Прибор для обнаружения и классификации дефектов оптических объектов (варианты)

Предлагаемая полезная модель относится к оптике, в частности к области автоматического и объективного контроля качества различных оптических элементов, заключающегося в обнаружении и классификации так называемых «косметических» дефектов производства, таких, например, как царапины, трещины, выколки, пузырьки, инородные включения и им подобные и может быть использована в оптическом приборостроении, в оптической промышленности и, в особенности, в массовом производстве оптических элементов, таких как, например, линзы. Прибор содержит осветительное устройство и устройство обработки изображений и управления, при этом осветительное устройство создает расходящийся световой пучок, проекционный экран, фотографирующее устройство, светоделительный элемент, расположенный на оптической оси прибора под углом к ней, равным 1/2 угла между осями прибора и источника излучения, при этом исследуемый оптический объект помещен на оптической оси прибора после осветительного устройства, проекционный экран расположен на оптической оси прибора по другую сторону от исследуемого оптического объекта на расстоянии от него, превышающем 0,1 диагонали поля зрения фотографирующего устройства, фотографирующее устройство выполнено в виде расположенной на оптической оси прибора цифровой видео- или фотокамеры с объективом, при этом источник излучения и входная апертура объектива фотографирующего устройства равноудалены от светоделительного элемента и размещены таким образом, чтобы центр мнимого изображения источника излучения в светоделительном элементе совпадал с центром входной апертуры объектива фотографирующего устройства, устройство обработки изображения и управления выполнено в виде компьютера, содержащего устройство сопряжения с фотографирующим устройством, устройство ввода-вывода и программное обеспечение, предназначенное для анализа полученных изображений и управления прибором в целом и его компонентами, фотографирующее устройство содержит непрозрачную мишень, диаметр

которой 2R_OB меньше диаметра входной апертуры объектива фотографирующего устройства, помещенную в центр входной апертуры объектива и придающую ей форму кольца, источник излучения осветительного устройства имеет диаметр D _И<2R_ОВ, а проекционный экран выполнен в виде множества, плотно расположенных на плоскости ретрорефлекторов, диаметр которых D_P меньше диаметра непрозрачной мишени, при этом размеры источника излучения, непрозрачной мишени и ретрорефлекторов должны удовлетворять соотношению 2R _OВ>D_И+2·D _P, а положения источника излучения и фотографирующего устройства взаимозаменяемы. Во втором варианте полезной модели источник излучения осветительного устройства выполнен в виде источника диффузнного излучения с выходной апертурой, имеющей форму кольца с диаметром 2R_ИВ внутренней неизлучающей части, превышающим диаметр D_O входной апертуры объектива фотографирующего устройства, а проекционный экран выполнен в виде множества плотно расположенных на плоскости ретрорефлекторов, диаметр которых D_P менее диаметра входной апертуры фотографического устройства, при этом размеры внутренней неизлучающей части источника излучения, входной апертуры объектива и ретрорефлекторов должны удовлетворять соотношению 2R _ИB>D_O+2·D _P, а положения источника излучения и фотографирующего устройства взаимозаменяемы.

Предлагаемая полезная модель относится к оптике, в частности к области автоматического и объективного контроля качества различных оптических элементов, заключающегося в обнаружении и классификации так называемых «косметических» дефектов производства, таких, например, как царапины, трещины, выколки, пузырьки, инородные включения и им подобные и может быть использована в оптическом приборостроении, в оптической промышленности и, в особенности, в массовом производстве оптических элементов, таких как, например, линзы.

Известны различные приборы для автоматизированного и объективного контроля качества оптических объектов, заключающегося в обнаружении и классификации «косметических» дефектов производства, таких как царапины, трещины, выколки, пузырьки, инородные включения и им подобные. Одни приборы, как например, описанные в патентах США US 4,841,139; US 4,822,165; US 4,815,844; US 3,988,068; US 3,892,494, являются очень сложными, медленными и экономически невыгодными для их применения в массовом производстве. Системы, использующие сложные сканирующие устройства, являются слишком медленными, чтобы контролировать тысячи линз в час, как то требуется для современных производственных линий. Другая группа патентов, относящихся к предмету данного изобретения (US 6,075,591; US 5,627,638; US 5,438,405) предлагает более экономичные и быстродействующие устройства, однако все они либо недостаточно чувствительные, либо имеют недостаточное пространственное разрешение и, кроме того их чувствительность зависит от ориентации дефекта на поверхности или в объеме оптического элемента.

