專利名稱：大口徑光學元件表面缺陷的檢測分類裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及光學材料缺陷探測領域，具體是一種大口徑光學元件表面缺陷的檢測分類裝置。
背景技術：
對很多光學材料而言，例如常用于強激光系統(tǒng)中的熔融石英玻璃和KDP晶體等，在材料的加工過程中，如切割、研磨、拋光等，不可避免的會引入表面及亞表面缺陷和污染，因此其表面及亞表面的光學質量往往比相關材料的本征特性差得很多，從而使得相關元件的表面及亞表面在很多應用中成為限制元件性能的瓶頸，比如在強激光系統(tǒng)中成為最容易被激光損傷的薄弱環(huán)節(jié)。對于光學材料的表面及亞表面缺陷而言，通?？梢苑譃槲杖毕莺头俏杖毕?吸收缺陷通過對光能量的吸收引起缺陷區(qū)域材料光學性質的變化，從而改變透過的光束性質的變化；而非吸收缺陷，會引起光束的散射等；不同的缺陷對光學系統(tǒng)的影響是不一樣的，對以上缺陷能夠進行快速檢測分類，對提高光學材料的性能、并在此基礎上提升整個光學系統(tǒng)的性能有著重要的意義。而目前常用的一些缺陷檢測方法，如高分辨散射測量方法，高分辨熒光測量方法，原子力顯微鏡，掃描隧道顯微鏡，近場光學顯微鏡，以及高分辨光聲顯微鏡，以及各類高分辨光熱顯微鏡等，只對某一類缺陷能夠進行有效的檢測:高分辨散射測量方法主要對由于光學折射率或者面形缺陷引起的不均勻性敏感，難以用于吸收缺陷的分析。高分辨熒光測量方法可以較好的探測光學吸收缺陷，但是對于非吸收缺陷并不敏感。光聲及各種光熱顯微方法可以對吸收缺陷進行有效檢測，但是對非吸收缺陷無法適用。而原子力顯微鏡，掃描隧道顯微鏡，近場光學顯微鏡等高分辨手段主要探測的是大口徑光學元件表面形貌及光學折射率的不均勻性，對光學吸收缺陷一般并不敏感。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種大口徑光學元件表面缺陷的檢測分類裝置，利用一束較強激光和一束較弱的照明光束照射大口徑光學元件，較強激光與吸收缺陷相作用激發(fā)產生熒光，較弱光與非吸收缺陷相作用引起光束的散射，通過對熒光和散射光的分別檢測來獲得大口徑光學元件上吸收缺陷和非吸收缺陷的信息，實現(xiàn)對不同缺陷的分類檢測，由于采用內全反射式的照明方式，對大口徑光學元件內部多個區(qū)域同時進行照明檢測，提聞了檢測效率。本實用新型的技術方案為:大口徑光學元件表面缺陷的檢測分類裝置，包括有強照明光源、弱照明光源、設置于強照明光源發(fā)射端和大口徑光學元件入射側面之間的強照明光束整形處理裝置、設置于弱強照明光源發(fā)射端和大口徑光學元件入射側面之間的弱照明光束整形處理裝置、相對大口徑光學元件表面設置的成像檢測系統(tǒng)。[0008]所述的大口徑光學元件表面缺陷的檢測分類裝置還包括有設置于強照明光源后端的強照明光束開關、設置于弱照明光源后端的弱照明光束開關、設置于強照明光束整形處理裝置后端的高反鏡、設置于弱照明光束整形處理裝置后端且其反射面相對高反鏡反射面設置的雙色鏡、相對大口徑光學元件出射側面設置的照明光束吸收裝置。所述的成像檢測系統(tǒng)為一套或多套，多套成像檢測系統(tǒng)分別相對大口徑光學元件前后表面的不同區(qū)域設置。所述的成像檢測系統(tǒng)包括有順次設置的成像裝置、濾光裝置、探測裝置和圖像采集處理終端，所述的成像裝置相對大口徑光學元件表面設置。所述的成像裝置選用透鏡或透鏡組；所述的探測裝置選用CXD相機；所述的濾光裝置選用強照明光束濾光裝置或弱照明光束濾光裝置。