CN109932826B - 一种用于光学元件缺陷检测的拼接式条形激光装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于光学元件缺陷检测的拼接式条形激光装置，涉及光学元件检测装置技术领域，本发明包括若干组水平布置的光束形成机构，光束形成机构均包括从右到左依次布置的基础光源、准直透镜、扩束凹镜和柱面准直镜，准直透镜为平凸柱面透镜A，平凸柱面透镜A的平面一端靠近基础光源，扩束凹镜为平凹柱面透镜A，柱面准直镜包括组合在一起的平凹柱面透镜B和平凸柱面透镜B，平凹柱面透镜B的平面一端靠近平凹柱面透镜A，平凸柱面透镜B的平面一端靠近平凹柱面透镜B，平凸柱面透镜B的凸面为出光面，本发明具有加工成本低、加工难度低、输出光束质量高的优点。

Description

一种用于光学元件缺陷检测的拼接式条形激光装置

技术领域

本发明涉及光学元件检测装置技术领域，更具体的是涉及一种用于光学元件缺陷检测的拼接式条形激光装置。

背景技术

用于激光聚变的高功率激光系统需要数以千计的大口径精密光学元件，光学元件坯料在生产成型过程中因材料液不均匀或材料颗粒难熔，会在内部产生气泡或杂质(统称为体缺陷)，高功率激光系统中的光学元件如含有体缺陷，在受到高功率辐照时，不仅使光束质量变差，也会导致元件自身及下游元件的损伤，因此必须严格控制光学材料的内部质量，目前主要采用条形激光对抛光后的元件逐层扫描照明，通过CCD在垂直方向接收缺陷散射光的方法测量缺陷尺寸。

现有技术中，专利申请号为“201520715157.2”的发明专利公开了“一种线光源产生装置”，包括：光源产生部件，被配置为产生第一光源，所述第一光源沿第三方向传播，沿与第三方向垂直的截面上的第一方向的发散角度为第一角度且沿所述截面上的与第一方向垂直的第二方向的发散角度为第二角度；光学准直部件，被配置为将所述第一光源准直，使得所述第一光源在第一方向上的发散角度从第一角度减小至第三角度并产生第一中间光源；以及光学扩散部件，被配置为将所述第一中间光源扩散，使得在第二方向上的发散角度从第二角度增加至第四角度以产生线光源。通过在第一方向上对第一光源进行准直并且在第二方向上对第一光源进行扩散，能够产生在第一方向上具有良好准直度并且在第二方向上具有预定较长尺寸的线光源。但是该线光源产生装置也有一定缺陷，在点光源数量较多或光源产生部件尺寸较长时，如果仅使用一组准直透镜(即光学准直部件)和扩束透镜(即光学扩散部件)，即输出光束为整体式的，势必会要求两个透镜的口径更大，加工难度也更大，考虑到光学元器件的生产成本主要由元件口径、加工难度决定，因此现有方案将引入较高的加工成本，增加透镜的加工难度，且不利于对大尺寸透镜的加工质量进行控制，造成输出光束质量差、光强不均匀。除此之外，还存在以下缺陷：

(1)装置输入端没有对输入光源的调节功能，光源容易在光路中产生偏差，造成测量误差；

(2)装置输出端没有对输出光束的调节功能，不能对输出光束的宽度进行调节，适用范围低。

故如何解决上述技术问题，对于本领域技术人员来说很有现实意义。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决现有线光源产生装置的输出光束为整体式的，则要求两个透镜的口径更大，加工成本高、加工难度也更大，且不利于对大尺寸透镜的加工质量进行控制，造成输出光束质量差、光强不均匀的技术问题，本发明提供一种用于光学元件缺陷检测的拼接式条形激光装置。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种用于光学元件缺陷检测的拼接式条形激光装置，包括若干组水平布置的光束形成机构，光束形成机构均包括从右到左依次布置的基础光源、准直透镜、扩束凹镜和柱面准直镜，准直透镜为平凸柱面透镜A，平凸柱面透镜A的平面一端靠近基础光源，扩束凹镜为平凹柱面透镜A，柱面准直镜包括组合在一起的平凹柱面透镜B和平凸柱面透镜B，平凹柱面透镜B的平面一端靠近平凹柱面透镜A，平凸柱面透镜B的平面一端靠近平凹柱面透镜B，平凸柱面透镜B的凸面为出光面。

进一步地，还包括槽形主架，槽形主架底部设置固定架A和固定架B，固定架B用于固定若干扩束凹镜，固定架A靠近固定架B的一侧设置有若干用于装夹准直透镜的装夹件。

进一步地，槽形主架、固定架A和固定架B的材质均为铝材。

进一步地，基础光源包括光纤，光纤连接在装夹件上，光纤一端穿过固定架A，槽形主架靠近固定架A的一侧端开设有允许光纤通过的通道。

进一步地，固定架A上设置有若干组与装夹件一一对应的光路调节机构，光路调节机构用于调节装夹件与固定架B之间的间距。

进一步地，光路调节机构包括调节手柄，调节手柄连接有螺钉，螺钉穿过固定架A，固定架A上开设有若干与对应螺钉配合的螺孔，螺钉另一端与装夹件连接，装夹件内设置若干有套设在对应螺钉上的活动套。

进一步地，槽形主架靠近柱面准直镜的一侧端开设有出光口，出光口处设置有光束口径调节机构，光束口径调节机构包括设置在槽形主架外侧端的分别位于出光口两侧的两个螺套，螺套内均螺纹连接有横向布置的调节螺杆，出光口内设置有两扇左右对称的活动页，活动页正面均连接有正对对应调节螺杆的挡板。

进一步地，槽形主架位于出光口正上方或其正下方设置有若干刻度线。

工作原理：使用时，将光纤从通道拉出并外接激光器(图中未画出)，激光器发出辐射光通过光纤输入到光路中形成基础光源，准直透镜将基础光源的发散光准直为圆口径平行光，平行光入射到扩束凹镜，将其扩束为发散的条形光束，光束继续穿过柱面准直镜后被整形为最大口径的条形激光，即输出光束，由于设置有若干组该光束形成机构，最后形成多道输出光束，若干组输出光束可拼接成一个整体的条形激光光束，从而实现对光学元件的缺陷检测照明。

本发明的有益效果如下：

1、准直透镜为平凸柱面透镜A，用于将基础光源发出的光束准直成平行光束，同时矫正轴上球差，输出为圆形光束，光束口径与准直透镜的有效口径保持一致，扩束凹镜为平凹柱面透镜A，用于将准直透镜输出的平行光沿竖直方向扩束，同时保持水平方向的光束尺寸不变，输出为发散的条形光束，柱面准直镜包括组合在一起的平凹柱面透镜B和平凸柱面透镜B，用于对扩束凹镜输出的发散光束准直，输出为尺寸固定的条形平行光束，由于平凹柱面透镜B的凹面和平凸柱面透镜B的平面正对，因此平凹柱面透镜B和平凸柱面透镜B中间形成间隙，符合光学设计，起到对光路进行消像差的作用，同时柱面准直镜的组合结构设计降低了加工难度，矫正了系统球差以及边缘彗差，最后从若干组柱面准直镜出来的输出光束可拼接成一个整体的条形激光光束，从而实现对光学元件的缺陷检测照明，本发明对每条光路均配备光束形成机构，并将各输出的独立光束进行拼接，得到大口径的条形激光光束，各部件尺寸相对大口径透镜大大减小，从而大大降低了对大尺寸透镜的加工成本和加工难度，且通过增设的柱面准直镜，使输出光束在水平与竖直方向的发散角不超过2mrad，输出光束质量更佳，光强均匀。

2、在光源输入端设置了光路调节机构，通过转动调节手柄使螺钉旋入或旋出，装夹件内的活动套配合螺钉的旋转，从而使螺钉带动对应装夹件靠近或远离固定架B，从而改变准直透镜与扩束凹镜之间的间距，可校正基础光源在光路中的离轴量，调节偏差，减少测量误差。

3、在光源输出端设置了光束口径调节机构，通过转动两侧调节螺杆使其推动对应挡板，即可使两个活动页互相靠近，两活动页之间的间隙即为输出光束的宽度，同理，反向转动两调节螺杆并手动将活动页往两侧拉动，即可增大两活动页之间的间隙，操作方便快捷，实现对输出光束宽度的调节，适用范围广，调节时配合刻度线，调节更加精确。

附图说明

图1是本发明一种用于光学元件缺陷检测的拼接式条形激光装置的结构示意图；

图2是图1左视图的结构示意图；

图3是本发明中单组光束形成机构的光路路线图。

附图标记：1-基础光源，2-准直透镜，3-扩束凹镜，4-柱面准直镜，4.1-平凹柱面透镜B，4.2-平凸柱面透镜B，5-槽形主架，6-固定架A，7-固定架B，8-装夹件，9-通道，10-光路调节机构，10.1-调节手柄，10.2-螺钉，11-光束口径调节机构，11.1-螺套，11.2-调节螺杆，11.3-活动页，11.4-挡板，12-刻度线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

如图1和3所示，本实施例提供一种用于光学元件缺陷检测的拼接式条形激光装置，包括若干组水平布置的光束形成机构，光束形成机构均包括从右到左依次布置的基础光源1、准直透镜2、扩束凹镜3和柱面准直镜4，准直透镜2为平凸柱面透镜A，平凸柱面透镜A的平面一端靠近基础光源1，扩束凹镜3为平凹柱面透镜A，柱面准直镜4包括组合在一起的平凹柱面透镜B4.1和平凸柱面透镜B4.2，平凹柱面透镜B4.1的平面一端靠近平凹柱面透镜A，平凸柱面透镜B4.2的平面一端靠近平凹柱面透镜B4.1，平凸柱面透镜B4.2的凸面为出光面。

本实施例中，准直透镜为平凸柱面透镜A，用于将基础光源发出的光束准直成平行光束，同时矫正轴上球差，输出为圆形光束，光束口径与准直透镜的有效口径保持一致，扩束凹镜为平凹柱面透镜A，用于将准直透镜输出的平行光沿竖直方向扩束，同时保持水平方向的光束尺寸不变，输出为发散的条形光束，柱面准直镜包括组合在一起的平凹柱面透镜B和平凸柱面透镜B，用于对扩束凹镜输出的发散光束准直，输出为尺寸固定的条形平行光束，由于平凹柱面透镜B的凹面和平凸柱面透镜B的平面正对，因此平凹柱面透镜B和平凸柱面透镜B中间形成间隙，符合光学设计，起到对光路进行消像差的作用，同时柱面准直镜的组合结构设计降低了加工难度，矫正了系统球差以及边缘彗差，最后从若干组柱面准直镜出来的输出光束可拼接成一个整体的条形激光光束，从而实现对光学元件的缺陷检测照明，本发明对每条光路均配备光束形成机构，并将各输出的独立光束进行拼接，得到大口径的条形激光光束，各部件尺寸相对大口径透镜大大减小，从而大大降低了对大尺寸透镜的加工成本和加工难度，且通过增设的柱面准直镜，使输出光束在水平与竖直方向的发散角不超过2mrad，输出光束质量更佳，光强均匀。

实施例2

如图1和2所示，本实施例是在实施例1的基础上做了进一步优化，具体是，还包括槽形主架5，槽形主架5底部设置固定架A6和固定架B7，固定架A6和固定架B7可通过若干连接螺钉固定在槽形主架5上，固定架B7用于固定若干扩束凹镜3，固定架A6靠近固定架B7的一侧设置有若干用于装夹准直透镜2的装夹件8，槽形主架5、固定架A6和固定架B7的材质均为铝材，降低了装置的整体质量，基础光源1包括光纤，光纤直径为5μm-20μm，光纤连接在装夹件8上，光纤一端穿过固定架A6，槽形主架5靠近固定架A6的一侧端开设有允许光纤通过的通道9，光纤穿过通道9可连接激光器(图中未画出)，激光器选用输出光源波长为532nm、输出最大功率200MW、照度不低于10000lux的激光器。

实施例3

如图1所示，本实施例是在实施例2的基础上做了进一步优化，具体是，固定架A6上设置有若干组与装夹件8一一对应的光路调节机构10，光路调节机构10用于调节装夹件8与固定架B7之间的间距，光路调节机构10包括调节手柄10.1，调节手柄10.1连接有螺钉10.2，螺钉10.2穿过固定架A6，固定架A6上开设有若干与对应螺钉10.2配合的螺孔，螺钉10.2另一端与装夹件8连接，装夹件8内设置若干有套设在对应螺钉10.2上的活动套，固定架A6与装夹件8之间连接有导向杆(图中未画出)，装夹件8可沿导向杆水平移动。