Существенным недостатком приборов, предложенных в обеих группах патентов является их неуниверсальность, т.е. зависимость результатов контроля качества от различных параметров контролируемых линз. Линзы могут быть положительными, отрицательными, сферическими, цилиндрическими, асферическими, бифокальными, прогрессивными и т.д. Большинство

предлагаемых решений встречается с трудностями при адаптировании осветительных систем к параметрам линз, которые имеют различные геометрические и оптические характеристики, вынуждает изменять геометрию осветительной системы для каждой партии линз отдельно, затрачивая время на перенастройку при переходе от одной партии линз к другой.

Другой серьезный недостаток проистекает из самой методологии освещения оптических объектов. Источники света, предлагаемые к использованию в патентуемых приборах, и взаимное расположение источника, объекта и наблюдателя, т.е. видеокамеры, отличны от рекомендуемых различными стандартами оптической промышленности, что ведет к различию в проявлении и яркости дефектов, вызывающему серьезные трудности с точки зрения достоверности и однозначности методов, обнаруживая дефекты, необнаружимые при стандартной процедуре контроля качества и наоборот. Главной проблемой существующих приборов для автоматизированного контроля качества оптических объектов при их массовом производстве является невозможность надежной регистрации света, рассеянного дефектами на малые углы, как того требуют рекомендации стандартов оптической промышленности. Более того некоторые из предложенных приборов чувствительны к местоположению дефектов и их ориентации, вызывая трудности при одновременном обнаружении дефектов на обеих поверхностях и в объеме линзы, что ведет к неоднородной чувствительности приборов и неоднозначным результатам контроля.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является прибор, описанный в патенте США №6075591 (Р.Vokhmin "Optical Method and Apparatus for Detecting Low Frequency Defects" Patent US 6075591, Jun.13, 2000, прототип) и в соответствующем европейском патенте №0856728, предназначенный для обнаружения, измерения и идентификации дефектов оптических объектов, представляющих собой либо мелкомасштабные локальные изменения оптической силы объекта, такие как волны, лунки и бугорки на поверхности отражающих и преломляющих элементов и неоднородности показателя преломления материала оптических элементов, работающих на пропускание, либо достаточно крупных, т.е. порядка 0,1 мм и более, рассеивающих дефектов, таких как царапины, точки, выколки, трещины

пузырьки. Описанный прибор содержит осветительное устройство, выполненное в виде источника света, имеющего малый диаметр и создающего расходящийся пучок зондирующего излучения, и светоделительной пластинки, расположенной на оптической оси прибора и направляющей зондирующее излучение вдоль этой оси на исследуемый оптический объект, освещяющее каждую точку исследуемого оптического объекта под единственным углом падающего излучения, формируя таким образом теневой узор объекта на проекционном экране, фотографирующее устройство в виде цифровой видеокамеры с объективом, имеющим малое относительное отверстие, регистрирует изображение теневого узора сквозь исследуемый объект таким образом, что лучи, формирующие указанное изображение, проходят через каждую точку оптического объекта под тем же углом, под которым она освещалась, устройство обработки изображения в виде компьютера с устройством сопряжения с видеокамерой и соответствующим программным обеспечением осуществляет анализ полученного изображения.

В этом приборе для обеспечения условия равенства углов падения лучей, освещающих исследуемый оптический объект, и лучей, используемых для фотографической регистрации, точечный источник излучения и входная апертура объектива видеокамеры должны располагаться на оптической оси системы и на одинаковом расстоянии от исследуемого оптического объекта, т.е. должны совпадать в пространстве. Применение светоделительной пластинки позволяет совместить положение мнимого точечного источника с апертурой объектива фотографирующего устройства, лучи света, используемые для построения изображения теневой картинки, к которому проходят сквозь светоделительную пластинку. При этом предлагаются различные варианты построения прибора, которые могут быть применены для контроля как прозрачных преломляющих так и отражающих оптических объектов, имеющих большой диапазон оптических характеристик. Данный прибор свободен от таких недостатков, как зависимость результатов контроля от различных параметров контролируемых линз, чувствительность к местоположению дефектов и их ориентации на поверхности или в объеме оптических элементов, необходимость изменять геометрию осветительной системы для каждой партии линз отдельно.

Такому прибору для контроля качества оптических объектов присущи следующие недостатки. Невозможность обнаружения микроскопических рассеивающих дефектов, в особенности, тонких царапин и микротрещин, имеющих характерные ширины от долей микрометра до десятков микрометров, наиболее часто встречающихся и имеющих принципиальное значение для определения качества оптических объектов. Действительно, поскольку в таком приборе численно анализируются теневые изображения объектов в светлом поле, минимальный размер обнаружимого дефекта соизмерим с размерами элементарной площадки объекта порядка 0,1 миллиметра, определяемыми размерами элемента светочувствительной матрицы фотографирующего устройства.

