CN105158269B - 大口径平面光学元件疵病三维快速暗场检测装置和方法 - Google Patents
大口径平面光学元件疵病三维快速暗场检测装置和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105158269B CN105158269B CN201510638611.3A CN201510638611A CN105158269B CN 105158269 B CN105158269 B CN 105158269B CN 201510638611 A CN201510638611 A CN 201510638611A CN 105158269 B CN105158269 B CN 105158269B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical elements
- heavy
- dimensional
- automatically controlled
- planar optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
Abstract
一种大口径平面光学元件体内疵病和损伤三维快速暗场检测装置及方法，包括照明光源、起偏器、准直透镜系统、一维电控光源调整支架支撑系统、棱镜、待测的大口径平面光学元件、一维电控平移一维电控平移载物平台、检偏器、成像镜头、CCD、计算机、箱体。本发明利用斯涅尔定律实现坐标的转换，可实现z轴方向的疵病(或损伤)位置检测，有效解决目前对光学元件疵病(或损伤)体内深度检测的难题；极大提高的检测速度，对大口径光学元件更为有效，有效解决目前大口径光学元件检测耗时较长的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光学元件缺陷检测，特别是一种大口径平面光学元件疵病三维快速暗场检测装置及方法。
背景技术
大口径光学元器件是高功率激光驱动器系统中主要组成部分之一，其表面疵病(或损伤)和划痕将直接影响激光系统的能量负载能力，是光学材料生长、加工处理和光学检测等过程中重点关注和分析对象。目前，国内外的元件供应商主要仍采用目视法对元件进行人工检测。包括美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)在内的国内外研制高功率激光装置的实验室，也都各自在研制大口径光学元器件表面疵病(或损伤)和划痕二维成像系统。现有的研究都仅局限于对元件表面疵病(或损伤)或者获取材料二维缺陷信息的检测，基底材料本征缺陷和损伤特别是材料缺陷的深度信息仍然没有有效的检测手段。但是，缺陷或者损伤的深度位置是分析与判断元件负载能力的一个极为重要的信息。
发明内容
本发明的目的是完善现有光学元件检测技术中不能探测缺陷深度信息的问题，提供一种大口径平面光学元件疵病三维快速暗场检测装置和方法。
本发明的技术解决方案如下：
一种大口径平面光学元件体内疵病三维快速暗场检测装置，其特点在于该装置包括照明光源、起偏器、准直透镜系统、电控光源调整支撑系统、长条形直角棱镜、一维电控平移载物平台、检偏器、成像镜头、CCD、计算机和箱体，所述的一维电控平移载物平台置于所述的箱体内，在所述的箱体内的一维电控平移载物平台的正上方的检偏器、成像镜头和CCD构成的成像系统，所述的CCD的输出端与所述的计算机的输入端相连，所述的准直透镜系统包括凸透镜、光阑和柱面镜，沿所述的照明光源的输出光束方向是所述的起偏器、凸透镜、光阑和柱面镜依次排列并安装在所述的电控光源调整支撑系统上，待测大口径平面光学元件放置在所述的一维电控平移载物平台上，所述的长条形直角棱镜的非直角面置于待测大口径平面光学元件上，所述的计算机的输出端与所述的一维电控光源调整支撑系统的控制端相连，所述的电控光源调整支撑系统在所述的计算机的控制下使光源发出的光束经所述的起偏器和准直透镜系统成为线形的线偏振光垂直地经所述的箱体内一维电控平移载物平台上的长条形直角棱镜的直角面上入射所述的大口径平面光学元件体内。
所述的箱体内壁作了发黑处理。
利用所述的大口径平面光学元件体内疵病三维快速暗场检测装置对大口径平面光学元件疵病的检测方法，包括以下步骤：
①待测的大口径光学元件放置在所述的一维电控平移载物平台上，即XZ平面上，在所述的待测的大口径平面光学元件上的坐标Z＝0一端放置所述的长条状直角棱镜，该长条状直角棱镜的直角朝上，该长条状直角棱镜的位于入射光一边的锐角大于布儒斯特角，且直角边沿坐标X方向，调整照明光源、起偏器、准直透镜系统和一维电控光源调整支架，使照明光源的出射的光经起偏器和准直透镜系统出射后为准直的线形的线偏振光束，该线形的线偏振光束进入箱体，并垂直所述的长条状直角棱镜的直角平面入射所述的待测的大口径平面光学元件；
