CN103760173B - 光学元件表面缺陷筛查装置和筛查方法 - Google Patents

Abstract

一种光学元件表面缺陷筛查装置和筛查方法，该装置的构成包括：脉冲激光源、电动位移台、聚焦透镜、PIN管、数据采集卡、计算机和固定件，待测的光学元件通过所述的固定件固定在所述的电动位移台上，在所述的脉冲激光源照射在所述的光学元件上反射后，在该反射光束方向依次设置所述的聚焦透镜和PIN管，所述的PIN管位于所述的该聚焦透镜的像平面；所述的PIN管输出的信号经所述的数据采集卡采集送所述的计算机，所述的计算机的输出端接所述的电动位移台的控制端。本发明可以对光学元件表面缺陷的位置和基本尺寸等信息进行实时的记录，具有简易、实时、自动、可靠的特点。

Description

光学元件表面缺陷筛查装置和筛查方法

技术领域

本发明涉及一种光学元件表面缺陷，特别是一种光学元件表面缺陷筛查装置和筛查方法。

背景技术

光学元件表面缺陷包括元件加工过程中形成的麻点和划痕、表面镀膜内部的杂质，光学元件内部折射率不均匀性形成的小透镜，以及光学元件使用过程中形成的激光损伤等。部分损伤点在激光辐照下会发生损伤增长，并且损伤点引起的光场调制会破坏后续光路中的光学元件。

现有的缺陷损伤检测技术主要利用激光与光学元件相互作用产生的各种效应来实现。常见的有等离子体闪光法、散光法、光热法等。

等离子体闪光法是指当脉冲激光作用于光学元件表面，缺陷点会吸收激光，辐照点会迅速升温产生气化，导致原子电离，产生等离子体，出现闪光。

散射法是采用激光照射光学元件，缺陷点在激光辐照后形成损失后会产生散射光，通过散射光的强度变化来确定该点是不是缺陷点。目前，常用的缺陷检测技术多采用白光光源照射待测元件产生散射光，通过面阵CCD探测缺陷的信息。利用CCD采集激光辐照前后辐照区域的图像，采用图像相减法实现缺陷判别。对介质膜上一点采集两次图像，当两幅图像出现差异时认为该点为缺陷点。图像相减法对系统稳定性要求高，否则差分后会出现虚像，从而导致误判。另外由于面阵CCD的感光面积较小，对于大口径光学元件的检测需要分块进行，一块光学元件需要采集多幅图像，耗时较久。

由此可见，如何实现光学元件表面缺陷位置快速、实时、准确记录成为一个急需解决的问题。

发明内容

本发明针对上述现有检测装置存在的不足，提出一种光学元件表面缺陷筛查装置和筛查方法。该装置可对光学元件表面缺陷的位置和基本尺寸等信息进行实时的记录，具有简易、实时、自动和可靠的特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种光学元件表面缺陷筛查装置，特点在于其构成包括：脉冲激光源、电动位移台、聚焦透镜、PIN管、数据采集卡、计算机和固定件，待测的光学元件通过所述的固定件固定在所述的电动位移台上，在所述的脉冲激光源照射在所述的光学元件上反射后，在该反射光束方向依次设置所述的聚焦透镜和PIN管，所述的PIN管位于所述的该聚焦透镜的像平面；所述的PIN管输出的信号经所述的数据采集卡采集送所述的计算机，所述的计算机的输出端接所述的电动位移台的控制端。

所述的计算机控制所述的电动位移台的运动速度、运动距离,同时控制所述的数据采集卡与所述的脉冲激光源的脉冲时钟同步。

利用上述光学元件表面缺陷筛查装置进行光学元件表面缺陷筛查的方法，其特点在于该方法包括下列步骤：

①将待测的光学元件通过所述的固定件固定在所述的电动位移台上，启动所述的计算机驱动并控制所述的电动位移台将所述的脉冲激光源输出的脉冲激光移动到待测光学元件扫描的起点，设定所述的脉冲激光源输出的脉冲激光的脉冲间隔为Δt，设电动位移台的运动速度为υ；

②所述的计算机同步控制所述的脉冲激光源、电动位移台和数据采集卡同步工作：当所述的脉冲激光源的第一个脉冲辐照所述的待测光学元件的同时，所述的数据采集卡开始工作，数据采集卡以时间t₀为起点，在单脉冲内采集m个有效电压值u₁,u₂,u₃…u_n…u_m并输入计算机,再通过计算机对所述的m个数据采用求和计算第一个脉冲的电压记为V₁，所述的脉冲激光源对所述的待测光学元件进行扫描，以后依次记为V₂,V₃…V_N；

③电压序列V₁、V₂,V₃…V_N，设置一个允许的最大变化值ΔV，当电压V_i的变化大于ΔV时，记为V_k，确定光学元件上对应的点就是一个缺陷点，记录从开始扫描到该缺陷点出现的时间为k*Δt，则位移台工作距离为υ*k*Δt，由于光学元件的尺寸已知，得到缺陷点的具体位置信息，同时，根据V_k的大小值确定缺陷点的相对大小。

