CN108445615A - 一种光学元件面散射缺陷探测装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种光学元件面散射缺陷探测装置，包括载物台、照明系统及成像系统，其中，载物台用于承载和移动待测光学元件，以使待测光学元件的被测位置位于成像系统的视场中心，照明系统包括固定架和多个发光单元，固定架在载物台所在平面的投影的中心落在载物台，多个发光单元固定于固定架，以使多个发光单元发出的光会聚于被测位置，成像系统用于拍摄被测位置。本申请提供的光学材料面散射缺陷探测装置可实现对光学元件表面散射缺陷进行多角度照明，可在提高表面散射缺陷成像质量的同时大大降低缺陷的漏检概率。

Description

一种光学元件面散射缺陷探测装置

技术领域

本申请涉及光学检测领域，尤其涉及一种光学元件面散射缺陷探测装置。

背景技术

加工、包装、运输等环节会导致光学元件表面产生划痕、坑洞、污染等缺陷，这些缺陷会降低光学元件的光传输和损伤性能，严重时会导致光场的严重畸变及下游光学元件的损伤。因此，在元件使用之前对元件表面状态的检测就显得至关重要了。划痕、坑洞以及部分附着的污染物有一个共同特点，就是它们会对入射光产生散射，利用这一点可以对其进行探测，根据散射探测结果可以确定缺陷的类型、尺度、密度及分布情况。散射缺陷表征结果对于评价材料质量，光学元件选材等都具有重要参考价值。

缺陷对光的散射实际是缺陷内部各个微小反射面对光的反射的总和。划痕、坑洞等缺陷的形状是不规则的，它们的形成原因也不一样，导致不同缺陷内部反射面的取向不同，而反射面取向决定了如果光从某些角度照射的话可能无法照到这些面上，没有散射的话也就无法“看到”它们的存在了。大量的实验结果证明，这种情况是普遍存在的，也就是说单一照明方向会导致很多缺陷漏检，有必要从多角度照明，以实现对面散射缺陷较为全面的探测。

目前表面散射缺陷的检测多采用LED白光光源照明，多个光源排列在与镜头等距的圆周上，由透镜将所有光束会聚于中心一点(元件表面)。这种结构的问题在于：(1)缺陷的内部结构极具随机性，光源仅分布在与镜头等距的圆周上，照射角度不足以实现对表面所有散射缺陷进行有效的照射，存在一定的漏检概率；(2)LED为白光光源，实验表明采用激光光源对散射缺陷照明成像效果比前者更为锐利、清晰；(3)不同元件由于散射缺陷成因不同，因此最佳照射方向也会有所不同，将光源位置固定会导致检测装置适应性变差。

发明内容

鉴于上述情况，本申请提出一种光学元件面散射缺陷探测装置，以对光学元件表面散射缺陷进行更清晰、更全面的探测。

本申请提供一种光学元件面散射缺陷探测装置，包括载物台、照明系统及成像系统，其中，载物台用于承载和移动待测光学元件，以使待测光学元件的被测位置位于成像系统的视场中心，照明系统包括固定架和多个发光单元，固定架在载物台所在平面的投影的中心落在所述载物台，多个发光单元固定于固定架，以使多个发光单元发出的光重合于被测位置，成像系统用于拍摄被测位置。

在一种实施方式中，成像系统包括图像传感器和成像镜头，图像传感器和成像镜头电气连接，固定架具有顶点，成像镜头自顶点沿着顶点的垂线方向朝向述载物台。

在一种实施方式中，被测位置位于成像系统的成像面。

在一种实施方式中，固定架为半球状结构或者小半球状结构，载物台位于半球状结构的球心。

在一种实施方式中，固定架的材料为金属或塑料。

在一种实施方式中，固定架包括多条经线和多条纬线，多条经线和多条纬线的交点形成多个固定位，以将多个发光单元固定于不同的经度和纬度。

在一种实施方式中，每个固定位最多固定一个发光单元，发光单元的数量等于或者少于固定位的数量。

在一种实施方式中，发光单元的数量、高度和照明角度均可调节。

在一种实施方式中，发光单元为激光光源。

在一种实施方式中，激光光源为半导体激光二极管或光纤激光器。

在一种实施方式中，固定架为球缺状、三棱锥、四棱锥或圆台状。

相较于现有技术，本申请提供的光学材料面散射缺陷探测装置可实现对光学元件表面散射缺陷进行多角度照明，可在提高表面散射缺陷成像质量的同时大大降低缺陷的漏检概率，获得更为全面、清晰的元件表面散射缺陷分布图像，为元件表面质量评判提供可靠的数据支撑。