②过一维电控平移载物平台调整所述的待测的大口径平面光学元件沿y轴方向移动，一维电控光源调整支架使所述的线形光束从待测的大口径平面光学元件边缘位置开始扫描，扫描步距不大于线形的线偏振光束的线宽的1/2；所述的一维电控光源调整支架上的编码器获取待测的大口径平面光学元件的精确位置，反馈至计算机并转化为x轴位移；所述的检偏器、成像镜头、CCD组成的成像系统对待测的大口径平面光学元件整个区域成像；所述的线形的线偏振光束在待测大口径平面光学元件中形成全内反射并在待测大口径平面光学元件的疵病部位形成散射光斑，其散射光斑图像由CCD二维成像并将其转化为I(x,z)，发送至计算机；
③述的计算机同步其y位置，获得所要检测缺陷的三维信息I(x，y，z)。
通过调整准直透镜系统和光源调整支架可以调整入射光束线宽、线长和入射角度，其中，光束线宽、入射角度与z向分辨率有关，光束线长由元件尺寸决定。
本发明与以前技术相比所具有的优势在于：本发明通过一种较易实现的装置和方法现实了大口径元件缺陷的三维检测，有效解决了目前无法获得元件材料缺陷深度信息的问题。同时，本发明利用特殊的直角棱镜设计实现检测光束在元件内部全内反射，不但获得其缺陷的深度信息，相比传统的扫描拼接的方法也大大提高检测效率。
附图说明
图1是本发明大口径平面光学元件疵病三维快速暗场检测装置的结构示意图。
图2是本发明实施例的大口径平面光学元件疵病三维快速暗场检测方法的光路示意图。
图3是本发明实施例的准直透镜系统的设计示意图。
图4是本发明实施例的直角棱镜及坐标变换关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明大口径平面光学元件疵病三维快速暗场检测装置包括照明光源、起偏器、准直透镜系统、一维电控光源调整支架、直角棱镜、待测的大口径平面光学元件、一维电控平移一维电控平移载物平台、检偏器、成像镜头、CCD、计算机、箱体构成。其中，照明光源、起偏器、准直透镜系统依次排列，并安装在一维电控光源调整支架上；直角棱镜紧贴着待测的大口径平面光学元件放置于一维电控平移一维电控平移载物平台上，由计算机控制电机使元件在z轴方向平移；检偏器、成像镜头、CCD依次排列，并对被测待测光学平板成像。
作为本发明一个实施例，图2给出了大口径平面光学元件疵病三维快速暗场检测光路图：在本实施例中，照明光源1选用半导体激光器。沿照明光源1输出光束的前进方向依次是起偏器2、准直透镜系统3、特定形状的直角棱镜5、待测待测光学平板6，再经由检偏器8、成像镜头9、CCD10组成的成像系统获取整个元件的散射光斑图像。
在本实施例中，如图3所示，准直透镜系统3包括凸透镜13、方形光阑14和柱面镜15。由激光产生的扩散点光源经所述的凸透镜汇聚后，其y轴方向的光经柱面镜15傅立叶变换成准直光出射，而x轴方向保持适当发散但由光阑14控制适当的通光长度。通过调整准直透镜系统和一维电控光源调整支架可以调整入射光束的线宽、线长和入射角度，其中，光束线宽、入射角度与z向分辨率有关，光束线长由元件尺寸决定。调整准直透镜系统3和光源调整支架4，使检测光束准直为线宽2mm、线长200mm，入射角为60°。
在本实施例中，待测待测光学平板6为200mm×200mm×10mm的石英基板，直角棱镜如图4所示，长为220mm，其中入射角为60°，入射面宽10mm。线形光束垂直入射至直角棱镜，直角棱镜紧贴待测的大口径平面光学元件6放置，从而入射光束进入待测的大口径平面光学元件的角度60°保持不变，并以此角度在元件内部实现全内反射。以K9玻璃为待测待测光学平板计算全内反射角，设检测波长为633nm，该波长下待测光学平板折射率为1.5，空气折射率为1，则根据折射率方程可得全内反射角θ＝arcsin(n0/nopt)＝42°。当直角棱镜的入射角α≥θ时，即可在K9玻璃待测待测光学平板中实现全内反射。
在本实施例中，如图4所示，利用一维电控光源调整支架4控制光源系统的位置，使线形光源从待测的大口径平面光学元件边缘位置开始扫描，扫描步距为1mm；一维电控光源调整支架4上安装编码器获取待测元件的精确位置z，反馈至计算机并作为第i次扫描时的zi轴位置；所述的检偏器、成像镜头、CCD组成的成像系统对整个元件区域成像；成像系统将获取的二维散射光斑图像信息I(xi，zi)送至计算机11，同步其zi位置，并依据如下深度信息关系式转化为I(xi，yi)，，获得所要检测缺陷的三维信息I(xi，yi，zi)。如图4所示，深度信息关系式可由所述的待测光学平板的厚度d和进入所述的待测光学平板6的入射角α换算：待测光学平板内的某一缺陷Δ的二维散射光斑图像I(xi，zi)中，轴向位置坐标zi可换算为深度信息yi，其换算关系为yi＝zictanα。根据待测光学平板厚度d，可知在z方向上扫描范围为Δz＝dtanα即可实现全口径三维扫描，获取带有深度信息的缺陷三维图像I(xi，yi，zi)。以200mm×200mm口径待测光学平板检测为例，CCD在z轴方向可实现15μm的分辨率，根据上述坐标变换关系，深度方向y的分辨率为Δy＝Δztanα＝26μm，满足光学元器件体缺陷检测精度要求。