Предлагаемая полезная модель решает техническую задачу обнаружения, измерения и идентификации микроскопических рассеивающих дефектов оптических объектов.

Поставленная техническая задача по первому варианту полезной модели решается за счет того, что в приборе для обнаружения и классификации дефектов преломляющих оптических объектов, содержащем осветительное устройство, проекционный экран, фотографирующее устройство и устройство обработки изображений и управления, осветительное устройство выполнено в виде источника излучения, создающего расходящийся световой пучок, и светоделительного элемента, расположенного на оптической оси прибора под углом к ней, равным половине угла между осями прибора и источника излучения, при этом исследуемый оптический объект помещен на оптической оси прибора после осветительного устройства, проекционный экран расположен на оптической оси прибора по другую сторону от исследуемого оптического объекта на расстоянии от него превышающем 0,1 диагонали поля зрения фотографирующего устройства, фотографирующее устройство выполнено в виде расположенной на оптической оси прибора цифровой видео- или фотокамеры с объективом, при этом источник излучения и входная апертура объектива фотографирующего устройства равноудалены от светоделительного элемента и размещены таким образом, чтобы центр мнимого изображения источника излучения в светоделительном элементе совпадал с центром входной апертуры объектива фотографирующего устройства, устройство обработки

изображения и управления выполнено в виде компьютера, содержащего устройство сопряжения с фотографирующим устройством, устройство ввода-вывода и программное обеспечение, предназначенное для анализа полученных изображений и управления прибором в целом и его компонентами, при этом фотографирующее устройство содержит непрозрачную мишень, диаметр которой 2R _OB меньше диаметра входной апертуры объектива фотографирующего устройства, помещенную в центр входной апертуры объектива и придающую ей форму кольца, источник излучения осветительного устройства выполнен в виде источника излучения диаметром D _И<2R_OB, а проекционный экран выполнен в виде множества, плотно расположенных на плоскости ретрорефлекторов, диаметр которых D_P меньше диаметра непрозрачной мишени, при этом размеры источника излучения, непрозрачной мишени и ретрорефлекторов должны удовлетворять соотношению 2R _OВ>D_И+2·D _P, а положения источника излучения и фотографирующего устройства взаимозаменяемы.

Поставленная техническая задача по второму варианту полезной модели решается за счет того, что в приборе для обнаружения и классификации дефектов преломляющих оптических объектов, содержащем осветительное устройство, проекционный экран, фотографирующее устройство и устройство обработки изображений и управления, осветительное устройство выполнено в виде источника излучения, создающего расходящийся световой пучок и светоделительного элемента, расположенного на оптической оси прибора под углом к ней, равным половине угла между осями прибора и источника излучения, при этом исследуемый оптический объект помещен на оптической оси прибора после осветительного устройства, проекционный экран расположен на оптической оси прибора по другую сторону от исследуемого оптического объекта на расстоянии от него, превышающем 0,1 диагонали поля зрения фотографирующего устройства, фотографирующее устройство, выполнено в виде расположенной на оптической оси прибора цифровой видео- или фотокамеры с объективом, при этом источник излучения и входная апертура объектива фотографирующего устройства равноудалены от светоделительного элемента и размещены таким образом, чтобы центр мнимого изображения

источника излучения в светоделительном элементе совпадал с центром входной апертуры объектива фотографирующего устройства, устройство обработки изображения и управления выполнено в виде компьютера, содержащего устройство сопряжения с фотографирующим устройством, устройство ввода-вывода и программное обеспечение, предназначенное для анализа полученных изображений и управления прибором в целом и его компонентами, при этом источник излучения осветительного устройства выполнен в виде источника диффузнного излучения с выходной апертурой, имеющей форму кольца с диаметром 2R_ИВ внутренней неизлучающей части, превышающим диаметр D_O входной апертуры объектива фотографирующего устройства, а проекционный экран выполнен в виде множества плотно расположенных на плоскости ретрорефлекторов, диаметр которых D_P менее диаметра входной апертуры фотографического устройства, при этом размеры внутренней неизлучающей части источника излучения, входной апертуры объектива и ретрорефлекторов должны удовлетворять соотношению 2R_ИВ>D _O+2·D_P, а положения источника излучения и фотографирующего устройства взаимозаменяемы.

Схема конструкции прибора по первому варианту представлена на фиг.1.