本申请的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的光学元件面散射缺陷探测装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，本申请实施例提供的一种光学元件面散射缺陷探测装置100用于探测光学元件200的表面缺陷。

光学元件面散射缺陷探测装置100包括照明系统10、成像系统23以及载物台40。

在本实施例中，光学元件200为长方体结构，在图示X-Y-Z方向中，光学元件200具有第一面201和第二面202。第一面201和第二面202均位于X-Y平面，相互平行。第一面201朝向Z轴正向，第二面202朝向Z轴负向。第一面201为被测位置所在表面。载物台40位于X-Y平面，光学元件200放置在载物台40上，载物台40可以在X-Y平面内移动。光学元件200的放置使得其第一面201在Z方向上位于成像镜头30的成像面，以便被测位置能清晰成像。

照明系统10包括固定架12和多个发光单元140。发光单元140固定于固定架12。固定架12是一个几何体，固定架12在空间上以载物台40为中心，即固定架12在载物台40所在平面的投影的中心落在载物台40上，固定架12的底部可以和载物台40平齐或者高于载物台40，以使多个发光单元140发出的光重合于光学元件200的被测位置。

在本实施例中，固定架12呈半球状(固定架12的半径等于球径)，载物台40位于半球的球心位置。在其他实施方式中，固定架12还可以是其他能够包围到载物台40的几何体，例如小半球状(固定架12的半径小于球径)、球缺状、三棱锥、四棱锥、圆台等。

固定架12可采用金属或塑料制作。由于塑料对光的反射率通常低于金属的反射率，采用塑料制作固定架12可使拍摄画面的杂散光更少，成像质量更高。

固定架12包括一个顶点(未示出)，顶点是除该顶点所在的X-Y平面之外，在Z方向上的高度高于固定架12上其他任意一点的位置。在有些实施方式中，顶点的数量可以多于1，例如当固定架12呈圆台状时，顶部圆台的台面上所有点都可以视为高于固定架12其他任意一点的顶点。

固定架12包括多条经线121和多条纬线122，多条经线121汇聚于顶点，纬线122与经线121在不同的高度垂直相交，形成多个大小不等的圆圈。经线121和纬线122的交点就是固定位120。固定架12包括多个固定位120，每个固定位120最多可固定一个发光单元140。发光单元140的数量最多和固定位120的数目相同，也可以比固定位120的数目少，发光单元140具体数量及分布位置根据实际需要调节。固定位120设置有调整架(图未示)用于固定发光单元140以及对发光单元140的姿态和朝向进行调节，调节的目标是使所有发光单元140发出的光直接重合、聚集在光学元件200的被测位置(即表面上的一个单位面积区域)。优选地，发光单元140在固定架12的不同高度、不同方向进行排布，以实现对待测光学元件的多角度照明。

经线121和纬线122的数量和间距根据需要进行调整。例如，当需要在高度方向设置更多个发光单元140时，就提高纬线122的密度，反之，则降低纬线122的密度。当需要在水平方向设置更多个发光单元140时，就提高经线121的分布密度，反之，就降低经线122的分布密度，使得载物台40上的待测表面能够被清晰地照亮即可。

由于发光单元140可置于经纬线的任何一个交点处，因此可根据光学元件200表面缺陷特点调整发光单元140的高度、数量和照射方向，使缺陷都能够可见，达到最佳成像效果。更换光学元件200后，对发光单元140的数量和分布进行微调即可，操作简便。发光单元140可以分布在不同的纬度和经度上。