本實用新型的優(yōu)點:本實用新型利用強照明光束與大口徑光學元件表面及亞表面吸收缺陷的作用產生的熒光進行成像檢測來獲得吸收缺陷的圖像信息，利用弱照明光束與大口徑光學元件表面及亞表面非吸收缺陷的作用產生的散射和折射光進行成像檢測來獲得非吸收缺陷的圖像信息，實現(xiàn)了對不同缺陷的分類檢測；本實用新型采用暗場成像的方式，相對明場成像的方式，所獲得的吸收缺陷區(qū)域與非吸收缺陷區(qū)域圖像的對比度大大增加，辨識度更高；并且，采用內全反射照明的方式，大口徑光學元件上多個區(qū)域同時獲得照明，可以采用一套成像檢測系統(tǒng)進行快速掃描檢測或多套成像檢測系統(tǒng)對照明區(qū)域進行并行檢測，如圖4所示，可以大大提高檢測的效率，特別適用于大口徑光學元件表面缺陷的檢測分類。本實用新型采用內全反射式的照明方式，對大口徑光學元件內部多個區(qū)域同時進行照明檢測，提高了檢測效率；采用焦深小的成像系統(tǒng)或利用共聚焦成像的方法，只對大口徑光學元件表面及亞表面缺陷進行檢測，獲得清晰可辨的暗場圖像。本實用新型適用于光學無損探傷、光學精密檢測、光學顯微成像與缺陷分析、特別適用于強激光系統(tǒng)內的大口徑透明光學元件表面及亞表面缺陷檢測等多個領域。

圖1是本實用新型大口徑光學元件表面缺陷的檢測分類裝置的結構示意圖，其中，I為強照明光源，2為強照明光束開關，3為強照明光束整形處理裝置，4為高反鏡，5為雙色鏡，6為弱照明光源，7為弱照明光束開關，，8為弱照明光束整形處理裝置，9為大口徑光學元件，10為照明光束吸收裝置，11為成像裝置，12為濾光裝置，13為探測裝置，14為圖像采集處理終端。圖2是本實用新型大口徑光學元件前、后表面完全照明的示意圖一。圖3是本實用新型大口徑光學元件前、后表面完全照明的示意圖二。圖4是本實用新型具體實施例中采用兩套成像檢測系統(tǒng)的大口徑光學元件表面缺陷的檢測分類裝置的結構示意圖，其中，I為強照明光源，2為強照明光束開關，3為強照明光束整形處理裝置，4為高反鏡，5為雙色鏡，6為弱照明光源，7為弱照明光束開關，，8為弱照明光束整形處理裝置，9為大口徑光學元件，10為照明光束吸收裝置，11為第一成像裝置，12為第一濾光裝置，13為第一探測裝置，14為第一圖像采集處理終端，15為第二成像裝置，16為第二濾光裝置，17為第二探測裝置，18為第二圖像采集處理終端。
具體實施方式
見圖1，大口徑光學元件表面缺陷的檢測分類裝置:包括有強照明光源1、弱照明光源6、設置于強照明光源I后端的強照明光束開關
2、設置于弱照明光源6后端的弱照明光束開關7、設置于強照明光束開關2后端的強照明光束整形處理裝置3、設置于弱照明光束開關7后端的弱照明光束整形處理裝置8、設置于強照明光束整形處理裝置3后端的高反鏡4、設置于弱照明光束整形處理裝置8后端且其反射面相對高反鏡4反射面設置的雙色鏡5、相對大口徑光學元件9出射側面設置的照明光束吸收裝置10和相對大口徑光學元件9表面設置的成像檢測系統(tǒng)；成像檢測系統(tǒng)包括有順次設置的成像裝置11、濾光裝置12、探測裝置13和圖像采集處理終端14，成像裝置11相對大口徑光學元件9表面設置；成像裝置11選用透鏡或透鏡組；探測裝置13選用CCD相機；濾光裝置12選用強照明光束濾光裝置或弱照明光束濾光
>j-U ρ α裝直。大口徑光學元件表面缺陷的檢測分類方法，包括以下步驟:(I)、將強照明光束(紫外激光光束)從大口徑光學元件的入射側面入射到大口徑光學元件內部，并在大口徑光學元件內部傳輸直至入射到大口徑光學元件的表面，入射到大口徑光學元件表面處的強照明光束相對大口徑光學元件表面的入射角滿足光學全反射條件，從而使強照明光束在大口徑光學元件內部前、后表面之間進行多次全反射，對強照明光束經過的表面區(qū)域都實現(xiàn)了照明`，直至經過大口徑光學元件的前表面或后表面反射后從大口徑光學元件的出射側面出射；(2)、將弱照明光束(