Прибор содержит в себе осветительное устройство, состоящее из источника излучения 1 диаметром D _И и светоделительного элемента 2, исследуемый оптический объект 3, установленный на оси прибора держателем 4, проекционный экран 5 в виде вращающегося диска, закрепленного на валу электродвигателя 6, фотографирующее устройство 7 в виде цифровой видео- или фото-камеры со светочувствительной матрицей 8 и объективом 9, обеспечивающими поле зрения по диагонали D_ПЗ, при этом объектив 9 снабжен непрозрачной мишенью 10, придающей его входной апертуре форму кольца с диаметром внутренней непрозрачной части 2R_ОВ, превышающим диаметр D _И источника излучения 1, устройство обработки изображения и управления, выполненное в виде компьютера 11, содержащего устройство 12 сопряжения с фотографирующим устройством 7 и устройство ввода-вывода 13, предназначенное для управления прибором в целом и его компонентами, такими как осветительное и фотографирующее устройства, при этом

проекционный экран 5, исследуемый оптический объект 3, светоделительный элемент 2 и фотографирующе устройство 7 со светочувствительной матрицей 8 и с объективом 9 расположены вдоль общей оптической оси OO' прибора, а проекционный экран 5 выполнен в виде множества плотно расположенных на плоскости ретрорефлекторов, диаметр которых D_P меньше диаметра непрозрачной мишени 10, при этом размеры источника излучения, непрозрачной мишени, поля зрения фотографирующего устройства и ретрорефлекторов удовлетворяют соотношениям:

D_P<0,02·D _ПЗ и 2R_OB>D_И +2·D_P.

Очевидно, что положения источника излучения 1 и фотографирующего устройства 7 взаимозаменяемы.

Источник излучения 1 прибора, представленного на Фиг.1, не составляющий предмета данной полезной модели, может быть любого типа, отвечающего приведенным требованиям по размерам, стабильности и длине волны и создающего достаточно однородный расходящийся пучок, предпочтительно, монохроматического излучения с минимальной относительной вариацией углового распределения яркости, не превышающей 30-40 процентов. Он может быть выполнен в виде лазера или светодиода с соответствующей фокусирующей или дефокусирующей оптикой, протяженного источника в виде лампы накаливания или электрической дуги с диафрагмой малого размера, светофильтром и фокусирующей оптикой или без оной и т.д. Длина волны зондирующего излучения зависит от оптических свойств исследуемого оптического объекта и свойств регистрирующей оптики и электроники и может быть выбрана в диапазоне от инфракрасного до ультрафиолетового включая видимый.

Светоделительный элемент 2 может быть выполнен в виде плоского полупрозрачного зеркала с металлическим или диэлектрическим покрытием, имеющим коэффициенты пропускания и отражения близкие к 50%, и с просветленной задней поверхностью или в виде светоделительного кубика с просветленными гранями. Светоделительный элемент может быть выполнен также в виде поляризационной призмы или пластинки в сочетании с не

показанной на фиг.1 четвертьволновой пластинкой /4, ось которой ориентирована под 45° градусов к оси поляризации пучка, размещаемой где-либо между поляризатором и проекционным экраном, например, перед исследуемым оптическим объектом 3. Светоделительный элемент 2 расположен так, чтобы его отражающая поверхность находилась на оптической оси прибора под углом к ней, равным половине угла между осями прибора и источника излучения 1.

Проекционный экран 5 представляет собою перпендикулярную оптической оси OO' плоскость с покрытием из материала, содержащего большое количество плотно расположенных элементов, отражающих строго назад падающее излучение, представляющих собой так называемые ретрорефлекторы. Примером такого покрытия может служить слой стеклянных микролинз, расположенных над поверхностью с высоким коэффициентом отражения на расстоянии фокуса микролинз, слой стеклянных микросфер на белой поверхности или, лучше всего, поверхность, сформированную вершинами полых или прозрачных кубов с зеркальными гранями. Для лучшего пространственного разрешения прибора размеры элементарных ретро-рефлекторов D_P должны быть достаточно малыми по сравнению с полем зрения фотографирующешо устройства, т.е. удовлетворять соотношениям:

D _P<0,02·D_ПЗ и 2R _ОВ>D_И+2·D _P,

что позволяет также избежать попадания на светочувствительную матрицу 8 фотографирующего устройства 7 нерассеянного света от источника 1, отраженного ретрорефлекторами, обеспечивая работоспособность прибора. Проекционный экран 5 может быть выполнен в виде вращающегося диска с покрытием указанного типа, закрепленного на валу электродвигателя 6. Таким образом, когда фотографируется исследуемый оптический объект с возможными дефектами, вращение диска 6 обеспечивает более изотропное освещение дефектов и осуществляет усреднение величины отраженного экраном света, уменьшая таким образом влияние неоднородности оптических свойств покрытия экрана 5. Колебательное или поступательное движение в плоскости экрана 5 может дать те же результаты.

