專利名稱：用于控制透明或反射元件的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種器件，用于-檢測缺陷或定位存在于透明或反射光學(xué)部件中的半可見標(biāo)記，例如，檢測變形和外觀缺陷(“美觀控制”)。
-測量這種光學(xué)部件的光學(xué)特性(例如，發(fā)散、折射、透射率、功率或聚散度、曲率、擴(kuò)散率等特性)本發(fā)明的一個(gè)示例應(yīng)用是對眼鏡行業(yè)(ophthalmic industry)中的光學(xué)透鏡和所有透明和/或反射產(chǎn)品的控制。
反射產(chǎn)品被推理地定義為具有根據(jù)鏡面反射定律對入射光作出反應(yīng)的表面的產(chǎn)品。
本發(fā)明還涉及半透明產(chǎn)品和/或具有漫反射的產(chǎn)品的外觀控制。
背景技術(shù)：
已知許多方法，并且它們被用在人工視覺中用于缺陷的自動(dòng)檢測，它們采用具有適合于待檢測的特定類型缺陷的特性的照明系統(tǒng)。應(yīng)該提到，例如具有明場和暗場的器件、投影系統(tǒng)、例如黑白條形式的替代觀測系統(tǒng)、被稱為“刀口(knife edge)”的紋影法，等等。
此處考慮可能同時(shí)出現(xiàn)的三種主要類型的缺陷(非排它的)-擴(kuò)散缺陷可見，即使影響較小的區(qū)域；在通常的意義上“散射”光；-偏轉(zhuǎn)缺陷不引起擴(kuò)散，但局部修改折射效應(yīng)(例如“放大”效應(yīng))；-吸收缺陷局部減少透射。
已知器件的特征通常在于移動(dòng)需求，不論對于被觀測部件還是對于照明器件(FR-A-98 14417，EP-A-556655，法國Le Creusot，2001年5月21-23日，QCAV-時(shí)期，Le2i實(shí)驗(yàn)室，R.SEULIN等人的“Machine Vision System for Specular Surface InspectionUse ofSimulation Process as a Tool for Design and Optimization”)，或此外適合的投影器件(EP-A-856728)。任何人因此可以獲得具有由要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)和由所采用的機(jī)械的、幾何的或光學(xué)部件確定的配置的系統(tǒng)。
許多照明系統(tǒng)的配置由被觀測物體的大小和形狀確定，例如在文檔US-B-6,476,909中描述的器件。它提出了用來檢查光學(xué)部件的器件，其中，擴(kuò)散部件被插入光源和待檢查的部件之間。擴(kuò)散元件最好是具有擴(kuò)散傳輸因數(shù)不同的三個(gè)區(qū)域的兩維LCD板具有較弱擴(kuò)散率的中心區(qū)域、具有較高擴(kuò)散率的外圍區(qū)域、和包圍這兩個(gè)區(qū)域并且攔截光的外部遮光板(mask)。這前兩個(gè)區(qū)域形狀取決于待檢查的物體的形狀。中心區(qū)域的大小取決于物體的大小。物體的圖像在CCD照相機(jī)上被接收。當(dāng)沒有任何缺陷時(shí)，物體的圖像僅由從同質(zhì)中心區(qū)域發(fā)出的光形成。因此，吸收缺陷或灰塵，也就是黑色或暗色，比其余圖像具有更弱的亮度。相對照，任何擴(kuò)散微粒散射發(fā)自中心區(qū)域的直接光和發(fā)自周外圍區(qū)域的間接光，其增加了缺陷位置的局部亮度。該器件因此允許同時(shí)檢測若干類型的缺陷。該文檔實(shí)質(zhì)上描述了在同質(zhì)中心背景上光學(xué)部件的觀測。這是“暗場”方法，其中背景是灰色而不是黑色，因此會(huì)出現(xiàn)吸收缺陷。容易理解，這種器件在用來分類或甚至檢測具有(很小)偏轉(zhuǎn)的缺陷或甚至大的缺陷的限制是由于這兩種缺陷的對抗效應(yīng)而同時(shí)吸收和擴(kuò)散。
此外，并且尤其對于“大尺寸”物體，使用這種類型的器件，物體的不同點(diǎn)不會(huì)以相同的方式被照亮。這使得缺陷檢測的靈敏度取決于位置，并且還取決于缺陷的方向，當(dāng)后者以各向異性方式散射光時(shí)。例如位于被檢查物體邊緣的諸如刮痕的缺陷可以根據(jù)它的方向來不同地偏轉(zhuǎn)光。因此，使用上述器件，可以很好地檢測切向刮痕，但是很可能無法觀測到相同的徑向刮痕。
已知可以通過“紋影技術(shù)”以較高靈敏度方便地檢測到偏轉(zhuǎn)缺陷和以小角度或窄錐形擴(kuò)散光的缺陷，盡管如此，紋影技術(shù)幾乎不適合具有可變表面特征的物體或從物體的一種模型切換到另一種。
