CN103389311A - 用于光学元件位相缺陷检测的线扫描相微分成像装置 - Google Patents
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Abstract
用于光学元件位相缺陷检测的线扫描相微分成像装置，涉及光学元件检测技术领域。本发明是为了解决大型固体激光装置中光学元件内部的位相缺陷难于检测的问题。本发明所述的采用线阵CCD暗场成像，获得暗场背景下的位相缺陷的亮斑，使得位相缺陷直接可见。同时本发明所述的用于光学元件位相缺陷检测的线扫描相微分成像装置对图像的分辨率达到6千万像素。通过线平移台带动光学元件平移进行快速扫描，可以在30至60秒内，扫描完成400*400mm口径的大型光学元件，且检测口径范围可达到5*5至400*400mm。本发明所述的用于光学元件位相缺陷检测的线扫描相微分成像装置适用于大型固体激光装置中光学元件内部的位相缺陷检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种线扫描相微分成像装置。属于光学元件检测技术领域。
背景技术
大型固体激光装置规模宏大，光学元件数量众多，输出能量和功率高，是惯性约束聚变研究的主力装置。在高功率条件下，光学元件损伤成为了人们必须面临的棘手问题，因此光学元件缺陷需要严格控制。光学元件缺陷种类繁多，性质各异。从对传输光场影响的角度看，可分为对光场的振幅和位相调制两类。振幅调制型缺陷，如灰尘、污染颗粒、体内吸收物等，主要影响光学元件的透过率分布；位相调制型缺陷，如划痕、凹坑、折射率不均匀杂质等，主要影响光学元件的光学厚度分布。从缺陷位置的角度，分为表面缺陷和内部缺陷，目前已有的检测方法对表面缺陷和振幅型缺陷可以有效检控；对于内部的位相缺陷，传统的外观和内含物检测很难发现，因而极具隐秘性，危害极大，成为近年来提高光学元件负载能力的关注热点。
发明内容
本发明是为了解决大型固体激光装置中光学元件内部的位相缺陷难于检测的问题。现提供一种用于光学元件位相缺陷检测的线扫描相微分成像装置。
用于光学元件位相缺陷检测的线扫描相微分成像装置，它包括：线光源、线平移台、成像镜头和线阵CCD；
将该装置的主光轴所在直线定义为三维直角坐标系的z轴，线光源、线平移台、成像镜头和线阵CCD沿z轴依次排布，线平移台用于固定被测光学元件，线光源平行且偏离三维直角坐标系的y轴，线平移台垂直于z轴，且该线平移台能够沿三维直角坐标系的x轴方向平移，成像镜头固定在主光轴上、且该成像镜头的光轴与主光轴重合，线阵CCD的光敏面所在平面垂直于主光轴；
线光源发出的光入射至固定在线平移台上的被测光学元件，经该被测光学元件透射的光入射至成像镜头，该成像镜头将入射光聚焦到线阵CCD的光敏面上成像。
上述线光源由200至500根光纤紧密排布组成。
上述光纤采用卤素灯作为发光光源。
上述线光源的长度与需要测量的光学元件全口径长度相同。
上述成像镜头为双凸透镜。
上述线阵CCD以120Hz的线采样率采集图像。
本发明所述的用于光学元件位相缺陷检测的线扫描相微分成像装置，采用线阵CCD暗场成像，获得暗场背景下的位相缺陷的亮斑，使得位相缺陷直接可见。同时本发明所述的用于光学元件位相缺陷检测的线扫描相微分成像装置对图像的分辨率达到6千万像素。通过线平移台带动光学元件平移进行快速扫描，可以在30至60秒内，扫描完成400*400mm口径的大型光学元件，且检测口径范围可达到5*5至400*400mm。本发明适用于大型固体激光装置中光学元件内部的位相缺陷检测。
附图说明
图1是用于光学元件位相缺陷检测的线扫描相微分成像装置结构的侧视图。
图2是用于光学元件位相缺陷检测的线扫描相微分成像装置结构的俯视图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的用于光学元件位相缺陷检测的线扫描相微分成像装置，它包括：线光源1、线平移台2、成像镜头3和线阵CCD4；
将该装置的主光轴所在直线定义为三维直角坐标系的z轴，线光源1、线平移台2、成像镜头3和线阵CCD4沿z轴依次排布，线平移台2用于固定被测光学元件，线光源1平行且偏离三维直角坐标系的y轴，线平移台2垂直于z轴，且该线平移台2能够沿三维直角坐标系的x轴方向平移，成像镜头3固定在主光轴上、且该成像镜头3的光轴与主光轴重合，线阵CCD4的光敏面所在平面垂直于主光轴；
线光源1发出的光入射至固定在线平移台2上的被测光学元件，经该被测光学元件透射的光入射至成像镜头3，该成像镜头3将入射光聚焦到线阵CCD4的光敏面上成像。
采用线阵CCD暗场成像，获得暗场背景下的位相缺陷的亮斑，使得位相缺陷直接可见。