Фотографирующее устройство 7 прибора фиг.1 выполнено в виде цифровой видео- или фото-камеры, имеющей достаточно высокую чувствительность и линейность характеристик, и содержит светочувствительную матрицу 8, например, ПЗС, КМОП или фотодиодную матрицу. Оно снабжено объективом 9, содержащим непрозрачную мишень 10, придающей входной апертуре объектива 9 форму кольца с диаметром внутренней непрозрачной части 2R_ОВ, превышающим диаметр D_И источника излучения 1, и проецирующим изображение оптического объекта 3 на светочувствительную матрицу 8. Фотографирующее устройство 7 расположено на оптической оси прибора OO', таким образом, что центр входной апертуры объектива 9 находится на расстоянии от светоделительного элемента 2, равном расстоянию от источника излучения 1 до того же светоделительного элемента 2. Таким образом, центр входной апертуры объектива 8 оптически совпадает с источником излучения 1, т.е. они оптически эквидистантны по отношению к оптическому объекту 3 или, что то же самое, по отношению к проекционному экрану 5. Положения источника излучения 1 и фотографирующего устройства 7 взаимозаменяемы. Фотографирующее устройство 7 должно иметь достаточно высокие разрешающую способность и линейность и может, дополнительно, содержать не показанный на фиг.1 спектральный фильтр.

Устройство обработки изображения и управления выполнено в виде компьютера 11, содержащего устройства сопряжения 12 с фотографирующим устройством 7, устройство ввода-вывода 13 и программное обеспечение для управления прибором вцелом и его компонентами и для анализа изображений, включающего определение яркости или уровня серости в точках измерения и точные координаты этих точек на изображениях и поверхности самого оптического объекта 3. Устройство ввода-вывода 12 предназначено для управления компонентами системы, такими как осветительное и фотографирующее устройства. Периферийные устройства компьютера могут быть любого приемлемого типа.

Конструкция прибора по первому варианту, представленная на фиг.1, позволяет решить техническую задачу обнаружения, измерения и идентификации микроскопических рассеивающих дефектов, в особенности,

тонких царапин и микротрещин, имеющих характерные ширины порядка долей микрометра и более.

Прибор для обнаружения и классификации дефектов преломляющих оптических объектов по первому варианту работает следующим образом. Свет от источника излучения 1, создающего расходящийся световой пучок, падает на светоделительный элемент 2 и частично проходит сквозь него и далее не используется, а частично отражается вдоль оптической оси прибора в направлении исследуемого оптического объекта 3, зафиксированного на оптической оси прибора с помощью держателей 4, обеспечивая освещение каждой его точки в очень узком диапазоне углов. Каждый луч светового пучка проходит сквозь исследуемый оптический объект 3, достигает проекционного экрана 5, отражается ретро-рефлекторами экрана 5 строго назад к исследуемому оптическому объекту 3, проходит сквозь оптический объект 3, преломляясь таким образом, что обратно-отраженный луч распространяется обратно к источнику излучения 1 вдоль той же траектории, что и падающий луч, освещающий оптический объект 3. Часть обратно-отраженного таким образом пучка отклоняется светоделительным элементом 2 обратно в источник излучения 1 и далее не используется, а часть проходит сквозь светоделительный элемент 2 и достигает непрозрачной мишени 10, расположенной в центре входной апертуры объектива 9 фотографирующего устройства 7. Таким образом, свет от источника излучения 1, будучи обратно-отраженным, обеспечивает двустороннее освещение каждой точки исследуемого оптического объекта 3 под углом равным ее углу наблюдения, но нерассеянная часть излучение не имеет возможности проникнуть сквозь апертуру объектива 9 внутрь фотографирующего устройства 7 и достигнуть светочувствительной матрицы 8, так как для размеров источника излучения 1, непрозрачной мишени 10 и ретрорефлекторов выполняется условие:

2R_OB>D _И+2·D_P.

В случае, если свет от источника излучения 1 освещает исследуемый оптический объект 3, содержащий рассеивающие поверхностный А1 или внутренний А2 дефекты, это прямое излучение также как обратное отраженное ретро-рефлектором 5 излучение будут рассеиваться дефектами А1 и А2, образуя

лучи, расходящиеся от дефектов A1, A2, и выходящие из исследуемого оптического объекта 3 под всевозможными углами к невозмущенным лучам. Часть лучей рассеянного излучения достигает входной кольцевой апертуры объектива 9 фотографирующего устройства 7 непосредственно либо после его обратного отражения ретро-рефлектором 5. Таким образом, только лучи, рассеянные поверхностными или внутренними дефектами в направлении фотографирующего устройства 7 в телесный угол