測量光學(xué)特征的情形非常相似。因此可以發(fā)現(xiàn)許多類型的器件a)例如，提供有投影系統(tǒng)的第一類設(shè)備具有適當(dāng)形狀的遮光板，用于根據(jù)所謂的“哈特曼”技術(shù)來測量光功率(與焦距相反)，并且包括用來測量投影到屏幕或直接到傳感器上的光的器件。通過基于與遮光板相關(guān)的圖案的變形的計(jì)算，這些器件允許分析在被研究元件上傳輸和反射之后獲得的波前。后者可以被置于投影器件中，在光被遮光板截?cái)嘀盎蛑?；b)此外，器件尤其允許通過根據(jù)物體是透明的還是反射的，來分析通過被檢查物體表面的折射或反射觀測到的圖案的圖像(被稱為“定義圖(definition chart)”)的通常是各向異性和非均勻的放大，簡單地計(jì)算光學(xué)特性。因此，申請人開發(fā)了用來確定透鏡的光功率的映射的器件。該產(chǎn)品，被稱為LensmapperTM，自1994年以來就被出售給眼鏡行業(yè)。該器件的原理與由Innomess GmbH、Marl(DE)持有的用于反射表面的專利US-A-6,392,754的主題，以及與由獨(dú)立于申請人并且實(shí)質(zhì)上為眼鏡行業(yè)工作的公司持有的歐洲專利申請EP-A-1061329相似。
因此，在檢測光學(xué)部件的缺陷和確定元件的光學(xué)特性兩方面出現(xiàn)的問題是，由于其相對嚴(yán)格的配置，現(xiàn)有測量器件被限制在申請的有限范圍內(nèi)。
因此需要用于精確測量或用于檢測外觀缺陷的器件，根據(jù)在較寬范圍內(nèi)選擇的應(yīng)用(例如在物體的整個(gè)表面檢測多種類型的不同缺陷)，它應(yīng)該是靈活的，并且它應(yīng)該允許不同照明方法的“挑選和支付”執(zhí)行(例如暗場或明場、黑/白條紋、斑點(diǎn)或具有點(diǎn)的定義圖的交替，等等)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種允許檢測精密或高質(zhì)量光學(xué)部件中的任何類型的缺陷的器件，所述缺陷的特征大小在很寬的范圍內(nèi)延伸，對于大多數(shù)透鏡通常在1微米和若干毫米之間。
本發(fā)明尤其旨在提供一種用來加亮諸如標(biāo)記、輪廓等多種外觀缺陷或結(jié)構(gòu)不連續(xù)性的器件，由于它們特定的交互作用，很可能與光各向異性，并且由于它們的方向，可能需要使用非?？勺兊恼彰髌骷渲貌⒁虼诵枰笳叩母叨冗m應(yīng)性。
本發(fā)明還旨在提供一種靈活的器件，尤其在眼鏡行業(yè)中，用來測量光學(xué)元件的特征。
本發(fā)明的第一方面涉及一種用于光學(xué)檢查或用于測量光學(xué)部件，也就是透明、半透明或反射物體，包括具有擴(kuò)散反射的光學(xué)部件的光學(xué)、幾何或色度特性的器件。
根據(jù)本發(fā)明的器件包括照明部件和相關(guān)的人工視覺系統(tǒng)，所述被檢查和測量的物體在空間上被置于照明部件和人工視覺系統(tǒng)之間。
根據(jù)權(quán)利要求1的術(shù)語，所述照明部件包括可編程光電部件，以便產(chǎn)生亮度可在空間和時(shí)間改變的發(fā)光背景。所述可編程光電部件被設(shè)計(jì)用來連續(xù)生成多個(gè)定義圖，每一個(gè)定義圖包括在均勻背景上通過每毫米0.01和100個(gè)圖案之間的高空間頻率對比重復(fù)的圖案，或使得兩個(gè)相鄰圖案被分開0.1和30度之間的角，從在其上觀測到圖案的物體的點(diǎn)測量所述角，所述連續(xù)生成的定義圖被空間移動(dòng)，使得對應(yīng)于所述定義圖的多個(gè)圖像在被光學(xué)部件反射或透射后，被人工視覺系統(tǒng)收集并以單個(gè)復(fù)合圖像的形式被重組。根據(jù)情況，圖案的空間頻率和大小被選擇，以便適合被檢查物體的特征，無論是缺陷還是光功率。
在本發(fā)明中的器件的優(yōu)選實(shí)施例在第二權(quán)利要求2到16中有描述。
本發(fā)明的第二方面涉及使用上述器件來檢查光學(xué)部件、讀取模制或雕刻的標(biāo)記、觀測物體表面上的不連續(xù)性或描畫物體的輪廓。
本發(fā)明的第三方面涉及使用上述器件來測量物體的光學(xué)或幾何特性，尤其用來測量光學(xué)部件可能各向異性的光功率或曲率。
本發(fā)明允許該使用與所使用的諸如暗場或明場方法(至少部分)、刀口方法的類型方法的靈活和快速變化或與基本點(diǎn)形的發(fā)光區(qū)域的使用相兼容。