Claims (3)
1.一种大口径平面光学元件体内疵病三维快速暗场检测装置，其特征在于该装置包括照明光源(1)、起偏器(2)、准直透镜系统(3)、电控光源调整支撑系统(4)、长条形直角棱镜(5)、一维电控平移载物平台(7)、检偏器(8)、成像镜头(9)、CCD(10)、计算机(11)和箱体(12)，所述的一维电控平移载物平台(7)置于所述的箱体(12)内，在所述的箱体(12)内的一维电控平移载物平台(7)的正上方的检偏器(8)、成像镜头(9 )和CCD(10)构成的成像系统，所述的CCD(10)的输出端与所述的计算机(11)的输入端相连，所述的准直透镜系统(3)包括凸透镜(13)、光阑(14)和柱面镜(15)，所述长条状直角棱镜(5)的位于入射光一边的锐角大于布儒斯特角，沿所述的照明光源(1)的输出光束方向是所述的起偏器(2)、凸透镜(13)、光阑(14)和柱面镜(15)依次排列并安装在所述的电控光源调整支撑系统(4)上，待测大口径平面光学元件(6)放置在所述的一维电控平移载物平台(7)上，所述的长条形直角棱镜(5)的非直角面置于待测大口径平面光学元件(6)上，所述的计算机(11)的输出端与所述的一维电控光源调整支撑系统(4)的控制端相连，所述的电控光源调整支撑系统(4)在所述的计算机(11)的控制下使光源(1)发出的光束经所述的起偏器(2)和准直透镜系统(3)成为线形的线偏振光垂直地经所述的箱体(12)内一维电控平移载物平台(7)上的长条形直角棱镜(5)的直角面上入射所述的大口径平面光学元件体内。
2.根据权利要求1所述的大口径平面光学元件体内疵病三维快速暗场检测装置，其特征在于，所述的箱体内壁作了发黑处理。
3.利用权利要求1所述的大口径平面光学元件体内疵病三维快速暗场检测装置对大口径平面光学元件疵病的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
①将待测的大口径光学元件(6)放置在所述的一维电控平移载物平台(7 )上，即XZ平面上，在所述的待测的大口径平面光学元件(6)上的坐标Z＝0一端放置所述的长条状直角棱镜(5)，该长条状直角棱镜(5)的直角朝上，该长条状直角棱镜(5)的位于入射光一边的锐角大于布儒斯特角，且直角边沿坐标X方向，调整照明光源(1)、起偏器(2)、准直透镜系统(3)和一维电控光源调整支架(4)，使照明光源(1)的出射的光经起偏器(2)和准直透镜系统(3)出射后为准直的线形的线偏振光束，该线形的线偏振光束进入箱体(12)，并垂直所述的长条状直角棱镜(5)的直角平面入射所述的待测的大口径平面光学元件(6)；
②通过一维电控平移载物平台(7)调整所述的待测的大口径平面光学元件(6)沿z轴方向移动，一维电控光源调整支架(4)使所述的线形光束从待测的大口径平面光学元件(6)边缘位置开始扫描，扫描步距不大于线形的线偏振光束的线宽的1/2；所述的一维电控光源调整支架(4)上的编码器获取待测的大口径平面光学元件(6)的精确位置，反馈至计算机(11)并转化为y轴位移；所述的检偏器(8)、成像镜头(9)、CCD(10)组成的成像系统对待测的大口径平面光学元件(6)整个区域成像；所述的线形的线偏振光束在待测大口径平面光学元件(6)中形成全内反射并在待测大口径平面光学元件(6)的疵病部位形成散射光斑，其散射光斑图像由CCD二维成像并将其转化为I(x,z)，发送至计算机(11)；
③所述的计算机(11)同步其y位置，获得所要检测缺陷的三维信息I(x，y，z)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510638611.3A CN105158269B (zh) | 2015-09-29 | 2015-09-29 | 大口径平面光学元件疵病三维快速暗场检测装置和方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510638611.3A CN105158269B (zh) | 2015-09-29 | 2015-09-29 | 大口径平面光学元件疵病三维快速暗场检测装置和方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105158269A CN105158269A (zh) | 2015-12-16 |