или в противоположную сторону в телесный угол _O'= _O симметрично по отношению к направлению на центр объектива, достигают открытой части входной апертуры объектива 9 и далее светочувствительной матрицы 8 фотографирующего устройства 7 и могут быть зарегестрированы последним. Здесь R _OH и R_OB - наружный и внутренний радиусы кольцевой апертуры объектива 9, a L - расстояние от источника 1 до оптического объекта 3 вдоль центрального луча. Более детально ход лучей показан на фиг.3, на которой представлены исходные элементарные световые пучки a и b от источника излучения 1 и пучки a' и b' отраженные назад ретро-рефлектором 5, которые освещают отдельные участки исследуемого оптического объекта 3. При этом элементарный пучок а' проходит сквозь оптический объект 3 и, преломляясь, распространяется обратно к источнику излучения 1. Часть обратно-отраженного пучка а' отклоняется светоделительным элементом 2 обратно в источник излучения 1, а часть его проходит сквозь светоделительный элемент 2 и достигает непрозрачной мишени 10, в центре входной апертуры объектива 9 фотографирующего устройства 7. Напротив, элементарные пучки - прямой b и отраженный ретрорефлектором b' - освещают некоторую часть объекта 3, содержащего дефект A1, пучки лучей с и d, являющиеся частью исходного излучения пучков b и b', рассеиваются дефектом A1 в направлении открытой части входной апертуры объектива 9 фотографирующего устройства 7 в то время, как пучки лучей с' и d', рассеянные дефектом A1, достигают открытой части входной апертуры объектива 9 после их обратного отражения ретро-рефлектором 5. Объектив 9 проецирует рассеянное таким образом излучение на

поверхность светочувствителвной матрицы 8, образуя изображение оптического объекта 3 в темном поле.

Фотографирующее устройство 7 регистрирует это изображение, которое затем передается при посредстве устройства сопряжения 12 в цифровой форме с фотографирующего устройства 7 на компьютер 11 устройства обработки изображения. Алгоритм компьютерной программы анализа полученных изображений с целью обнаружения дефектов на поверхностях и в объеме исследуемого оптического объекта 3 включает в себя определение яркости или уровня серости в каждой точке изображения оптического объекта 3, обнаружение неоднородностей, т.е. областей с высоким градиентом яркости, вычисление основных характеристик обнаруженных неоднородностей изображения объекта 3, включающих яркость, контраст, геометрические размеры и определение точных координат этих точек на изображениях и на поверхности самого оптического объекта 3. Полученные цифровые данные используются далее для принятия решения о наличии дефектов, их классификации и измерения, и для принятия окончательного решения об уровне качества исследуемого оптического объекта.

Схема конструкции прибора по второму варианту предлагаемой полезной модели представлена на фиг.2.

Прибор содержит в себе осветительное устройство, состоящее из источника диффузнного излучения 1, выходная апертура которого имеет форму кольца с внутренним и наружным радиусами R_ИВ и R_ИН соответственно, и светоделительного элемента 2, исследуемый оптический объект 3, фиксируемый на оси прибора держателем 4, проекционный экран 5 в виде вращающегося диска, закрепленного на валу электродвигателя 6, фотографирующе устройство 7 в виде цифровой видео- или фото-камеры со светочувствительной матрицей 8 и с объективом 9, обеспечивающими поле зрения по диагонали D_ПЗ, при этом объектив 9 снабжен диафрагмой 10, определяющей входную апертуру объектива, диаметр которой D_O меньше диаметра внутренней неизлучающей части источника диффузнного излучения 1, устройство обработки изображения и управления, выполненное в виде компьютера 11, содержащего устройство 12 сопряжения с фотографирующим устройством 7 и устройство ввода-вывода 13,

предназначенное для управления компонентами системы, такими как осветительное, и фотографирующее устройства, при этом проекционный экран 5, исследуемый оптический объект 3, светоделительный элемент 2 и фотографирующе устройство 7 со светочувствительной матрицей 8 и с объективом 9 расположены вдоль общей оптической оси OO' прибора, выходная апертура источника диффузнного излучения 1, имеет форму кольца с диаметром внутренней неизлучающей части 2R_ИВ, превышающим диаметр D_O входной апертуры объектива 9 фотографирующего устройства 7, а проекционный экран 5 выполнен в виде множества плотно расположенных на плоскости ретрорефлекторов, диаметр которых D_P меньше диаметра входной апертуры объектива 9, при этом размеры внутренней неизлучающей части источника излучения, входной апертуры фотографирующего устройства, поля зрения фотографирующего устройства и ретрорефлекторов должны удовлетворять соотношениям:

D_P<0,02·D_ПЗ и 2R_ИВ>D_О+2·D _P.