发光单元140可以采用激光光源，例如各种小型激光器，例如半导体激光二极管(laser diode，简称LD)或者光纤激光器。发光单元140发出的激光无需经过会聚透镜系统，就可以直接重合于光学元件200的被测位置。即使激光二极管数量多，但是由于其单价低，且无需使用透镜会聚，因此在提高了探测效果的同时还能保证装置的造价成本不高，同时，采用半导体激光二极管照明，有利于获得为锐利、清晰的散射缺陷成像。

成像系统23包括图像传感器20和成像镜头30。在本实施例中，图像传感器20设置在顶点的上方，成像镜头30和图像传感器20电气连接。图像传感器20可以是电荷耦合元件(Charge-coupled Device，缩写为CCD)。

成像镜头30自顶点处沿着顶点的垂线方向延伸，其长度可以达到20～30cm，延伸到固定架12的限定的空间内。优选地，成像镜头30位于固定架12的对称中心轴上，成像镜头30的视场中心落在载物台40上，其成像面落在光学元件200的被测位置。

在其他实施方式中，成像系统23可以设置在其他角度和位置，能够拍到被照亮的被测位置即可。例如，当被测位置相对于X-Y平面具有夹角时，为了正对被测位置进行拍照，成像系统23的位置即可进行调整。

探测时，载物台40可以在X-Y平面内移动，可以一个单位距离一个单位距离地移动，使光学元件200表面的每一个单位面积都能够移动到视场中心，以接受照明和拍照。

综上，本申请实施例提供的光学元件面散射缺陷探测装置100的照明系统12中的发光单元140分布更广，入射角度更多且便于调节；可根据每个待测光学元件的散射缺陷特点进行调整，适用于不同加工工艺的元件；而且，由于发光单元140的数量可以任意增减，照明角度可调范围大，针对同一个待测光学元件，只要按需多次调整发光单元140的数量、高度和照明角度，就可以最大限度降低散射缺陷的漏检概率。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光学元件面散射缺陷探测装置，其特征在于，包括载物台、照明系统及成像系统，其中，所述载物台用于承载和移动待测光学元件，以使所述待测光学元件的被测位置位于所述成像系统的视场中心，所述照明系统包括固定架和多个发光单元，所述固定架在所述载物台所在平面的投影的中心落在所述载物台，所述多个发光单元固定于所述固定架，以使所述多个发光单元发出的光重合于所述被测位置，所述成像系统用于拍摄所述被测位置。

2.如权利要求1所述的光学元件面散射缺陷探测装置，其特征在于，所述成像系统包括图像传感器和成像镜头，所述图像传感器和所述成像镜头电气连接，所述固定架具有顶点，所述成像镜头自所述顶点沿着所述顶点的垂线方向朝向所述载物台。

3.如权利要求1或2所述的光学元件面散射缺陷探测装置，其特征在于，所述被测位置位于所述成像系统的成像面。

4.如权利要求1所述的光学元件面散射缺陷探测装置，其特征在于，所述固定架为半球状结构或者小半球状结构，所述载物台位于所述半球状结构的球心。

5.如权利要求1或4所述的光学元件面散射缺陷探测装置，其特征在于，所述固定架包括多条经线和多条纬线，所述多条经线和所述多条的交点形成多个固定位，以将所述多个发光单元固定于不同的经度和纬度。

6.如权利要求5所述的光学元件面散射缺陷探测装置，其特征在于，每个所述固定位最多固定一个所述发光单元，所述发光单元的数量等于或者少于所述固定位的数量。

7.如权利要求1所述的光学元件面散射缺陷探测装置，其特征在于，所述发光单元的数量、高度和照明角度均可调节。

8.如权利要求1所述的光学元件面散射缺陷探测装置，其特征在于，所述发光单元为激光光源。

9.如权利要求8所述的光学元件面散射缺陷探测装置，其特征在于，所述激光光源为半导体激光二极管或光纤激光器。

10.如权利要求1所述的光学元件面散射缺陷探测装置，其特征在于，所述固定架为球缺状、三棱锥、四棱锥或圆台状。