CN102507596B - 一种基于激光束主动扫描的光学元件表面疵病检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于激光束主动扫描的光学元件表面疵病检测系统。在该检测系统中，被监测的光学元件与激光器、导向镜、光电探头之间不做相对运动，仅依靠导向镜的二维转动实现对光学元件表面的逐点主动扫描，并在扫描过程中实时改变光束的焦点位置使其始终落在光学元件表面上。该系统能够满足高功率固体激光装置中强光辐照环境、高真空环境以及狭窄空间中的光学元件在线监测，本发明的系统结构简单，使用灵活，应用范围广泛。

Description

一种基于激光束主动扫描的光学元件表面疵病检测系统

技术领域

 本发明属于光电子学领域。具体涉及一种基于激光束主动扫描的光学元件表面疵病检测系统。尤其适用于高功率固体激光装置大口径光学元件表面疵病的在线监测。

背景技术

目前，能进行表面疵病检测的方法较多，常用方法有显微测量法以及近年来发展起来的激光频谱法、相干滤波成像法、暗场成像法等，这些检测方法可以达到较高的检测精度，用于离线检测时测量效果较好。但是，因为高功率固体激光装置具有复杂的应用环境，一方面光传输通道内部多为强光辐照或高真空，另一方面装置内部光学元件所处位置空间狭小且中心区域为不可阻挡的通光区域，在这样的环境中使用表面疵病检测设备一是设备安装困难，二是使用不当容易给激光装置带来污染并造成监测设备损伤。以上方法难以满足高功率固体激光装置大口径光学元件表面疵病在线监测的实际需要。

发明内容

为了克服已有技术在强光辐照环境、高真空环境以及狭窄空间中对光学元件表面疵病在线检测的不足，本发明提供一种基于激光束主动扫描的光学元件表面疵病检测系统，实现强光辐照环境、高真空环境以及狭窄空间中对光学元件表面疵病的在线监测。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于激光束主动扫描的光学元件表面疵病检测系统，在该检测系统中含有激光器、扩束器、变焦透镜、导向镜、数个光电探头以及计算机和控制器。其中，激光器、扩束器、变焦透镜、导向镜依次排列；激光器、扩束器、变焦透镜、导向镜、光电探头、以及被监测的光学元件之间的位置相对固定，光电探头设置在光学元件通光区域外；光电探头分别外接计算机；控制器与计算机连接，控制器同时连接导向镜和变焦透镜；激光束通过导向镜的二维转动实现对光学元件表面的主动扫描，并在扫描过程中实时进行自动对焦、焦点始终落在光学元件表面上；激光器发出激光束、经扩束器放大为一定口径的平行光束、再经变焦透镜聚焦，最后经导向镜导向后激光束射向被监测的光学元件表面；控制器控制导向镜做二维旋转并控制变焦透镜将激光束聚焦到表面疵病所在位置。

所述的光电探头的数目设置为2~24个。

所述的被测对象为光学元件表面损伤、光学元件表面残留的颗粒污染物。

本发明的一种基于激光束主动扫描的光学元件表面疵病检测系统中，被检测的光学元件固定不动；二个光电探头分布在光学元件四周激光装置主激光通光区域外并固定不动；一个激光器固定在通光区域外。激光器发出的激光束经扩束器放大整形为平行光束，经变焦透镜聚焦后在光学元件表面形成一个光点——焦点。若光学元件表面无疵病，则激光束在光学元件表面只发生反射和透射；当光学元件存在表面疵病时，激光束发生散射。散射光遵循一定的规律射向四周，通过二个光电探头接收散射光信号。二个探头测得的散射光强度与光学元件表面疵病和光电探头的位置、角度等参数相关联，结合入射光角度、入射光强度、入射点位置与光电探头的相对距离和角度还原出该点的散射光损失百分比，再经过图像还原技术计算出表面疵病的大小。激光器发出的激光束由一个带二维旋转机构的导向镜导向实现对光学元件全口径主动扫描，自动调焦的变焦透镜将根据导向镜到扫描点之间的距离进行实时调焦，确保扫描激光束的焦点始终落在光学元件表面上。

本发明的有益效果是，有效地解决了高功率固体激光装置光传输通道内光学元件表面疵病在线监测设备的环境适应性问题，并能对光学元件表面进行主动式逐点扫描。系统结构简单，仅由小功率激光器、扩束器、变焦透镜、导向镜、二个光电探头、一台控制器、一台电脑组成。由于该系统克服了环境适应性问题，系统部件可以灵活组合，且占用空间少，因此会在大功率固体激光装置的光学元件在线监测中得到广泛应用。