Очевидно, что положения источника излучения 1 и фотографирующего устройства 7 взаимозаменяемы.

Источник диффузнного излучения 1 может быть выполнен либо в виде кольцевого световода, соединенного пучком оптического волокна с источником света любого приемлемого типа, либо в виде кольцевой флюоресцентной лампы, либо кольцевого осветителя содержащего множество миниатюрных источников света, таких как светодиоды или лампочки накаливания, либо в виде протяженного источника света, снабженного кольцевой диафрагмой. Прочие элементы прибора фиг.2 аналогичны элементам прибора фиг.1.

Конструкция прибора по второму варианту, представленная на фиг.2, позволяет решить техническую задачу обнаружения, измерения и идентификации микроскопических рассеивающих дефектов, в особенности, тонких царапин и микротрещин, имеющих характерные ширины порядка долей микрометра и более.

Прибор для обнаружения и классификации дефектов преломляющих оптических объектов по второму варианту работает следующим образом. Излучение от источника диффузнного излучения 1, создающего широкий расходящийся световой пучок, падает на светоделительный элемент 2 и частично проходит сквозь него и далее не используется, а частично отражается вдоль оптической оси прибора в направлении исследуемого оптического объекта 3, зафиксированного на оптической оси прибора с помощью держателей 4 обеспечивая освещение каждой его точки в телесном угле , определяемом геометрией системы:

Здесь, помимо известных обозначений, R _ИН и R_ИВ - наружный и внутренний радиусы выходной апертуры источника диффузного излучения 1. Каждый луч светового пучка проходит сквозь исследуемый оптический объект 3, достигает проекционного экрана 5, отражается ретро-рефлекторами экрана 5 строго назад к исследуемому оптическому объекту 3 в телесном угле '= , проходит сквозь оптический объект 3, преломляясь таким образом, что обратно-отраженные лучи распространяется строго назад к источнику света 1 вдоль той же траектории, что и падающие лучи, освещающие оптический объект 3. Часть обратно-отраженного таким образом излучения отклоняется светоделительным элементом 2 обратно в источник диффузного излучения 1 и далее не используется, а часть проходит сквозь светоделительный элемент 2 и достигает плоскости диафрагмы 10 объектива 9 фотографирующего устройства 7 на расстояниях от оси прибора, превышающих половину диаметра диафрагмы 10 объектива 9. Таким образом, диффузное излучение от источника 1, будучи обратно-отраженным, обеспечивает двустороннее освещение каждой точки исследуемого оптического объекта 3 в достаточно широком телесном угле, при этом нерассеянная часть излучения не имеет возможности проникнуть сквозь диафрагму 10 объектива 9 внутрь фотографирующего устройства 7 и достигнуть светочувствительной матрицы 8, так как для размеров источника излучения 1, диафрагмы 10 и ретрорефлекторов выполняется условие:

2R _ИВ>D_O+2·D _Р.

В случае, если излучение от источника диффузного излучения 1 падает на исследуемый оптический объект 3, содержащий рассеивающие поверхностный А1 или внутренний А2 дефекты, это прямое излучение также как обратное отраженное ретро-рефлектором 5 излучение будут рассеиваться дефектами А1 и А2, образуя лучи, расходящиеся от дефектов А1, А2, и выходящие из исследуемого оптического объекта 3 под всевозможными углами к невозмущенным лучам. Часть лучей рассеянного излучения проходит сквозь диафрагму 10 и достигает входной апертуры объектива 9 фотографирующего устройства 7 непосредственно либо после их обратного отражения ретро-рефлектором 5. Таким образом, только исходные или обратно-отраженные лучи, рассеянные поверхностными или внутренними дефектами в направлении фотоприемного устройства 7 в телесный угол

или в противоположную сторону в телесный угол _O'= _О симметрично по отношению к направлению на центр объектива 9, достигают открытой части входной апертуры объектива 9 и далее светочувствительной матрицы 8 фотографирующего устройства 7 и могут быть зарегестрированы последним. Здесь D _O - диаметр входной апертуры объектива 9, задаваемый диафрагмой 10. Объектив 9 проецирует рассеянное таким образом излучение на поверхность светочувствительной матрицы 8, образуя изображение оптического объекта 3 в темном поле.

