【CN110134987A】基于光线追迹的光学球面缺陷检测照明设计方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010916390.2(22)申请日 2020.09.03(71)申请人 中国科学院上海光学精密机械研究所地址 201800 上海市嘉定区清河路390号(72)发明人 倪开灶　刘世杰　邵建达　李英甲　潘靖宇　(74)专利代理机构 上海恒慧知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 31317代理人 张宁展(51)Int.Cl.G01N 21/95(2006.01)(54)发明名称一种球面光学元件表面缺陷测量装置和测量方法(57)摘要本发明提出了一种球面光学元件表面缺陷测量装置和测量方法，利用照明反射光和表面缺陷产生的散射光的偏振特性的差异，去除照明反射光对表面缺陷暗场成像的影响，在准直照明条件下，即可实现不同曲率半径光学元件表面缺陷检测，无需因球面光学元件的曲率改变而调整照明光源，也不需要复杂的光学设计来实现不同程度聚焦照明光。

结合抛光液等污染性缺陷的光致发光效应，实现对球面光学元件表面残留的抛光液等缺陷的原位同步检测。

提出了一种结合位置探测器的原位反射式球面定心光路结构，球面光学元件无需在定心系统和测量系统之间移动，避免了运动定位误差，结构简单方便。

权利要求书2页 说明书6页 附图1页CN 112229854 A 2021.01.15C N 112229854A1.一种球面光学元件表面缺陷测量装置，其特征在于，包括准直光源(1)、第一偏振片(2)、半波片(3)、扩束器(4)、偏振分束器(5)、光快门(6)、第一反射镜(7)、长焦距会聚透镜(8)、会聚透镜(10)、光阑(11)、位置探测器(12)、第二反射镜(13)、第三反射镜(14)、长工作距离镜头(15)、二向色镜(16)、第二偏振片(17)、第一套筒透镜(18)、第一相机(19)、第二套筒透镜(20)、第二相机(21)、供球面光学元件(9)放置的自定心夹具(22)、旋转台(23)、弧摆台(24)、三维位移台(25)、控制器(26)和计算机(27)；所述的准直光源(1)发出的平行光束依次通过所述的第一偏振片(2)、半波片(3)、扩束器(4)和偏振分束器(5)，所述的偏振分束器(5)将平行光束分为s偏振光和p偏振光；s偏振光依次通过所述的光快门(6)、第一反射镜(7)和长焦距会聚透镜(8)后，聚焦到所述的球面光学元件(9)表面，经该球面光学元件(9)反射后，经所述的会聚透镜(10)聚焦后，通过所述的光阑(11)，由所述的位置探测器(12)接收，且该会聚透镜(10)的焦点位于所述的位置探测器(12)靶面的后方；p偏振光依次经所述的第二反射镜(13)和第三反射镜(14)后，照射到所述的球面光学元件(9)表面，该球面光学元件(9)的光滑表面产生的部分发散反射光和表面缺陷产生的散射光、荧光入射到所述的长工作距离镜头(15)，其中，所述的反射光和散射光经该长工作距离镜头(15)放大后，经所述的二向色镜(16)透射后，依次通过第二偏振片(17)和第一套筒透镜(18)滤光后，在所述的第一相机(19)上成像，所述的荧光经该长工作距离镜头(15)放大后，经所述的二向色镜(16)反射后，经所述的第二套筒透镜(20)透射后，在所述的第二相机(21)上成像；所述的第二偏振片(17)的偏振态为s偏振态；所述的第一偏振片(2)、偏振分束器(5)和第二偏振片(17)的消光比均大于10000:1；所述的第一相机(19)和第二相机(21)具有相同的分辨率，在近紫外和可见光波段均具有灵敏的光谱响应；所述的自定心夹具(22)固定在所述旋转台(23)上，所述的旋转台(23)置于所述的弧摆台(24)，所述的弧摆台(24)置于所述的三维位移台(25)上；所述的旋转台(23)、弧摆台(24)和三维位移台(25)分别与所述的控制器(26)连接，所述的计算机(27)分别与所述的第一相机(19)、第二相机(21)和控制器(26)的输出端相连。