本发明的技术效果如下：

本发明的高速PIN管相对于常用的大面阵CCD成本较低，且转换速度快。

本发明可以对光学元件表面缺陷的位置和基本尺寸等信息进行实时的记录，具有简易、实时、自动、可靠的特点。

附图说明

图1是本发明光学元件表面缺陷筛查过程的记录装置的示意图。

图2是本装置扫描时脉冲光辐照位置示意图。

图3是数据采集卡采集电压值与激光脉冲辐照的时序示意图。

图中：1－脉冲激光，2－电动位移台，3－聚焦透镜，4－PIN管，5－数据采集卡，6－计算机，7－固定件和8－待测光学元件。

图2脉冲光从光学元件左上角开始，计算机6控制位移台2带动光学元件8按示意图方向匀速移动，水平方向一行结束后元件上移一个光斑尺寸，水平方向与上一行相反，以此类推。

图3是数据采集卡5采集输入到计算机6辐照点对应的电压值。

具体实施方式

下面结合实例和附图对本发明做进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

请参阅图1，图1是本发明光学元件表面缺陷筛查过程的记录装置的示意图。由图可见，本发明光学元件表面缺陷筛查装置，构成包括：脉冲激光源1、电动位移台2、聚焦透镜3、PIN管4、数据采集卡5、计算机6和固定件7，待测的光学元件8通过所述的固定件7固定在所述的电动位移台2上，在所述的脉冲激光源1照射在所述的光学元件8上反射后，在该反射光束方向依次设置所述的聚焦透镜3和PIN管4，所述的PIN管4位于所述的该聚焦透镜3的像平面；所述的PIN管4输出的信号经所述的数据采集卡5采集送所述的计算机6，所述的计算机6的输出端接所述的电动位移台2的控制端。

所述的计算机6控制所述的电动位移台2的运动速度、运动距离,同时控制所述的数据采集卡与所述的脉冲激光源1的脉冲时钟同步。

利用上述的光学元件表面缺陷筛查装置进行光学元件表面缺陷筛查的方法，包括下列步骤：

①将待测的光学元件8通过所述的固定件7固定在所述的电动位移台2上，启动所述的计算机驱动并控制所述的电动位移台2，将所述的脉冲激光源1输出的脉冲激光移动到待测光学元件8扫描的起点，设定所述的脉冲激光源1输出的脉冲激光的脉冲间隔为Δt，设电动位移台2的运动速度为υ；

②所述的计算机同步控制所述的脉冲激光源1、电动位移台2和数据采集卡5同步工作：当所述的脉冲激光源1的第一个脉冲辐照所述的待测光学元件8的同时，所述的数据采集卡开始工作，数据采集卡以时间t₀为起点，在单脉冲内采集m个有效电压值u₁,u₂,u₃…u_n…u_m并输入计算机6,所述的计算机6对所述的m个数据采用求和计算第一个脉冲的电压记为V₁，所述的脉冲激光源1对所述的待测光学元件8进行扫描，以后依次记为V₂,V₃…V_N；

③电压序列V₁、V₂,V₃…V_N，设置一个允许的最大变化值ΔV，当电压V_i的变化大于ΔV时，记为V_k，确定光学元件上对应的点就是一个缺陷点，记录从开始扫描到该缺陷点出现的时间为k*Δt，则位移台工作距离为υ*k*Δt，由于光学元件的尺寸已知，得到缺陷点的具体位置信息，同时，根据V_k的大小值确定缺陷点的相对大小。

设光学元件尺寸为长L₀，宽d,脉冲光斑直径为D。当a<=υ*k*Δt<a+1时，缺陷点坐标为：

当a为奇数时，坐标为（L₀-υ*k*Δt+a*L₀，aD+D/2）：

当a为偶数时，坐标为（υ*k*Δt-a*L₀，aD+D/2）。

实验表明，本发明可以对光学元件表面缺陷的位置和基本尺寸等信息进行实时的记录，具有简易、实时、自动、可靠的特点。

Claims (1)

1.一种利用光学元件表面缺陷筛查装置进行光学元件表面缺陷筛查的方法，该光学元件表面缺陷筛查装置，包括：脉冲激光源(1)、电动位移台(2)、聚焦透镜(3)、PIN管(4)、数据采集卡(5)、计算机(6)和固定件(7)，待测的光学元件(8)通过所述的固定件(7)固定在所述的电动位移台(2)上，在所述的脉冲激光源(1)照射在所述的光学元件(8)上反射后，在该反射光束方向依次设置所述的聚焦透镜(3)和PIN管(4)，所述的PIN管(4)位于所述的该聚焦透镜(3)的像平面；所述的PIN管(4)输出的信号经所述的数据采集卡(5)采集送至所述的计算机(6)，所述的计算机(6)的输出端接所述的电动位移台(2)的控制端，其特征在于该方法包括下列步骤：

①将待测的光学元件(8)通过所述的固定件(7)固定在所述的电动位移台(2)上，启动所述的计算机驱动并控制所述的电动位移台(2)将所述的脉冲激光源(1)输出的脉冲激光移动到待测光学元件(8)扫描的起点，设定所述的脉冲激光源(1)输出的脉冲激光的脉冲间隔为Δt，设电动位移台(2)的运动速度为υ；

②所述的计算机同步控制所述的脉冲激光源(1)、电动位移台(2)和数据采集卡(5)同步工作：当所述的脉冲激光源(1)的第一个脉冲辐照所述的待测光学元件(8)的同时，所述的数据采集卡开始工作，数据采集卡以时间t₀为起点，在单脉冲内采集m个有效电压值u₁,u₂,u₃…u_n…u_m并输入计算机(6),再通过计算机(6)对所述的m个数据采用求和计算第一个脉冲的电压记为V₁，所述的脉冲激光源(1)对所述的待测光学元件(8)进行扫描，以后依次记为V₂,V₃…V_N；

③电压序列V₁、V₂,V₃…V_N，设置一个允许的最大变化值ΔV，当电压V_i的变化大于ΔV时，记为V_k，确定光学元件上对应的点就是一个缺陷点，记录从开始扫描到该缺陷点出现的时间为k*Δt，则位移台工作距离为υ*k*Δt，由于光学元件的尺寸已知，得到缺陷点的具体位置信息，同时，根据V_k的大小值确定缺陷点的相对大小。