Фотографирующее устройство 7 регистрирует это изображение, которое затем передается при посредстве устройства сопряжения 12 в цифровой форме с фотографирующего устройства 7 на компьютер 11 устройства обработки изображения. Алгоритм компьютерной программы анализа полученных изображений с целью обнаружения дефектов на поверхностях и в объеме исследуемого оптического объекта 3 включает в себя определение яркости или уровня серости в каждой точке изображения оптического объекта 3, обнаружение неоднородностей, т.е. областей с высоким градиентом яркости,

вычисление основных характеристик обнаруженных неоднородностей изображения объекта 3, включающих яркость, контраст, геометрические размеры и определение точных координат этих точек на изображениях и на поверхности самого оптического объекта 3. Полученные цифровые данные используются далее для принятия решения о наличии дефектов, их классификации и измерения, и для принятия окончательного решения об уровне качества исследуемого оптического объекта.

1. Прибор для обнаружения и классификации дефектов преломляющих оптических объектов, содержащий осветительное устройство, проекционный экран, фотографирующее устройство и устройство обработки изображений и управления, при этом осветительное устройство выполнено в виде источника излучения, создающего расходящийся световой пучок, и светоделительного элемента, расположенного на оптической оси прибора под углом к ней, равным половине угла между осями прибора и источника излучения, при этом исследуемый оптический объект помещен на оптической оси прибора после осветительного устройства, проекционный экран расположен на оптической оси прибора по другую сторону от исследуемого оптического объекта на расстоянии от него, превышающем 0,1 диагонали поля зрения фотографирующего устройства, фотографирующее устройство выполнено в виде расположенной на оптической оси прибора цифровой видео- или фото-камеры с объективом, при этом источник излучения и входная апертура объектива фотографирующего устройства равноудалены от светоделительного элемента и размещены таким образом, чтобы центр мнимого изображения источника излучения в светоделительном элементе совпадал с центром входной апертуры объектива фотографирующего устройства, устройство обработки изображения и управления выполнено в виде компьютера, содержащего устройство сопряжения с фотографирующим устройством, устройство ввода-вывода и программное обеспечение, предназначенное для анализа полученных изображений и управления прибором в целом и его компонентами, отличающийся тем, что фотографирующее устройство содержит непрозрачную мишень, диаметр которой 2R_ОВ меньше диаметра входной апертуры объектива фотографирующего устройства, помещенную в центр входной апертуры объектива и придающую ей форму кольца, источник излучения осветительного устройства выполнен в виде источника излучения диаметром D_И<2R _ОВ, а проекционный экран выполнен в виде множества, плотно расположенных на плоскости ретрорефлекторов, диаметр которых D_P меньше диаметра непрозрачной мишени, при этом размеры источника излучения, непрозрачной мишени и ретрорефлекторов должны удовлетворять соотношению 2R_OB>D _И+2·D_P, а положения источника излучения и фотографирующего устройства взаимозаменяемы.

2. Прибор для обнаружения и классификации дефектов преломляющих оптических объектов, содержащий осветительное устройство, проекционный экран, фотографирующее устройство и устройство обработки изображений и управления, при этом осветительное устройство выполнено в виде источника излучения, создающего расходящийся световой пучок и светоделительного элемента, расположенного на оптической оси прибора под углом к ней, равным половине угла между осями прибора и источника излучения, при этом исследуемый оптический объект помещен на оптической оси прибора после осветительного устройства, проекционный экран расположен на оптической оси прибора по другую сторону от исследуемого оптического объекта на расстоянии от него, превышающем 0,1 диагонали поля зрения фотографирующего устройства, фотографирующе устройство выполнено в виде расположенной на оптической оси прибора цифровой видео- или фото-камеры с объективом, при этом источник излучения и входная апертура объектива фотографирующего устройства равноудалены от светоделительного элемента и размещены таким образом, чтобы центр мнимого изображения источника излучения в светоделительном элементе совпадал с центром входной апертуры объектива фотографирующего устройства, устройство обработки изображения и управления выполнено в виде компьютера, содержащего устройство сопряжения с фотографирующим устройством, устройство ввода-вывода и программное обеспечение, предназначенное для анализа полученных изображений и управления прибором в целом и его компонентами, отличающийся тем, что источник излучения осветительного устройства выполнен в виде источника диффузнного излучения с выходной апертурой, имеющей форму кольца с диаметром 2R_ИВ внутренней неизлучающей части, превышающим диаметр D_O входной апертуры объектива фотографирующего устройства, а проекционный экран выполнен в виде множества плотно расположенных на плоскости ретрорефлекторов, диаметр которых D_P менее диаметра входной апертуры фотографического устройства, при этом размеры внутренней неизлучающей части источника излучения, входной апертуры объектива и ретрорефлекторов должны удовлетворять соотношению 2R_ИВ>D_O+2·D _P, а положения источника излучения и фотографирующего устройства взаимозаменяемы.