與強照明光束波長不一致的單色光束)從大口徑光學元件的入射側面入射到大口徑光學元件內部，并在大口徑光學元件內部傳輸直至入射到大口徑光學兀件的表面，入射到大口徑光學兀件表面處的弱照明光束相對大口徑光學兀件表面的入射角滿足光學全反射條件，從而使弱照明光束在大口徑光學元件內部前、后表面之間進行多次全反射，對弱照明光束經過的表面區(qū)域都實現(xiàn)了照明，直至經過大口徑光學元件的前表面或后表面反射后從大口徑光學元件的出射側面出射；(3)、相對大口徑光學元件表面設置一套或多套成像檢測系統(tǒng)；當大口徑光學元件表面及亞表面的強光束照明區(qū)域存在缺陷時，將引起強照明光束與吸收缺陷相互作用，激發(fā)產生熒光，吸收缺陷區(qū)域激發(fā)的熒光進入成像檢測系統(tǒng)，獲得吸收缺陷區(qū)域的暗場圖像；(4)、當大口徑光學元件表面及亞表面的弱光束照明區(qū)域存在缺陷時，將引起弱照明光束與非吸收缺陷相互作用，引起弱照明光束的散射，或者弱照明光束在非吸收缺陷區(qū)域的不滿足全反射條件，一部分弱照明光束將通過折射從大口徑光學元件的表面出射，非吸收缺陷引起的散射光和折射光進入成像檢測系統(tǒng)，獲得非吸收缺陷區(qū)域的暗場圖像。其中，濾光裝置12含有一系列的濾光片，可以濾掉強照明光束、弱照明光束以及讓熒光中某一波段的光束通過，通過適當選擇合適的濾光裝置，對強照明光束激發(fā)產生的熒光和弱照明光束的散射折射光進行分別探測；當檢測熒光時，在探測端獲得的是吸收缺陷區(qū)域的暗場圖像；當檢測弱照明光束的散射折射光時，在探測端獲得的是非吸收缺陷區(qū)域的暗場圖像。本實用新型還可以利用強照明光束開關2和弱照明光束開關7配合關閉，讓強照明光束和弱照明光束交替對大口徑光學元件9進行照明，對熒光和弱照明光的散射折射光交替進行檢測，來分別獲得吸收缺陷和非吸收缺陷的信息。其中，強照明光束或弱照明光束對大口徑光學元件前后表面的進行完全照明，其實現(xiàn)方式為:a、見圖2，通過整形處理使強照明光束或弱照明光束以一定角度入射到大口徑光學元件的內部，且強照明光束或弱照明光束完全覆蓋入射側面，然后入射到大口徑光學元件內部的強照明光束或弱照明光束在大口徑光學元件前后表面之間進行多次全反射直至從出射側面出射；b、見圖3，改變強照明光束或弱照明光束的入射角度，改變后的入射角度與改變前的入射角度相對大口徑光學元件的入射側面法線對稱，改變入射角度后的強照明光束或弱照明光束從入射側面入射到大口徑光學元件的內部，且強照明光束或弱照明光束完全覆蓋入射側面，然后入射到大口徑光學元件內部的強照明光束或弱照明光束在大口徑光學元件前后表面之間進行多次全反射直至從出射側面出射；或改變強照明光束或弱照明光束的入射角度，強照明光束或弱照明光束從出射側面入射到大口徑光學元件的內部，且強照明光束或弱照明光束完全覆蓋出射側面，然后入射到大口徑光學元件內部的強照明光束或弱照明光束在大口徑光學元件前后表面之間進行多次全反射直至從入射側面出射。實際使用中，強照明光束或弱照明光束完全覆蓋大口徑光學元件的入射側面或出射側面的實現(xiàn)方式為兩種，分別為:通過整形處理使強照明光束或弱照明光束的光斑尺寸大于或等于與大口徑光學元件入射側面或出射側面的尺寸，從而實現(xiàn)強照明光束或弱照明光束在大口徑光學兀件入射側面或出射側面的完全覆蓋；或用光斑尺寸小于大口徑光學兀件入射側面或出射側面尺寸的強照明光束或弱照明光束沿大口徑光學元件入射側面或出射側面掃描，從而實現(xiàn)強照明光束或弱照明光束在大口徑光學元件入射側面或出射側面的完全覆蓋。