圖1非常示意地示出了本發(fā)明的設(shè)備在通過例如透鏡的物體的折射進(jìn)行檢測的情況。
圖2示出了在兩維定義圖背景上具有外觀缺陷的透鏡的示例圖像，借助于本發(fā)明的設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例，所述示例圖像選自通過在兩個(gè)主要方向上被移動(dòng)恒定間距的定義圖取得的連續(xù)圖像的集合。
圖3示出了通過圖像處理來重組如圖2所示類型的圖像獲得的結(jié)果圖像。
具體實(shí)施例方式
如在圖1中非常示意地示出的，本發(fā)明涉及空間光調(diào)制器或SLM1的使用，例如以靈活、可變和精確方式提供與照相機(jī)2相關(guān)的照明器件的液晶顯示器(LCD)屏幕，例如CCD或CMOS照相機(jī)，具有或沒有物鏡，以便檢測光學(xué)物體3，尤其例如用來檢測缺陷、讀取標(biāo)記(模制或雕刻的)、觀察不連續(xù)性(透鏡邊緣)或描畫多焦點(diǎn)透鏡段的輪廓、測量光學(xué)特性，并且通過在特別選擇的位置生成適當(dāng)?shù)亩x圖或適當(dāng)大小的點(diǎn)來這樣做。
在廣義上，SLM是照明器件，它很可能在確定的方向上，允許對在任何點(diǎn)產(chǎn)生、傳輸或反射的光強(qiáng)度和局部色彩進(jìn)行數(shù)字或模擬控制。
SLM通常是光電器件，包括1D或2D并且很可能是3D的像素網(wǎng)絡(luò)，可以被用在反射或透射中，并且可以單獨(dú)和即刻地被光、電等部件激活。這些像素的每一個(gè)可以調(diào)制通過它傳播或反射到它上面的相位和/或光強(qiáng)度。通常，通過使用液晶顯示器(LCD)來產(chǎn)生SLM，但是本發(fā)明還可以通過使用模擬照明器件來實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，安裝包括人工視覺系統(tǒng)，該人工視覺系統(tǒng)包括可能與物鏡相關(guān)的照相機(jī)、用于圖像數(shù)字化的系統(tǒng)和圖像處理器，如果需要，為了延伸觀察視野，該人工視覺系統(tǒng)與可能提供有鏡子的可編程LCD顯示器相連。顯示器的圖像在反射或透射之后，經(jīng)過照相機(jī)由人工視覺系統(tǒng)察看。
例如，將使用提供有焦距為50毫米的物鏡、具有752×582像素的CCIR CCD照相機(jī)。SLM可以是具有800×600像素的SVGA LCD顯示器，顯示諸如網(wǎng)紋圖案的周期圖案或通過可變位移對比交錯(cuò)黑線和白線。應(yīng)該注意到，至少選擇定義圖，使得生成的圖案和照明部件的背景之間的對比度較高，并且使得該生成的圖案具有凈轉(zhuǎn)換。對于捕獲和處理，包括圖像的最大、最小或平均的計(jì)算等，將使用具有圖形卡和諸如在技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)現(xiàn)的LCD顯示卡的PC。
圖2示出了使用上述類型的器件取得的透鏡的圖像，并且具有外觀缺陷(使用氈筆標(biāo)記的圓圈、刮痕、指紋等)。在強(qiáng)烈對比的黑和白網(wǎng)紋圖案形式的兩維定義圖的背景上取得每個(gè)特定圖像。透鏡和定義圖的支撐物之間的距離大約50毫米，并且透鏡和照相機(jī)之間的距離大約500毫米。
在該特定情況下，以大約1秒的間隔連續(xù)取得9個(gè)不同的圖像。在一個(gè)圖像和下一個(gè)圖像之間，所述定義圖被移動(dòng)對應(yīng)于兩個(gè)主方向上的圖案重復(fù)的三分之一的間距。
通過保留每個(gè)位置(像素)的9個(gè)可能值中的最小灰度級，可以獲得如圖3所示的重組的圖像。
當(dāng)該器件被正確使用時(shí)，由于通過適當(dāng)定義圖獲得的多個(gè)圖像的邏輯、簡單、快速使用，它可以為檢測外觀缺陷提供非常高、甚至無與倫比的質(zhì)量結(jié)果。
可以容易地創(chuàng)建用來取得圖像的系統(tǒng)和顯示器之間的同步，而無須額外的器件。使用該器件，有可能改變所使用方法的類型(部分暗場、明場、黑和白的替代對比、使用具有根據(jù)產(chǎn)品的光功率或缺陷的類型調(diào)整的若干位置點(diǎn)，等等)對于給定類型的方法，可以隨意對于對比定義圖和這些定義圖(分析)的圖像重組進(jìn)行的各種調(diào)整允許修改各種參數(shù)，首先影響檢測靈敏度并且其次根據(jù)缺陷圖像的類型而影響其外觀。該技術(shù)允許靈敏的分類、識別和檢測。