一种小口径球面透镜表面缺陷检测装置和检测方法随着现代科技的发展，人们不断创新出精密的设备，这些设备可以满足不同的工业需求。

尤其是在光学领域，球面透镜表面的精度要求极高，因其可将光线聚焦到一个点。

同时，因为球面表面的平整度要求很高，以确保光线准确聚焦，所以球面透镜的表面必须一定程度的平整。

然而，由于生产过程中的各种原因，小口径球面透镜表面在实际中常常存在各种缺陷，因此小口径球面透镜表面缺陷检测显得尤为重要。

为了解决这一问题，国内科学家结合多种技术，研发出一种小口径球面透镜表面缺陷检测装置和检测方法。

这种装置采用激光技术和多普勒技术，它首先通过发射激光束，将激光束聚焦到透镜表面，随后通过多普勒的检测技术，检测透镜表面的缺陷，从而获得准确可靠的检测结果。

首先，制造一种表面缺陷检测装置，它由一个激光发射装置、一个测量装置和一个处理系统组成。

激光发射装置可以产生激光束，并将其聚焦到待检球面表面。

测量装置可以测量聚焦激光在球面表面上的置换和反射，以获得球面表面的准确测量值。

处理系统负责对测量数据进行处理，以确定球面表面的缺陷程度。

如果发现缺陷，该系统可以显示出缺陷的大小、位置以及表面平整度的参数。

同时，该系统还可以将球面表面缺陷的位置、大小和深度绘制出来，以方便解决表面缺陷问题。

此外，还提出了一种基于上述检测装置的检测方法。

该方法首先要采用激光扫描的方式，将激光束聚焦到球面表面，并对球面表面进行置换和反射测量，以得到准确的表面平整度参数，随后将测量结果传输给处理系统，该系统可以根据激光聚焦位置，计算出球面表面的缺陷程度。

通过上述介绍，以上研发出的一种小口径球面透镜表面缺陷检测装置和检测方法，可以有效地检测表面缺陷，并给出准确可靠的测试结果及更好的解决方案，以此改善小口径球面透镜的质量。

同时，由于其精度高、操作简单，所以受到了很多行业的青睐，为改善小口径球面透镜精度提供了新的思路和可行性。

同时，由于这种装置和检测方法在测试小口径球面透镜表面缺陷时优势明显，而且具备更高的精度和可靠性，因此未来也有可能将它运用到其他类似的光学和机械设备的检测中，以获得更好的效果。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910113011.3(22)申请日 2019.02.13(30)优先权数据62/629,761 2018.02.13 US(71)申请人 康代有限公司地址 以色列米得哈曼(72)发明人 Z ·本埃泽尔　(74)专利代理机构 北京安信方达知识产权代理有限公司 11262代理人 张瑞　杨明钊(51)Int.Cl.G01N 21/88(2006.01)(54)发明名称用于缺陷检查的光学对比度增强(57)摘要本申请公开了用于缺陷检查的光学对比度增强。