| CN105158269B true CN105158269B (zh) | 2018-07-13 |
Family
ID=54799198
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510638611.3A Active CN105158269B (zh) | 2015-09-29 | 2015-09-29 | 大口径平面光学元件疵病三维快速暗场检测装置和方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105158269B (zh) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105631857B (zh) * | 2015-12-17 | 2018-02-09 | 中国科学院自动化研究所 | 一种光学元件表面的划痕检测方法和装置 |
| CN106501266B (zh) * | 2016-10-18 | 2018-05-29 | 淮阴师范学院 | 基于微分干涉的光学薄膜缺陷检测方法 |
| CN106841236B (zh) * | 2016-12-13 | 2023-04-11 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 透射光学元件疵病测试装置及方法 |
| CN106580267B (zh) * | 2017-01-24 | 2024-03-29 | 青岛大学附属医院 | 基于侧流暗场成像技术的人体微血管三维超微结构的成像系统 |
| CN107887153A (zh) * | 2017-12-01 | 2018-04-06 | 黄思玉 | 一种自动质量检测箔绕机及其在线检测系统 |
| CN109060816B (zh) * | 2018-06-13 | 2021-09-07 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 大口径元件体内缺陷快速检测装置和方法 |
| CN109211917A (zh) * | 2018-08-20 | 2019-01-15 | 苏州富鑫林光电科技有限公司 | 一种通用复杂表面缺陷检测方法 |
| CN109409324B (zh) * | 2018-11-08 | 2022-09-09 | 深圳泰山体育科技有限公司 | 跑步机运行参数测量方法以及跑步机运行参数测量装置 |
| CN109596530B (zh) * | 2018-11-13 | 2020-07-10 | 浙江大学 | 光学表面麻点和灰尘缺陷分类的暗场偏振成像方法 |
| CN109668904A (zh) * | 2019-01-25 | 2019-04-23 | 南京理工大学 | 一种光学零件疵病检测装置及方法 |
| CN110044931B (zh) * | 2019-04-23 | 2021-03-26 | 华中科技大学 | 一种曲面玻璃表面和内部缺陷的检测装置 |
| CN110286130B (zh) * | 2019-07-26 | 2020-05-15 | 上海御微半导体技术有限公司 | 一种缺陷检测装置及其方法 |
| CN112649444A (zh) * | 2019-10-10 | 2021-04-13 | 超能高新材料股份有限公司 | 半导体元件内部影像信息检测方法 |
| CN112129775B (zh) * | 2020-09-23 | 2023-03-24 | 哈尔滨工业大学 | 一种匀光棒条形光源及基于该光源的光学元件损伤检测装置 |
| CN113640221B (zh) * | 2021-07-20 | 2022-11-08 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 大口径光栅表面激光诱导损伤在线检测装置及方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1526375B1 (en) * | 1997-07-17 | 2006-03-01 | Hoya Corporation | Apparatus for inspecting a transparent material for non-uniformities |