本实施例中，在光源输入端设置了光路调节机构，通过转动调节手柄使螺钉旋入或旋出，装夹件内的活动套配合螺钉的旋转，从而使螺钉带动对应装夹件靠近或远离固定架B，从而改变准直透镜与扩束凹镜之间的间距，可校正基础光源在光路中的离轴量，调节偏差，减少测量误差。

实施例4

如图1和2所示，本实施例是在实施例1的基础上做了进一步优化，具体是，槽形主架5靠近柱面准直镜4的一侧端开设有出光口，出光口处设置有光束口径调节机构11，光束口径调节机构11包括设置在槽形主架5外侧端的分别位于出光口两侧的两个螺套11.1，螺套11.1内均螺纹连接有横向布置的调节螺杆11.2，出光口内设置有两扇左右对称的活动页11.3，活动页11.3正面均连接有正对对应调节螺杆11.2的挡板11.4，槽形主架5位于出光口正上方或其正下方设置有若干刻度线12。

本实施例中，在光源输出端设置了光束口径调节机构，通过转动两侧调节螺杆使其推动对应挡板，即可使两个活动页互相靠近，两活动页之间的间隙即为输出光束的宽度，同理，反向转动两调节螺杆并手动将活动页往两侧拉动，即可增大两活动页之间的间隙，操作方便快捷，实现对输出光束宽度的调节，适用范围广，调节时配合刻度线，调节更加精确。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于光学元件缺陷检测的拼接式条形激光装置，其特征在于，包括若干组水平布置的光束形成机构，光束形成机构均包括从右到左依次布置的基础光源(1)、准直透镜(2)、扩束凹镜(3)和柱面准直镜(4)，准直透镜(2)为平凸柱面透镜A，平凸柱面透镜A的平面一端靠近基础光源(1)，扩束凹镜(3)为平凹柱面透镜A，柱面准直镜(4)包括组合在一起的平凹柱面透镜B(4.1)和平凸柱面透镜B(4.2)，平凹柱面透镜B(4.1)的平面一端靠近平凹柱面透镜A，平凸柱面透镜B(4.2)的平面一端靠近平凹柱面透镜B(4.1)，平凸柱面透镜B(4.2)的凸面为出光面；

还包括槽形主架(5)，槽形主架(5)底部设置固定架A(6)和固定架B(7)，固定架B(7)用于固定若干扩束凹镜(3)，固定架A(6)靠近固定架B(7)的一侧设置有若干用于装夹准直透镜(2)的装夹件(8)；

槽形主架(5)、固定架A(6)和固定架B(7)的材质均为铝材；

基础光源(1)包括光纤，光纤连接在装夹件(8)上，光纤一端穿过固定架A(6)，槽形主架(5)靠近固定架A(6)的一侧端开设有允许光纤通过的通道(9)。

2.根据权利要求1所述的一种用于光学元件缺陷检测的拼接式条形激光装置，其特征在于，固定架A(6)上设置有若干组与装夹件(8)一一对应的光路调节机构(10)，光路调节机构(10)用于调节装夹件(8)与固定架B(7)之间的间距。

3.根据权利要求2所述的一种用于光学元件缺陷检测的拼接式条形激光装置，其特征在于，光路调节机构(10)包括调节手柄(10.1)，调节手柄(10.1)连接有螺钉(10.2)，螺钉(10.2)穿过固定架A(6)，固定架A(6)上开设有若干与对应螺钉(10.2)配合的螺孔，螺钉(10.2)另一端与装夹件(8)连接，装夹件(8)内设置若干有套设在对应螺钉(10.2)上的活动套。

4.根据权利要求3所述的一种用于光学元件缺陷检测的拼接式条形激光装置，其特征在于，槽形主架(5)靠近柱面准直镜(4)的一侧端开设有出光口，出光口处设置有光束口径调节机构(11)，光束口径调节机构(11)包括设置在槽形主架(5)外侧端的分别位于出光口两侧的两个螺套(11.1)，螺套(11.1)内均螺纹连接有横向布置的调节螺杆(11.2)，出光口内设置有两扇左右对称的活动页(11.3)，活动页(11.3)正面均连接有正对对应调节螺杆(11.2)的挡板(11.4)。

5.根据权利要求4所述的一种用于光学元件缺陷检测的拼接式条形激光装置，其特征在于，槽形主架(5)位于出光口正上方或其正下方设置有若干刻度线(12)。