一种用于检查物体的检查系统和方法。

该方法可以包括获取物体的区域的散焦图像；以及处理该区域的散焦图像，以找到在与该区域的某些邻近点相关联的光路之间的相移。

相移可以指示缺陷。

散焦图像的获取可以包括用辐射束照明该区域，该辐射束在照射在该区域上时可以是空间相干的和准直的。

照明可以包括使辐射束穿过由孔径光阑限定的孔径，孔径光阑可以位于孔径光阑平面内。

孔径的尺寸可以是孔径光阑的尺寸的一小部分。

权利要求书2页 说明书6页 附图6页CN 110161033 A 2019.08.23C N 110161033A权　利　要　求　书1/2页CN 110161033 A1.一种用于检查物体的方法，所述方法包括：获取物体的区域的散焦图像；以及处理所述区域的散焦图像，以找到在与所述区域的某些邻近点相关联的光路之间的相移；其中所述相移指示缺陷；其中，所述散焦图像的获取包括用辐射束照明所述区域，所述辐射束在照射在所述区域上时是空间相干的和准直的；其中，所述照明包括使所述辐射束穿过由孔径光阑限定的孔径，所述孔径光阑位于孔径光阑平面内；以及其中，所述孔径的尺寸是所述孔径光阑的尺寸的一小部分。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述区域的所述散焦图像的获取包括由传感器感测由所述区域反射的感测到的辐射；其中所述感测到的辐射包括在从所述区域的不同点反射的辐射之间形成的干涉图样；其中所述区域的所述不同点包括所述某些邻近点和附加点。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810819046.4(22)申请日 2018.07.24(71)申请人 中国科学院上海光学精密机械研究所地址 201800 上海市嘉定区清河路390号(72)发明人 杨言若　步扬　徐静浩　王少卿　王向朝　(74)专利代理机构 上海恒慧知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 31317代理人 张宁展(51)Int.Cl.G06T 7/00(2017.01)G06T 7/13(2017.01)G01N 21/88(2006.01)G06T 5/00(2006.01)(54)发明名称基于光谱估计与电子分光技术的光学元件表面疵病检测方法(57)摘要一种基于光谱估计与电子分光技术的光学元件表面疵病的检测方法，本发明通过光谱估计与电子分光技术获取疵病图像的单波长分光图像以及彩色分光图像，并对疵病分光图像进行优化处理并自动筛选最佳分光图像。

相较于现有技术，本发明解决了现有技术白光照明时不同波长的相互叠加导致的疵病信息被掩盖的问题，通过利用光谱技术选择合适的检测波长识别疵病，解决了物理分光的成本和效率问题，提高了疵病检测的效率和精度、降低了疵病检测成本。

