[发明专利]一种基于线光谱共焦技术的光学元件缺陷检测装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于线光谱共焦技术的光学元件缺陷检测装置及方法，照明单元发出的X向线性阵列光线经分束镜反射，再透过色散透镜组后聚焦于待测样品上，不同波长的线性阵列光线经待测样品反射后，再依次通过色散透镜组、分束镜透射耦合，然后从成像接收光纤束的一端进入到Z轴延伸的成像接收光纤束内，成像接收光纤束的另一端与光谱成像单元连接。本发明成像接收光纤束采用光纤线性阵列排布接收方式，可以有效避免杂光干扰和不同通道之间的光信号串扰，以提高系统的横向检测分辨率。本发明采用全反射式结构光谱成像探测方式，消除了色差影响，可适应不同波段范围，从而适应不同种类待测样品的检测需求。

技术领域

本发明涉及光学材料的缺陷检测领域，具体是一种基于线光谱共焦技术的光学元件缺陷检测装置及方法。

背景技术

表面缺陷是光学元件表面质量的一个重要指标，它是由于光学元件在加工或者使用过程中，由于加工工艺或者不当操作而在元件表面上所造成的离散局部微观缺陷。当光束通过具有缺陷存在的超高精度光学元件表面时，这些局部的结构不均匀性造成光束的散射和能量损耗，从而可能产生衍射条纹、能量吸收、膜层破坏、有害炫耀和缺陷形变等现象，特别对于高能量或者高精度的光缺陷是判断光学元件质量是否合格的主要因素之一，光学元件表面缺陷高分辨率快速自动检测技术来越来越受到人们重视。目前，对光学元件表面缺陷的检测还主要停留在人工目视检测的水平，该方法存在检测效率低，检测精度不稳定等缺点，已不能满足光学元件的批量生产与检测。对于光学元件表面自动检测，国内外常用基于机器视觉的散射显微成像技术，为了针对高精度细微缺陷检测，需采用高分辨率成像系统，但是这种成像系统的景深很低，为此针对此类高分辨率低景深光学系统的光学元件缺陷检测存在以下两个方面的问题：一方面针对曲面光学元件表面高分辨率检测，需要多次对焦采集缺陷图像并且需要图像拼接实现曲面光学元件表面高分辨率检测，另一方面，对于光学元件亚表面缺陷检测，同样需要多次对焦才能实现光学元件亚表面缺陷检测。因而增加了系统的复杂性和处理时间，降低了缺陷检测速度和检测效率。

光谱共焦技术是在共焦扫描显微术基础上发展而来，其无需轴向扫描，直接由波长对应轴向距离信息，从而大幅提高测量速度。而基于光谱共焦技术的传感器是近年来出现的一种高精度、非接触式的新型传感器，轴向精度理论上可达nm量级。由于光谱共焦传感器对被测表面状况要求低，允许被测表面有更大的倾斜角，测量速度快，实时性高，迅速成为工业测量的热门传感器，但主要应用于精密定位、三维测量等领域。有报道“Anew methodfor detecting surface defects on curved reflective optics using normalizedreflectivity(Hui-Lin Du et al.,Rev.Sci.Instrum.91,036103(2020))”提出了一种基于光谱共焦传感器的表面缺陷测量的方法。将平面反射镜安装于角位移台上，调整光谱传感器与待测工件的距离，完成设定的倾角下谱峰强度数据的采集，调整角位移台到不同倾角，直至完成所有指定倾角下的谱峰强度数据采集；构建“陡度-距离-谱峰强度”特性曲线；对待测工件进行扫描测量，采集工件表面回光的谱峰强度数据，计算待测工件表面的反射率矩阵；设定反射率阈值，通过设定反射率阈值区辨识反射率突变区域，以此分辨缺陷区域与正常区域并完成缺陷定位与检测。但是这种共焦技术是基于点源光谱共焦技术，需要通过移动角位移台、传感器头旋转扫描来实现三维表面缺陷信息的获取，扫描速度慢，效率不高，不能满足现代工业自动化产品缺陷高精度快速检测。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于线光谱共焦技术的光学元件缺陷检测装置及方法，降低了系统的复杂性和处理时间，提高了缺陷检测速度和检测效率。

本发明的技术方案为：