還可以通過使用下述原理a)或通過使用下述原理b)來實(shí)現(xiàn)光學(xué)控制a)上述關(guān)于光源的形狀和位置在靈活性方面具有優(yōu)勢，b)上述關(guān)于一個(gè)或若干圖案的產(chǎn)生和調(diào)整定義圖的間距的機(jī)會(huì)在靈活性方面具有優(yōu)勢，以顯示特定參考點(diǎn)以便識別被觀測圖像的絕對位移，此外，已知它僅是在周期圖案的情況下圖案間距的整數(shù)倍以內(nèi)。
還可以通過采用莫爾技術(shù)來實(shí)現(xiàn)部件的光學(xué)控制，選擇定義圖以便允許一方面單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)或控制照相機(jī)的CCD傳感器和另一方面顯示的圖案之間的干擾現(xiàn)象。
最后，可以通過分析獲得的顯示器的不同色彩的灰度級和顯示器所發(fā)出的光的任何極化性來確定涉及色彩信息的特性，例如在LCD顯示器的情況下，可以用來檢驗(yàn)作為其方向的函數(shù)的產(chǎn)品的特性。
根據(jù)本發(fā)明，任何類型的缺陷因此可以被方便地檢測，尤其根據(jù)不連續(xù)性的等級或表面的不完整性來選擇所述定義圖對于擴(kuò)散缺陷而言極小，對于由于內(nèi)含物或標(biāo)記的表面變形的大多數(shù)缺陷，大小大約為0.1毫米，或?qū)τ谔囟ū砻孀冃?，甚至大約幾毫米或更大。
權(quán)利要求
1.一種用于測量或控制光學(xué)部件(3)的設(shè)備，包括照明部件(1)和相關(guān)的人工視覺系統(tǒng)(2)，其中，所述光學(xué)部件(3)可以插入照明部件(1)和人工視覺系統(tǒng)(2)之間，所述照明部件(1)包括用來產(chǎn)生亮度可在空間和時(shí)間改變的發(fā)光背景的可編程光電部件，其中，所述可編程光電部件被設(shè)計(jì)成連續(xù)地生成多個(gè)定義圖，每一個(gè)定義圖包括統(tǒng)一背景上的重復(fù)和對比圖案，具有每毫米0.01和100個(gè)圖案之間的高空間頻率，或使得兩個(gè)相鄰圖案被分開0.1和30度之間的角，從觀測到圖案的物體上的點(diǎn)測量所述角，所述連續(xù)生成的定義圖被空間移動(dòng)，使得對應(yīng)于所述定義圖的多個(gè)圖像在被光學(xué)部件(3)反射或透射后，被所述人工視覺系統(tǒng)收集并以單個(gè)復(fù)合圖像的形式被重組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述圖案在所述定義圖的至少一個(gè)方向上有規(guī)律地重復(fù)，并且被從包括點(diǎn)、斑點(diǎn)、規(guī)則或不規(guī)則幾何形狀、水平、垂直或斜線以及至少兩個(gè)這些元素的任何組合的組中選擇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述定義圖具有中心對稱，每個(gè)圖案包括對稱中心，并且被移動(dòng)相對于相鄰圖案恒定的一個(gè)角間距。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的設(shè)備，其中，所述連續(xù)生成的定義圖的移動(dòng)是平移或旋轉(zhuǎn)移動(dòng)。
5.根據(jù)前面的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，所述定義圖被選擇，使得生成的圖案具有凈轉(zhuǎn)換。
6.根據(jù)前面的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，所述可編程光電部件包括1D、2D或3D空間光調(diào)制器(SLM)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，所述空間光調(diào)制器(SLM)是液晶顯示器類型(LCD TFT)。
8.根據(jù)前面的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，所述人工視覺系統(tǒng)包括圖像傳感器或與圖像處理系統(tǒng)相連的線性或矩陣照相機(jī)，或甚至直接或間接投影屏。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述照相機(jī)是前面具有物鏡的CCD或CMOS類型的數(shù)字照相機(jī)。