权利要求书2页 说明书6页 附图3页CN 109087290 A 2018.12.25C N 109087290A1.一种基于光谱估计与电子分光技术的光学元件表面疵病的检测方法，光学元件表面疵病检测系统包括光源单元、显微成像单元、彩色相机、高精度位移台和计算机，其特征在于该方法包括如下步骤：1)获取光学元件表面疵病的彩色图像：将待测光学元件置于所述的高精度位移台上，采用高精度位移台实现待测光学元件的定位和对焦，光源系统发出的光经过光纤分光器后分成四束对称的平行光斜入射到待测光学元件表面，实现近似环形照明，待测光学元件表面的散射光经过显微成像单元后会聚到彩色相机的成像面成像，获取光学元件表面疵病的彩色图像并输入所述的计算机；2)所述的计算机将光学元件表面疵病图像按下列步骤进行处理：①计算光谱估计矩阵G：像素点(x，y)处的输出信号v i的计算公式如下：v i＝∫vis E(λ)S(λ)f i(λ)L(λ)r(λ，x，y)dλ，i＝{r，g，b}其中，E(λ)代表光源的光谱辐射分布，S(λ)代表光谱灵敏度，f i(λ)代表彩色滤波片的光谱传输，L(λ)代表光学镜头的光谱传输率，r(λ，x，y)代表待测光学元件的表面反射率；将反射光谱r离散化并表示为矩阵形式：v＝[v r v g v b]T＝Ar＝A[r(λ1) r(λ2) ... r(λn)]T其中，A代表系统矩阵，代表整个检测系统的特性；估计反射矩阵r′表示为：r′＝Gv，其中G为最小二乘估计法计算得到的估计矩阵，该估计法使得待测光学元件实际反射光谱r和估计得到的反射光谱r′均方差最小化，G的计算表达式如下，G＝R rr A T(AR rr A T+R nn)-1＝r·v T(v·v T+R nn)-1其中，R rr及R nn分别指待测光学元件实际反射光谱r的自相关矩阵和噪声n的自相关矩阵，矩阵r是由分光光度计测得的标准色卡反射光谱率构成，矩阵v是检测系统测得的标准色卡的RGB值，R nn在实验环境中影响很小略去，由上式可以求出光谱估计矩阵G为：G＝RrrA T(ARrrA T)-1＝r·v T(v·v T)-1②计算分光图像P：根据光谱估计矩阵G计算分光图像的公式如下：P＝FG·v＝M·v其中，F为滤波矩阵，选取所需波长对应的波长信息进行分光图像计算；3)对分光图像中的单波长分光图像进行筛选，由于暗场成像光学元件表面疵病图像的背景与疵病的在灰度上的差异，利用疵病图像识别算法来寻找最佳的单波长图像及其波长，包括下列步骤：①在图像处理前进行平滑滤波，在减少噪声信息的同时保留疵病边缘位置信息；②使用边缘检测算法对表面疵病的边缘特征进行提取；③使用边缘细化算法，对疵病二值化图像进行处理得到变换灰度图像；④对所述的变换灰度图像进行疵病的定位与计数，得到疵病计数nλ；⑤统计所有单波长分光图像的疵病计数，得到nλ＝400，nλ＝405，…，nλ＝700，筛选识别疵病数量最多的单波长分光图像，此时的疵病数量为最佳疵病计数n best，相应的波长为最佳识别疵病的单波长λbest；⑥对原图像的变换灰度图重复进行疵病定位和计数，得到原图像的灰度图疵病计数n0，计算n beast/n0得到疵病计数的优化比；4)对分光图像中的彩色分光图像进行筛选，不同的波长组合可以组合出不同的彩色分光图像，由于不同尺度、不同形状的表面疵病彩色分光图中背景与疵病的差异主要在于亮度与对比度，所以利用亮度与对比度来筛选出识别疵病的最佳波长组合，包括下列步骤：①计算图像中像素的亮度值I(i，j)，按如下公式计算亮度的对比度：②计算亮度对比度的分割阈值，并对疵病的彩色分光图像进行分割，产生背景和目标(疵病)；③当三个波长选择为λR，λG，λB时，对分割后的彩色分光图像中的疵病进行疵病定位和计数，得到所述的三个波长λR，λG，λB的疵病计数为④筛选识别疵病数量最多的彩色分光图像，此时的疵病数量为最佳疵病计数n best，该波长组合为最佳识别疵病的波长组合λR，λG，λB；⑤对原图像重复步骤①至③，得到原图像的彩色图的疵病计数n0，计算n beast/n0，得到疵病计数优化比。

专利名称：基于光纤传感的钢球表面缺陷测量系统的补偿方法专利类型：发明专利
发明人：马玉真,王新华,孙选,张辉,李国平
申请号：CN201410039000.2
申请日：20140126
公开号：CN103776843A
公开日：
20140507
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明具体公开了基于光纤传感的钢球表面缺陷测量系统的补偿方法，包括步骤1针对单个光纤发射，多组光纤接收散射光的传感器结构，采用光功率计测量得到检测入射光功率P和相应的多组光纤接收的光功率P,P,...,P；步骤2对步骤1得到的P,P,...,P利用多路高速同步数据采集板进行数据采集，得到n路光强的数字信号；对n组的光强求和，得到P＝P+P+P+...+P；步骤3对步骤2得到的P,P,P,...,P进行除运算，即用多组接收光强的和与每一组的接受光强相除，得到比值P/P,P/P,...,P/P，此时获得了传感器与被测表面倾斜不同角度时的光强比值；步骤4建立间隙随比值变化的函数；步骤5确定系数a、a、a、…、a；步骤6将步骤5得到的系数值，带入公式（1）中，得到准确的间隙值。

申请人：济南大学
地址：250022 山东省济南市市中区济微路106号
国籍：CN
代理机构：济南圣达知识产权代理有限公司
代理人：郑华清
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