一种光学组件、照明系统及成像系统的制作方法

本发明涉及缺陷检测以及光学，尤其是指一种光学组件、照明系统及成像系统。

背景技术：

1、目前隐形眼镜缺陷检测设备的照明系统中，通常采用一定面积和排列的led作为照明光源，其中led排列可以为矩阵型或同心圆环型；其中为适配隐形眼镜的三维结构特点，同心圆环型的led排列也支持不同环带的led具有不同的安装角度，以实现对隐形眼镜的分区域照明。为使光照强度在一定空间范围内均匀分布，在led照明光源之后往往配置有光弥散板。

2、目前发散角较好的led产品，其发散角也很难低于10度，考虑到光弥散板的弥散特性，以往隐形眼镜缺陷检测设备的照明系统产生的光束在到达镜片表面后，不同空间位置处尽管可以实现光照强度近乎均匀分布，但照明光束发散角很难做的更小。这使得以往隐形眼镜缺陷检测过程中进行透射式的明域成像时，对于一些细小缺陷，或透明类缺陷的识别准确度和检测能力都有所限制。

3、容易理解对于平面结构的透明物体，当透射光束的发散角较小，比如极端情况下用准直激光束入射，平面透明物体上的轻微缺陷都将引起入射光束的明显偏折，从而在图像采集过程中被呈现出来。而当采用发散角较大的led光源照明时，其显像程度会大打折扣，其具体体现在可显像的缺陷对比度下降，轻微缺陷甚至难以显像。然而准直激光光源由于复杂度、使用寿命、成本、对带度数镜片适配成程度低等因素很少被用于隐形眼镜缺陷检测系统中；另一方面，成本低廉、性能稳定、检测性价比高的led光源在隐形眼镜缺陷检测系统中尽管备受青睐，但无法达到对微小缺陷检测的要求。基于现有照明系统的不足，亟需提供一种解决方案。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的不足，提供一种光学组件、照明系统及成像系统，其能有效减小光源光线到达待测物三维结构表面时的发散角，并调制到所需强度，从而提升隐形眼镜缺陷检测能力。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供一种光学组件，包括沿着光轴方向设置的第一透镜组、孔径光阑、滤光元件及第二透镜组；光源发出具有第一发散角α的光线经过第一透镜组后发生角度偏折；角度偏折后的光线经过孔径光阑和滤光元件时，孔径光阑和滤光元件对光线的角度与强度进行调制，以对该光线的发散角进行限制缩小和对不同发散角光线的强度调制到所需强度；

4、经过角度与强度调制后的光线经过第二透镜组再次发生偏折，使得该光线到达待测物三维结构的表面时，不同空间位置处的照射角度不同、光照强度相同，且待测物三维结构各个位置上照明光线的第二发散角β小于所述第一发散角α。

5、进一步的，所述第一透镜组包括第一进光镜片和第一出光镜片；所述第一进光镜片的进光面和出光面均呈凸面结构；所述第一出光镜片的进光面呈凹面结构，第一出光镜片的出光面呈平面或凸面结构；所述第一进光镜片与第一出光镜片之间的空气间隙为0或大于0的数值；

6、或者所述第一透镜组包括采用单透镜或双胶合消色差透镜，该第一透镜组的进光面呈凸面结构，该第一透镜组的出光面呈平面或凸面结构。

7、进一步的，所述第二透镜组包括第二进光镜片和第二出光镜片；所述第二进光镜片的进光面呈平面或凸面结构，第二进光镜片的出光面呈凹面结构；第二出光镜片的进光面和出光面均呈凸面结构；所述第二进光镜片与第二出光镜片之间的空气间隙为0或大于0的数值；

8、或者所述第二透镜组包括采用单透镜或双胶合消色差透镜，该第二透镜组的进光面呈平面或凸面结构，该第二透镜组出光面呈凸面结构。

9、优选的，所述第一透镜组的等效焦距f1为正值；所述光源位于第一透镜组的进光面之前，到进光面距离l1大于第一透镜组的等效焦距f1；所述光源经过第一透镜组成像的像面到第一透镜组的出光面之间的距离l2满足或近似满足1/l1+1/l2＝1/f1；

10、所述光源到第一透镜组的进光面之间的距离l1在大于第一透镜组等效焦距f1的前提下可以连续调节，以限制到达待测物三维结构表面光线的最大发散角；

11、所述第一透镜组，孔径光阑和滤光元件作为整体，其位置随着光源到第一透镜组的进光面之间的距离l1的调节而受到调节，从而提升隐形眼镜缺陷检测能力，达到最佳检测效果。

12、优选的，所述第二透镜组其等效焦距f2为正值，所述光源经过第一透镜组成像的像面位于第二透镜组的进光面之前，所述光源经过第一透镜组成像的像面位于第二透镜组的前焦平面或前焦平面附近，所述光源经过第一透镜组成像的像面到第二透镜组的进光面的距离为或近似为第二透镜组的等效焦距f2，以确保出射光束的波面的形状最大程度贴近待测物三维结构的曲面形状，从而提升隐形眼镜缺陷检测能力，达到最佳检测效果。

13、进一步的，所述孔径光阑采用可变光阑，该可变光阑设置有开孔，可变光阑驱动连接有用于驱动可变光阑的开孔尺寸大小的光阑驱动装置。

14、进一步的，所述滤光元件包括滤光片组转盘、设置于所述滤光片组转盘上的多个不同透过率的滤光片、以及与所述滤光片组转盘驱动连接的滤光驱动装置，所述滤光驱动装置用于驱动滤光片组转盘转动，以使所需透过率的滤光片位于光路。

15、本发明还提供一种照明系统，包括上述光学组件；还包括多个阵列设置的led光源及用于将led光源的点光源转为面光源的光弥散板，所述光弥散板发出的光线经过第一透镜组。

16、本发明还提供一种成像系统，包括上述照明系统；还包括用于放置待测物三维结构的透明载体、以及用于对待测物三维结构进行图像采集的图像采集装置。

17、进一步的，还包括用于驱动led光源和光弥散板整体移动的第一驱动装置、以及用于驱动led光源、光弥散板、第一透镜组、滤光元件、孔径光阑整体移动的第二驱动装置。

18、本发明的有益效果：

19、本发明涉及缺陷检测技术领域以及光学技术领域，尤其是指一种光学组件、照明系统及成像系统，其对待测物三维结构检测时，可以采用led光源加照明透镜组的方式，代替普通led光源或准直激光光源，从而大大降低了检测成本，并且到达待测物三维结构表面光线的第二发散角β较光源处出射的第一发散角α大幅减少，用于隐形眼镜三维镜片的缺陷检测时，可以达到对隐形眼镜微小缺陷检测的要求，有效的提升隐形眼镜缺陷检测能力，具有很强的实用性。

技术特征：

1.一种光学组件，其特征在于：包括沿着光轴方向设置的第一透镜组(1)、孔径光阑(2)、滤光元件(3)及第二透镜组(4)；

2.根据权利要求1所述一种光学组件，其特征在于：所述第一透镜组(1)包括第一进光镜片(11)和第一出光镜片(12)；所述第一进光镜片(11)的进光面和出光面均呈凸面结构；所述第一出光镜片(12)的进光面呈凹面结构，第一出光镜片(12)的出光面呈平面或凸面结构；所述第一进光镜片(11)与第一出光镜片(12)之间的空气间隙为0或大于0的数值；

3.根据权利要求1所述一种光学组件，其特征在于：所述第二透镜组(4)包括第二进光镜片(41)和第二出光镜片(42)；所述第二进光镜片(41)的进光面呈平面或凸面结构，第二进光镜片(41)的出光面呈凹面结构；第二出光镜片(42)的进光面和出光面均呈凸面结构；所述第二进光镜片(41)与第二出光镜片(42)之间的空气间隙为0或大于0的数值；

4.根据权利要求1所述一种光学组件，其特征在于：所述第一透镜组(1)的等效焦距f1为正值；所述光源(6)位于第一透镜组(1)的进光面之前，到进光面距离l1大于第一透镜组(1)的等效焦距f1；所述光源(6)经过第一透镜组(1)成像的像面到第一透镜组(1)的出光面之间的距离l2满足1/l1+1/l2＝1/f1；

5.根据权利要求1所述一种光学组件，其特征在于：所述第二透镜组(4)其等效焦距f2为正值，所述光源(6)经过第一透镜组(1)成像的像面位于第二透镜组(4)的进光面之前，所述光源(6)经过第一透镜组(1)成像的像面位于第二透镜组(4)的前焦平面，所述光源(6)经过第一透镜组(1)成像的像面到第二透镜组(4)的进光面的距离为第二透镜组(4)的等效焦距f2。

6.根据权利要求1所述一种光学组件，其特征在于：所述孔径光阑(2)采用可变光阑，该可变光阑设置有开孔(21)，可变光阑驱动连接有用于驱动可变光阑的开孔尺寸大小的光阑驱动装置(22)。

7.根据权利要求1所述一种光学组件，其特征在于：所述滤光元件(3)包括滤光片组转盘(31)、设置于所述滤光片组转盘(31)上的多个不同透过率的滤光片(32)、以及与所述滤光片组转盘(31)驱动连接的滤光驱动装置(33)，所述滤光驱动装置(33)用于驱动滤光片组转盘(31)转动，以使所需透过率的滤光片(32)位于光路。

8.一种照明系统，其特征在于：包括权利要求1-7任意一项所述的光学组件；还包括多个阵列设置的led光源(61)及用于将led光源(61)的点光源转为面光源的光弥散板(62)，所述光弥散板(62)发出的光线经过第一透镜组(1)。

9.一种成像系统，其特征在于：包括权利要求8所述的照明系统；还包括用于放置待测物三维结构(5)的透明载体(7)、以及用于对待测物三维结构(5)进行图像采集的图像采集装置(8)。

10.根据权利要求9所述一种成像系统，其特征在于：还包括用于驱动led光源(61)和光弥散板(62)整体移动的第一驱动装置(9)、以及用于驱动led光源(61)、光弥散板(62)、第一透镜组(1)、滤光元件(3)、孔径光阑(2)整体移动的第二驱动装置(10)。

技术总结本发明涉及缺陷检测技术领域以及光学技术领域，尤其是指一种光学组件、照明系统及成像系统，其对待测物三维结构检测时，可以采用LED光源加照明透镜组的方式，代替普通LED光源或准直激光光源，从而大大降低了检测成本，并且到达待测物三维结构表面光线的第二发散角β较光源处出射的第一发散角α大幅减少，用于隐形眼镜三维镜片的缺陷检测时，可以达到对隐形眼镜微小缺陷检测的要求，有效的提升隐形眼镜缺陷检测能力，具有很强的实用性。技术研发人员：蔡仲伦,姜炜曼,苏庆丰,姚佳迪受保护的技术使用者：平方和（北京）科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/6