(...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋锦昌，宋素霜，
申请(专利权)人：珠海横琴美加澳光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44