[發明專利]用于表征表面均勻度的方法和系統

在審

• 申請號: 201980070830.2
• 申請日: 2019-11-13
• 公開（公告）號: CN112912717A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 弗朗西斯·T·卡魯索;杰佛瑞·K·伊萊亞森;戴維·L·霍費爾特;約瑟夫·E·赫爾南德斯;喬舒亞·A·格利克森
• 申請（專利權）人: 3M創新有限公司
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G01N21/95;G01N21/88;G01N21/956;G06T7/00;G06T7/42
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 顧紅霞;盛博

本發明公開了一種方法，該方法包括將光從光源(12)發射到至少部分反射的表面(24)上。在屏幕(32)處從表面收集反射光(13)，以利用相機(40)在第一圖像(42)中捕獲反射光的強度分布(34)。通過對反射光的強度分布的傅里葉變換執行合適的濾波來處理(50)反射光的第一圖像的強度分布，以便強調具有感興趣的強度變化的特征。分析該反射光的該強度分布的具有該感興趣的變化的特征以確定該表面的均勻度值。

背景技術

可分析材料的所選擇物理屬性以確定該材料的均勻度，繼而能夠在特定產品應用中提供關于材料外觀和功能性的有用信息。用于分析和確定均勻度的方法依賴于圖形標準和人類專家的判斷，但此類定性方法缺乏精度，并且不能在產品制造時實時利用。

光學方法已被用于實時測量材料的物理特性。然而，事實證明基于這些測量快速評估材料的總體均勻度具有難度，因為一些不均勻因素存在于小尺度中，而另一些不均勻因素則僅在較大尺度中較為明顯。

發明內容

一般來講，本發明涉及一種用于表征光學元件的表面均勻度的方法，其中，表面為至少部分反射的。該方法處理光學元件的外表面或內表面的反射強度分布，并且所獲得的處理信息可用于量化其中的所選特征。例如，使用本發明的方法，可通過光學檢測系統來量化光學元件的表面失真諸如斑點的嚴重性。在一些實施方案中，本公開的方法可用于在制造光學元件時實時評估光學元件的表面。

與對于缺陷嚴重性的定性的人類評估相比，通過光學檢測系統獲得的有關所選特征的定量信息更準確且可再現。光學檢測系統可用于為光學元件建立和保持質量標準，并且在結合到更復雜的光學系統(例如，用于汽車和航空航天應用的顯示器)中之前，可從制造過程中移除無法滿足質量標準的光學元件。

例如，已發現對反射偏振膜的制造過程中產生的缺陷(諸如斑點、橘皮狀表面缺陷(orange peel)等)的定性評級不可靠且不可重復，即使在由人類專家對膜表面進行視覺分析時也是如此，并且需要定量測量系統以確保滿足和保持質量標準。包括本公開的方法和裝置的基于緊湊型區域相機的光學檢測系統利用從反射偏振膜的表面反射的光來定量地評定反射偏振膜的所選表面上的所選類型的缺陷的嚴重性，同時最小化或甚至消除待測樣本中其他類型的缺陷的影響或其他界面的影響。在各種實施方案中，本公開的檢測系統可利用圖像處理技術，諸如傅里葉變換濾波和基于小塊的均勻度度量的組合，以在各種尺度上提供對表面的穩健定量缺陷評級，這與對表面的視覺分析所產生的人為誤差無關。本公開的檢測系統可提供信息以確定產品配方、評估產品的構造和規格或測試層合產品。

通過查看反射中的光學元件的表面，在一些實施方案中，偏振效應可用于優化來自光學元件的所選層的反射，以及使得能夠檢測駐留在光學元件中的不透明層上方的層。在反射的幾何形狀中，精確的入射角不影響對表面斜度變化的測量靈敏度，但是通過選擇入射光束的偏振態(或者用偏振器分析反射光束)，可消除疊堆層合物內不需要的表面反射，從而僅留下來自待測光學元件的選表面的反射。

在一個方面，本公開涉及一種方法，該方法包括：將光從光源發射到表面上，其中，該表面是至少部分反射的表面；收集從表面反射的反射光以捕獲反射光的強度分布；處理反射光的強度分布以強調反射光的強度分布的具有感興趣的變化的特征；以及分析反射光的強度分布的具有感興趣的變化的特征以確定表面的均勻度值。

在另一方面，本公開涉及一種方法，該方法包括：將光從點光源發射到光學元件的表面上，其中，該表面為至少部分反射的；收集來自屏幕上的表面的反射光，以捕獲反射光的強度分布；用相機對屏幕進行成像以形成反射光的強度分布的圖像；對反射光的強度分布的圖像執行傅里葉變換；對傅里葉變換進行濾波以獲得經濾波的傅里葉變換，其中，該濾波選擇強度分布的圖像中指示表面中的缺陷的空間頻率；對經濾波的傅里葉變換執行傅里葉逆變換以獲得傅里葉逆變換；分析傅里葉逆變換的區域以確定區域內的對比度變化；以及計算傅里葉逆變換的每個區域中的缺陷的均勻度值。