| DE10351254A1 (de) * | 2003-11-03 | 2005-06-02 | Adc Automotive Distance Control Systems Gmbh | Vorrichtung zur Erfassung von Verschmutzungen auf einer lichtdurchlässigen Abdeckscheibe vor einem optischen Einheit |
| JP2006132972A (ja) * | 2004-11-02 | 2006-05-25 | Sharp Corp | 光学部品の欠陥検出方法および欠陥検出装置 |
| CN102128838A (zh) * | 2010-01-15 | 2011-07-20 | 台达电子工业股份有限公司 | 基板内部缺陷检查装置及方法 |
| CN102519976A (zh) * | 2011-12-26 | 2012-06-27 | 上海大学 | 光学元件亚表面缺陷数字全息检测装置 |
| CN203069524U (zh) * | 2013-01-29 | 2013-07-17 | 合肥知常光电科技有限公司 | 大口径光学元件表面缺陷的检测分类装置 |
| CN104898897B (zh) * | 2015-06-05 | 2019-01-04 | 京东方科技集团股份有限公司 | 光学触控装置 |
-
2015
- 2015-09-29 CN CN201510638611.3A patent/CN105158269B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105158269A (zh) | 2015-12-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105158269B (zh) | 大口径平面光学元件疵病三维快速暗场检测装置和方法 | |
| Arrabito et al. | Hardware performance of a scanning system for high speed analysis of nuclear emulsions | |
| CN109060816B (zh) | 大口径元件体内缺陷快速检测装置和方法 | |
| CN101718534B (zh) | 多光学系统光轴平行性检测仪 | |
| CN105136434B (zh) | 一种平面机构二维运动规律测试装置 | |
| CN103292739B (zh) | 一种无执行机构的曲面形状精密测量装置与方法 | |
| CN106767545A (zh) | 一种高精度高空间分辨角度测量仪及角度测量方法 | |
| CN106403843A (zh) | 基于共焦显微技术的大口径高曲率光学元件的轮廓扫描测量装置及方法 | |
| WO2022161123A1 (zh) | 激光测距方法、对焦方法、激光测距系统、对焦系统及自动对焦分析装置 | |
| WO2015100068A1 (en) | Non-imaging coherent line scanner systems and methods for optical inspection | |
| CN202275254U (zh) | 一种基于光斑检测的投影灯泡自动调焦装置 | |
| CN209147932U (zh) | 一种激光成像测距系统 | |
| CN107607050A (zh) | 激光测厚装置 | |
| CN2453411Y (zh) | 激光最小光斑测量装置 | |
| CN204479492U (zh) | 光学元件表面疵病检测装置 | |
| CN210573033U (zh) | 一种平行底光源 | |
| CN110470639B (zh) | 一种基于激光诱导光热效应的多模式扫描显微镜成像系统 | |
| CN205352958U (zh) | 一种高速大范围高分辨率成像系统 | |
| CN204479187U (zh) | 基于双五棱镜的准直光束检测装置 | |
| CN109375330B (zh) | 一种光纤阵列与蝇眼透镜的对准系统及方法 | |
| CN103940334A (zh) | 动态二维光电显微镜 | |
| CN100451607C (zh) | 位相物体扫描成像方法及其处理装置 | |
| CN208156292U (zh) | 一种光学元件体散射缺陷探测装置 | |
| CN201226051Y (zh) | 一种用于材料双面同步辐照的激光均束装置 | |
| CN201707031U (zh) | Ccd定位检测激光标记装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |