CN110686614B - 一种光学元件亚表面缺陷深度信息的检测装置及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学元件亚表面缺陷深度信息的检测装置及检测方法，由光源调制组件、缺陷深度检测组件、二维移动平台以及计算机控制平台组成，所述光源调制组件的光路垂直于二维移动平台布置，从上至下依次包括紫外激光器、窄带滤光片，光束整形组件；缺陷检测组件的光路与光源调制组件的光路成夹角布置，依次包括窄带滤光片，显微镜头和CCD探测器；计算机控制平台分别与CCD探测器和二维移动平台相连。本发明的装置和方法克服了现有技术存在的检测效率极低、存在严重效益低、二次损伤和定位困难的缺点。

Description

一种光学元件亚表面缺陷深度信息的检测装置及检测方法
技术领域
本发明涉及精密光学检测技术领域，特别涉及一种光学元件亚表面缺陷深度信息的检测装置及检测方法。
背景技术
在精密光学元件过程如磨削、抛光等过程中容易在光学元件表面及亚表面形成裂纹、麻点等缺陷，一般对于精密光学元件而言，表面缺陷水平尺寸都在亚微米及纳米量级，纵向深度尺寸为几微米到几百微米。当入射光照射到光学元件表面缺陷处，将会产生强烈的衍射和散射效应，大大降低光学系统中光束传输能量的质量。因此，光学元件表面及亚表面缺陷的检测装置以及检测技成为业界关注的焦点。
目前对缺陷的检测主要以全内反射强度分析、激光共聚焦显微镜、光学显微镜等检测装置为主，一般都包括激光源发射组件、光束整形组件、用于调整方向的棱镜和图像接收装置，虽然这些无损检测方法不需要破坏工件表面，但是因为检测视场较小且存在衍射分辨率低，难以实现亚表面缺陷长宽高三维信息的单次成像，并且对于复杂表面或者大口径光学元件表面检测，检测周期长达数十小时，检测效率极低，且存在二次损伤、定位较困难的不足。
发明内容
本发明提供一种光学元件亚表面缺陷深度的非破坏性检测装置及检测方法，以克服现有技术存在的检测效率极低、存在严重效益低、二次损伤和定位困难的缺点。
为了达到本发明的目的，本发明要提供的技术方案是：
一种光学元件亚表面缺陷深度信息的检测装置，由光源调制组件、缺陷深度检测组件、二维移动平台以及计算机控制平台组成，所述光源调制组件的光路垂直于二维移动平台布置，从上至下依次包括紫外激光器、窄带滤光片，光束整形组件；所述缺陷检测组件的光路与光源调制组件的光路成夹角布置，依次包括窄带滤光片，显微镜头和CCD探测器；计算机控制平台分别与CCD探测器和二维移动平台相连。
根据上述装置进行非破坏性光学元件亚表面缺陷深度的检测方法，首先将亚表面缺陷中渗有量子点的被测件放置于二维平移台上，紫外激光器发射紫外激光先通过窄带滤光片筛选所需波长，再通过光束整形组件将激光整形为细光束，穿过被测件的表面激发渗入样件亚表面的量子点；被测件内部的量子点受激产生散射荧光信息，经过窄带滤光片筛选波长后通过显微镜头成像于CCD探测器；计算机控制平台根据CCD成像信息，结合CCD相机标定结果，得到被测件亚表面缺陷的深度信息，同时，计算机控制平台可以控制二维位移平台实时运动，得到被测样件的不同位置亚表面缺陷的实时光场分布。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、将量子点标记光学元件表面缺陷扩展至标记光学元件亚表面缺陷。
2、利用量子点激发波长与发射波长之间的波长差异性，通过非接触式的光学检测方式探测标记量子点位置，实现非破坏性检测。
3、利用量子点实时激发的特点将亚表面缺陷的深度检测转化为对量子点深度的检测，大大降低了检测的难度，同时提高了检测速度。
4、利用机器视觉成像识别技术可以代替人眼主观因素的干扰，既减轻人工负担，同时提高了检测速度和检测检测结果的准确性和一致性，同时实现实时在线扫描测量。
附图说明
图1为本发明实施例提供的光学元件缺陷检测设备的结构示意图；
图2为本发明中所用亚表面缺陷深度检测光路原理示意图；
图3为本发明实施例提供的光学元件亚表面缺陷示意图。
图中，1-紫外激光器，2-窄带滤光片，3-光束整形组件，4-被测件，5-二维移动平台，6-窄带滤光片，7-显微镜头，8-CCD探测器，9-计算机控制平台。
具体实施方式：
下面将结合附图和实施例对本发明进行详细地描述。
参见图1，本发明提供的一种非破坏性光学元件亚表面缺陷深度的检测装置，主要由光源调制组件、缺陷深度检测组件、二维移动平台以及计算机控制平台三部分组成，所述光源调制组件的光路垂直于二维移动平台5布置，从上至下依次包括紫外激光器1、窄带滤光片2，光束整形组件3；所述缺陷检测组件的光路与光源调制组件的光路成夹角布置，依次包括窄带滤光片6，显微镜头7和CCD探测器8；计算机控制平台9分别与CCD探测器8和二维移动平台5相连。