實際使用中，為提高檢測速度和效率，也可以采用多套成像系統(tǒng)進行并行檢測，見圖4，采用兩套成像檢測系統(tǒng)的大口徑透明光學元件表面缺陷的檢測裝置，包括有強照明光源1、弱照明光源6、設置于強照明光源I后端的強照明光束開關2、設置于弱照明光源6后端的弱照明光束開關7、設置于強照明光束開關2后端的強照明光束整形處理裝置3、設置于弱照明光束開關7后端的弱照明光束整形處理裝置8、設置于強照明光束整形處理裝置3后端的高反鏡4、設置于弱照明光束整形處理裝置8后端且其反射面相對高反鏡4反射面設置的雙色鏡5、相對大口徑光學元件9出射側面設置的照明光束吸收裝置10和相對大口徑光學元件9表面設置的成像檢測系統(tǒng)；兩套成像檢測系統(tǒng)分別相對大口徑光學元件9的前表面和后表面設置，分別包括有第一成像裝置11、第一濾光裝置12、第一探測裝置13和第一圖像采集處理終端14，第二成像裝置15、第二濾光裝置16、第二探測裝置17和第二圖像采集處理終端18。圖4中只畫出兩套成像檢測系統(tǒng)，實際使用中可以根據需要采用多套成像檢測系統(tǒng)，多套成像檢測系統(tǒng)可相對設置于大口徑光學元件9的前后表面附近不同區(qū)域；且在實際使用中可采用焦深小的成像裝置，這樣系統(tǒng)只對表面及亞表面區(qū)域能夠獲得清晰可辨的圖像。
權利要求1.大口徑光學元件表面缺陷的檢測分類裝置，其特征在于:包括有強照明光源、弱照明光源、設置于強照明光源發(fā)射端和大口徑光學元件入射側面之間的強照明光束整形處理裝置、設置于弱強照明光源發(fā)射端和大口徑光學元件入射側面之間的弱照明光束整形處理裝置、相對大口徑光學元件表面設置的成像檢測系統(tǒng)。
2.根據權利要求1所述的大口徑光學元件表面缺陷的檢測分類裝置，其特征在于:所述的大口徑光學元件表面缺陷的檢測分類裝置還包括有設置于強照明光源后端的強照明光束開關、設置于弱照明光源后端的弱照明光束開關、設置于強照明光束整形處理裝置后端的高反鏡、設置于弱照明光束整形處理裝置后端且其反射面相對高反鏡反射面設置的雙色鏡、相對大口徑光學元件出射側面設置的照明光束吸收裝置。
3.根據權利要求1所述的大口徑光學元件表面缺陷的檢測分類裝置，其特征在于:所述的成像檢測系統(tǒng)為一套或多套，多套成像檢測系統(tǒng)分別相對大口徑光學元件前后表面的不同區(qū)域設置。
4.根據權利要求1所述的大口徑光學元件表面缺陷的檢測分類裝置，其特征在于:所述的成像檢測系統(tǒng)包括有順次設置的成像裝置、濾光裝置、探測裝置和圖像采集處理終端，所述的成像裝置相對大口徑光學元件表面設置。
5.根據權利要求4所述的大口徑光學元件表面缺陷的檢測分類裝置，其特征在于:所述的成像裝置選用透鏡或透鏡組；所述的探測裝置選用CCD相機；所述的濾光裝置選用強照明光束濾光裝置或弱照明光束濾光裝置。
專利摘要本實用新型公開了一種大口徑光學元件表面缺陷的檢測分類裝置，是利用一束強照明光束和一束弱照明光束照射大口徑光學元件，強照明光束與吸收缺陷相作用激發(fā)產生熒光，弱照明光束與非吸收缺陷相作用引起光束的散射，通過對熒光和散射光的分別檢測來獲得大口徑光學元件吸收缺陷和非吸收缺陷的信息。本實用新型中，采用內全反射式的照明方式，對大口徑光學元件內部多個區(qū)域同時進行照明檢測，提高了檢測效率。本實用新型在檢測端，采用焦深小的成像系統(tǒng)或利用共聚焦成像的方法，只對表面及亞表面缺陷進行檢測。本實用新型適用于光學無損探傷、光學精密檢測、光學顯微成像與缺陷分析、特別適用于強激光系統(tǒng)內的大口徑透明光學元件表面及亞表面缺陷檢測等多個領域。
文檔編號G01N21/88GK203069524SQ201320048368
公開日2013年7月17日 申請日期2013年1月29日 優(yōu)先權日2013年1月29日
發(fā)明者陳堅, 吳周令, 黃明 申請人:合肥知常光電科技有限公司