附图说明

图1是本发明的一种基于激光束主动扫描的光学元件表面疵病检测系统结构示意图。

图中，1.激光器  2.扩束器  3.变焦透镜  4.导向镜  5.光学元件  6.表面疵病  71.光电探头Ⅰ  72.光电探头Ⅱ  8.计算机  9.控制器  10.激光束。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做具体描述。

实施例1

图1是本发明的一种基于激光束主动扫描的光学元件表面疵病检测系统结构示意图。在图1中，本发明的一种基于激光束主动扫描的光学元件表面疵病检测系统，含有激光器1、扩束器2、变焦透镜3、导向镜4、光电探头以及计算机8和控制器9。其中，激光器1、扩束器2、变焦透镜3、导向镜4依次排列；激光器1、扩束器2、变焦透镜3、导向镜4、光电探头以及被监测的光学元件5之间的位置相对固定，光电探头设置在光学元件5的通光区域外；在本实施例中，光电探头设置为二个，即光电探头Ⅰ71和光电探头Ⅱ72，光电探头Ⅰ71和光电探头Ⅱ72分别外接计算机8；控制器9与计算机8连接，控制器9同时连接导向镜4和变焦透镜3；激光束10通过导向镜4的二维转动实现对光学元件5的主动扫描，并在扫描过程中实时进行自动对焦、焦点始终落在光学元件5的表面上；激光器1发出激光束10、经扩束器2放大为一定口径的平行光束，再经变焦透镜3聚焦，最后经导向镜4导向后激光束10射向被监测的光学元件5；控制器9控制导向镜4做二维旋转并控制变焦透镜将激光束10聚焦到表面疵病6所在位置。

本发明中计算机8发出控制指令，并由控制器9按照计算机发出的指令驱动导向镜4转动、变焦透镜3变焦。当激光束10照射到表面疵病6上时，激光束会发生散射，散射光由光电探头Ⅰ71、光电探头Ⅱ72收集并转换为数字信号并由计算机8采集。变焦透镜3通过控制器9控制其根据导向镜到被测点的距离实时变换焦距。

在图1中，光电探头Ⅰ71和光电探头Ⅱ72分布在光学元件5的通光区域外。当需要对整个光学元件表面进行扫描检测时，计算机8对控制器9发出逐点扫描指令控制导向镜4做定向旋转从而实现激光束10对光学元件5的主动式逐点扫描测试。

实施例2

本实施例与实施例1的基本结构相同，不同之处是所述的光电探头设置为12个，12个光电探头均匀分布在光学元件5的四周，光电探头从不同角度探测散射光，从而提高设备的检测精度和准确度。

实施例3

本实施例与实施例1的基本结构相同，不同之处是所述的光电探头可以为光电倍增管。

实施例4

本实施例与实施例1的基本结构相同，不同之处是所述的检测对象可以为光学元件表面损伤和光学元件表面颗粒残留物。

Claims (3)

1.一种基于激光束主动扫描的光学元件表面疵病检测系统，所述的检测系统含有激光器（1）、扩束器（2）、变焦透镜（3）、导向镜（4）、光电探头Ⅰ（71）、光电探头Ⅱ（72）以及计算机（8）和控制器（9）；其中，激光器（1）、扩束器（2）、导向镜（4）依次排列；激光器（1）、扩束器（2）、导向镜（4）、数个光电探头以及被监测的光学元件（5）之间的位置相对固定，光电探头设置在元件通光区域外；光电探头分别外接计算机（8）；控制器（9）与计算机（8）连接，控制器（9）同时还连接导向镜（4）和变焦透镜（3）；激光束（10）通过导向镜（4）的二维转动实现对光学元件（5）的主动扫描，并在扫描过程中实时进行自动对焦、焦点始终落在光学元件（5）的表面上；控制器（9）控制导向镜（4）做二维旋转并将激光束（10）的焦点调整到表面疵病（6）所在位置，其特征在于：所检测的元件是光学元件；变焦透镜（3）位于扩束器（2）和导向镜（4）之间，且与激光器（1）、扩束器（2）、导向镜（4）数个光电探头以及被监测的光学元件（5）之间的位置相对固定，激光器发出激光束（10）、经扩束器（2）放大为一定口径的平行光束、再经变焦透镜（3）聚焦，最后经导向镜（4）导向后激光束（10）射向被监测的光学元件（5）。

2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征是：所述的光电探头Ⅰ和光电探头Ⅱ的数目设置为总共2～24个。

3.根据权利要求1所述的检测系统，其特征是：所述的所述的光电探头Ⅰ（71）和光电探头Ⅱ（72）为光电探测器。

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