10.根據(jù)前面的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，它包括例如通過確定各向異性曲率、表面的傾斜或距離來計(jì)算反射效應(yīng)，或例如通過分析局部或全局放大或移動(dòng)來確定光功率來計(jì)算折射效應(yīng)的部件。
11.根據(jù)前面的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，它包括具有周期網(wǎng)絡(luò)作為附加輔助光學(xué)設(shè)備的遮光板或鏡。
12.根據(jù)前面的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，它包括用于取得各種對比定義圖的多個(gè)圖像以及目的在于在被檢查物體的任意點(diǎn)組合它們的處理的部件。
13.根據(jù)前面的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，它包括用于分析在對至少一小部分圖案重復(fù)進(jìn)行完整的一、二或三維掃描之后獲得的圖像的部件。
14.根據(jù)前面的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，在空間和時(shí)間上具有可變亮度的圖案的顏色可以被調(diào)整。
15.根據(jù)前面的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，所述圖像處理被配置以便組合所收集的定義圖的移動(dòng)的圖像的特征，并且獲得和分析有關(guān)檢查的數(shù)據(jù)或所述物體的光學(xué)特性。
16.根據(jù)前面的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，它包括用于調(diào)整定義圖的類型、參數(shù)和移動(dòng)，允許通過分析獲得的圖像來提供與缺陷相關(guān)的參數(shù)的特征，例如擴(kuò)散率或變形幅度的部件。
17.使用權(quán)利要求1到16任何一個(gè)所述的設(shè)備，用于透明、半透明或反射物體的光學(xué)檢查，包括通過擴(kuò)散反射，最好用于檢測偏轉(zhuǎn)或散射光的缺陷，用于讀取模制或雕刻的標(biāo)記，觀測物體表面的不連續(xù)性或描畫物體的輪廓。
18.使用權(quán)利要求1到16任何一個(gè)所述的設(shè)備，用來測量透明、半透明或反射物體的光學(xué)或幾何特性，可能地，各向異性。
19.使用權(quán)利要求18所述的設(shè)備來測量光學(xué)部件的光功率或曲率。
20.在暗場或明場方法(至少部分)、刀口方法或使用實(shí)質(zhì)上點(diǎn)形的發(fā)光區(qū)域的情況下，使用權(quán)利要求16到19任何一個(gè)所述的設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用來測量或控制光學(xué)元件(3)的設(shè)備，包括照明部件(1)和相關(guān)的人工視覺系統(tǒng)(2)，其中，所述光學(xué)元件(3)可以插入在照明部件(1)和人工視覺系統(tǒng)(2)之間，所述照明部件(1)包括用于產(chǎn)生亮度可隨空間和時(shí)間改變的發(fā)光背景的可編程光電部件。本發(fā)明的設(shè)備的特征在于，所述可編程光電部件以這種方式體現(xiàn)連續(xù)生成多個(gè)照準(zhǔn)標(biāo)，每個(gè)包括在統(tǒng)一背景上以每毫米0.01和100個(gè)圖案之間的高空間頻率以對比方式重復(fù)的圖案，或者使得兩個(gè)相鄰的圖案被分開0.1和30度之間的角，從在其上觀測到圖案的物體的點(diǎn)測量所述角。所述生成的照準(zhǔn)標(biāo)以這種方式在空間上連續(xù)交錯(cuò)，使得相應(yīng)于照準(zhǔn)標(biāo)的多個(gè)圖像在被光學(xué)元件(3)反射或透射后由人工視覺系統(tǒng)捕獲，并且以單個(gè)復(fù)合圖像的形式被重組。
文檔編號G01M11/02GK1965222SQ200580018901
公開日2007年5月16日 申請日期2005年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月9日
發(fā)明者克里斯琴·勞倫特 申請人:自動(dòng)控制和機(jī)器人技術(shù)公司