装置工作时，被测光学元件放在线平移台2上，线平移台2带动被测光学元件平移运动。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的用于光学元件位相缺陷检测的线扫描相微分成像装置作进一步说明，本实施方式中，线光源1由200至500根光纤紧密排布组成。
本实施方式所述的线光源1是一个肖特型光源的线性排列，其包含200-500根相同且紧密排布的光纤，具有以下优点：1）光纤光源的口径小，可视为点光源，并且发散角小，光纤紧密排布，可以提供宽度合适的线照明场，这是暗场成像所要求的，有利于降低背景信号强度，提高信噪比；2）光源的强度中心基本在光纤光轴线上，照明指向角易于精确控制，可以通过调整照明指向角，获得最佳最佳缺陷对比度。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式二所述的用于光学元件位相缺陷检测的线扫描相微分成像装置作进一步说明，本实施方式中，光纤采用卤素灯作为发光光源。
本实施方式采用卤素灯作为发光光源，所述卤素灯的体积小，发光效率高达17-33lm/W，色温稳定，光衰小于5％，使用寿命长，能够有效地与光纤耦合，为光纤提供强度高、色温稳定、安全可靠的光源。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一或二所述的用于光学元件位相缺陷检测的线扫描相微分成像装置作进一步说明，本实施方式中，线光源1的长度大于等于被测光学元件的全口径长度。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的用于光学元件位相缺陷检测的线扫描相微分成像装置作进一步说明，本实施方式中，成像镜头3为双凸透镜。
成像镜头3的光轴对准被测元件的中心；线光源透过光学元件过程中，位相缺陷会改变正常的光传播方向，位相缺陷所起的作用与微小的透镜类似，利用双凸透镜，对位相缺陷在线阵CCD4像面处成实像，能够有效控制像差，获得高信噪比的位相缺陷强度图像。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一所述的用于光学元件位相缺陷检测的线扫描相微分成像装置作进一步说明，本实施方式中，线阵CCD4以120Hz的线采样率采集图像。光纤的纤芯足够小，俯视可视为点光源，如图2所示，该点光源的指向与z轴夹角为α。线平移台2上放置被测光学元件并带动光学元件平移运动。
用于光学元件位相缺陷检测的线扫描相微分成像装置的性质：
1、对于位相型缺陷，会产生强烈的响应信号，相反，振幅型缺陷会在大空间角内后散射光，其响应信号会淹没在背景信号中，位相型缺陷信号会被凸显出来，在成像图像中表现为暗场背景下的亮斑；
2、如果α增大，所有响应信号均减弱，但位相型缺陷响应信号减少得比背景信号慢；
3、位相缺陷响应信号强度和背景信号强度的比值，即缺陷对比度与α具有确定的解析关系，存在一个合适的α值与最佳缺陷对比度。
利用这些性质可进行位相型缺陷检测，获得暗场背景下的位相缺陷的亮斑，使得位相缺陷直接可见，采用基于信噪比分割算法，可方便的计算位相缺陷的坐标位置和面积等信息，实现对光学元件的位相缺陷的检测评估。
Claims (6)
1.用于光学元件位相缺陷检测的线扫描相微分成像装置，其特征在于，它包括：线光源（1）、线平移台（2）、成像镜头（3）和线阵CCD（4）；
将该装置的主光轴所在直线定义为三维直角坐标系的z轴，线光源（1）、线平移台（2）、成像镜头（3）和线阵CCD（4）沿z轴依次排布，线平移台（2）用于固定被测光学元件，线光源（1）平行且偏离三维直角坐标系的y轴，线平移台（2）垂直于z轴，且该线平移台（2）能够沿三维直角坐标系的x轴方向平移，成像镜头（3）固定在主光轴上、且该成像镜头（3）的光轴与主光轴重合，线阵CCD（4）的光敏面所在平面垂直于主光轴；
线光源（1）发出的光入射至固定在线平移台（2）上的被测光学元件，经该被测光学元件透射的光入射至成像镜头（3），该成像镜头（3）将入射光聚焦到线阵CCD（4）的光敏面上成像。
2.根据权利要求1所述的用于光学元件位相缺陷检测的线扫描相微分成像装置，其特征在于，线光源（1）由200至500根光纤紧密排布组成。
3.根据权利要求2所述的用于光学元件位相缺陷检测的线扫描相微分成像装置，其特征在于，光纤采用卤素灯作为发光光源。
4.根据权利要求1或2所述的用于光学元件位相缺陷检测的线扫描相微分成像装置，其特征在于，线光源（1）的长度与需要测量的光学元件全口径长度相同。
5.根据权利要求1所述的用于光学元件位相缺陷检测的线扫描相微分成像装置，其特征在于，成像镜头（3）为双凸透镜。
6.根据权利要求1所述的用于光学元件位相缺陷检测的线扫描相微分成像装置，其特征在于，线阵CCD（4）以120Hz的线采样率采集图像。
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