本发明提供的进行光学元件亚表面缺陷深度的检测方法，包括下述步骤：首先将亚表面缺陷中渗有量子点的被测件4放置于二维平移台5上，紫外激光器1发射紫外激光先通过窄带滤光片2筛选所需波长，再通过光束整形组件将激光整形为细光束，穿过被测件4的表面激发渗入样件亚表面的量子点；被测件4内部的量子点受激产生散射荧光信息，经过窄带滤光片6筛选波长后通过显微镜头7成像于CCD探测器8；计算机控制平台9根据CCD成像信息，结合CCD相机标定结果，得到被测件亚表面缺陷的深度信息，同时，计算机控制平台9可以控制二维位移平台5实时运动，得到被测样件8的不同位置亚表面缺陷的实时光场分布。
参见图2，被测件4的亚表面缺陷中渗入的量子点受激散射荧光信息成像于CCD表面，探测面的端面坐标为A'和B'，可以得到亚表面缺陷深度和探测器光敏面之间的位置关系为：
Figure BDA0002230067950000031
在公式中，
Figure BDA0002230067950000032
表示待求亚表面缺陷的深度，L1为光线与样品表面的交点A到显微成像镜头7的距离，L2表示显微透镜7到CCD探测器8光敏面的距离，
Figure BDA0002230067950000033
表示CCD探测器8的接收面，α表示入射光束与被测件表面散射光的夹角，β表示CCD探测器8与样品表面散射光之间的夹角。
在所有光路调试完成要对CCD相机进行标定，利用标定后的CCD探测器拍摄所得的
Figure BDA0002230067950000034
结合标定结果即可实时得到待测量
Figure BDA0002230067950000035
值。
参见图3，光学元件亚表面缺陷示意图。量子点依据尺寸优势可以深入到100μm深亚表面裂纹层进行标记，进而可以通过探测量子点的位置实现亚表面缺陷的深度的检测。
对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所属原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种光学元件亚表面缺陷深度信息的检测方法，其特征在于：
检测装置由光源调制组件、缺陷深度检测组件、二维移动平台(5)以及计算机控制平台组成，所述光源调制组件的光路垂直于二维移动平台(5)布置，从上至下依次包括紫外激光器(1)、窄带滤光片(2)，光束整形组件(3)；所述缺陷检测组件的光路与光源调制组件的光路成夹角布置，依次包括窄带滤光片(6)，显微镜头(7)和CCD探测器(8)；计算机控制平台(9)分别与CCD探测器(8)和二维移动平台(5)相连；
首先将亚表面缺陷中渗有量子点的被测件(4)放置于二维平移台(5)上，紫外激光器(1)发射紫外激光先通过窄带滤光片(2)筛选所需波长，再通过光束整形组件将激光整形为细光束，穿过被测件(4)的表面激发渗入样件亚表面的量子点；被测件(4)内部的量子点受激产生散射荧光信息，经过窄带滤光片(6)筛选波长后通过显微镜头(7)成像于CCD探测器(8)；计算机控制平台(9)根据CCD成像信息，结合CCD相机标定结果，得到被测件亚表面缺陷的深度信息，同时，计算机控制平台(9)可以控制二维位移平台(5)实时运动，得到被测样件(8)的不同位置亚表面缺陷的实时光场分布；
被测件(4)的亚表面缺陷中渗入的量子点受激散射荧光信息成像于CCD表面，探测面的端面坐标为A'和B'，可以得到亚表面缺陷深度和探测器光敏面之间的位置关系为：
Figure FDA0002896754880000011
在公式中，
Figure FDA0002896754880000012
表示待求亚表面缺陷的深度，L1为光线与样品表面的交点A到显微成像镜头(7)的距离，L2表示显微透镜7到CCD探测器(8)光敏面的距离，
Figure FDA0002896754880000013
表示CCD探测器(8)的接收面，α表示入射光束与被测件表面散射光的夹角，β表示CCD探测器(8)与样品表面散射光之间的夹角；
在所有光路调试完成要对CCD相机进行标定，利用标定后的CCD探测器拍摄所得的
Figure FDA0002896754880000014
结合标定结果即可实时得到待测量
Figure FDA0002896754880000015
值。
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