CN204536217U - 一种表面瑕疵光学检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种表面瑕疵光学检测装置，所述检测装置包括：激光器、偏振器、扩束镜、第一偏振分光镜、剪切棱镜、扫描镜面、远心扫描透镜、积分球集光器、第一光电探测器、波片、第二偏振分光镜、第二光电探测器；所述激光器、偏振器、扩束镜依次设置；所述剪切棱镜设置于第一偏振分光镜及扫描镜面之间；剪切棱镜的设置使得入射光被分成两束光强相等并偏振正交的部分，并且两束光之间有在远心扫描透镜的后焦面上形成一个很小的夹角；所述波片设置于第一偏振分光镜与第二偏振分光镜之间，第二偏振分光镜与第二光电探测器连接。本实用新型提出的表面瑕疵光学检测装置，可提高表面瑕疵的检测精度及效率。

Description

一种表面瑕疵光学检测装置

技术领域

本实用新型属于光学检测技术领域，涉及一种光学检测装置，尤其涉及一种表面瑕疵光学检测装置。

背景技术

目前一般采用一个特殊设计的渥氏棱镜，并利用光的偏振特性来实现剪切干涉。渥氏棱镜是有两块双折射晶体组合而成。两块晶体的结合面是一个有一定角度的斜面，两块晶体的晶轴相互垂直。

一束线偏振的激光束，经过一个渥氏棱镜后，分成了两束偏振正交的光，o光和e光，渥氏棱镜的构成使得o光和e光在经过棱镜的一个斜面后，由于折射率的差异而从两个不同的角度出射。此时，两束光的交汇点在棱镜的内部。在某些应用中，两束光的交汇点必须在棱镜外面的某一个特定的位置，此时，需要对渥氏棱镜作一些改动，如双渥氏棱镜。

双渥氏棱镜是将两块类似，但斜面角度略有不同的两块渥氏棱镜，通过中间加一个半波长波片(波片的晶轴角度与渥氏棱镜的晶轴角度成45度角)而组成，这样形成的两束光的夹角的大小由两块渥氏棱镜的夹角决定，且第二个交汇点可在棱镜的外部。

以上两种棱镜都可以将一束偏振光分成两束偏振正交的光，但形成的两束偏振光之间的夹角是固定的。图1是一种角度可变的剪切干涉分光镜的示意图。

光滑表面的缺陷检测目前已有多种方法，比较常用的是基于Machine Vision的光学检测方法，这种方法的特点是可同时检测并确定缺陷的种类、尺寸等参数，但缺点是分辨率及检测速度较慢，通常检测和分析时间在几十秒到几分钟，这种速度无法满足在线检测的需要，要达到在10秒钟内完成对一片这样的晶面检测，即使采用更快的硬件和软件技术，在短期内也无法达到对检测速度的要求。仔细观察被测光滑表面，发现大部分被测表面是没有需检出的缺陷的，即使有，其数量也是很少的，而基于Machine Vision的检测方法必须对整个表面进行无区别的检测，因而，不管被测表面是否有缺陷，检测时间都是一样的，而且大部分时间是用在对无缺陷的表面进行图像采集和处理。

激光扫描和散射检测技术可在很短的时间内对一个直径为75mm的光滑表面进行检测并确定缺陷的具***置(一般可检测缺陷最小线度为1微米，如需检测更小的缺陷尺寸，检测时间会相应增加)，并对缺陷图像进行初步处理，确定是点缺陷还是线状缺陷(如划痕等)，所得到的缺陷图可传输给下一级或同台设备上的另一个检测头进行定量分析。

激光表面散射对光滑表面的微缺陷检测的超高灵敏度早就被认识到了，如早期用于测量磁存储器硬盘表面微缺陷的光学表面分析技术(Optical SurfaceAnalyzer,OSA)就已在磁存储器硬盘的生产过程中使用【参考文献1：“Methodof Inspecting Magnetic Disc and Apparatus Therefor and Process forProducing the Magnetic Disc”,US Patent:6,078,385,Jun.20,2000】，目前美国KLA-Tencor公司的一款用于LED衬底表面检测的设备也是基于这种技术，但由于传统的设计是将一束激光经聚焦后以大角度的方式入射到被测表面上，光束与表面的相互作用区域局限于光斑的尺寸，一般在几个毫米以内，通过机械地移动被测表面来完成对整个表面的检测，这种仪器尽管可对光滑表面的微缺陷进行检测和分析，但测量速度较慢，不适合于在线检测。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的表面瑕疵光学检测方式，以便克服现有检测方式的上述缺陷。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种表面瑕疵光学检测装置，可提高表面瑕疵的检测精度及效率。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种表面瑕疵光学检测装置，所述检测装置包括：激光器、偏振器、扩束镜、第一调整镜、第二调整镜、第一偏振分光镜、剪切棱镜、扫描镜面、远心扫描透镜、积分球集光器、第一光电探测器、波片、第二偏振分光镜、第二光电探测器；

所述激光器、偏振器、扩束镜依次设置；激光束从激光器发出，经偏振器后，进入扩束镜，作为激光散射扫描及剪切干涉的光源；

所述第一调整镜、第二调整镜设置于扩束镜及第一偏振分光镜之间，光束经扩束镜后由第一调整镜、第二调整镜调整后进入第一偏振分光镜；此时的光束偏振方向与第一偏振分光镜入射面法线和反射面法线所组成的面内；

所述剪切棱镜设置于第一偏振分光镜及扫描镜面之间；几乎所有的入射光将通过该第一偏振分光镜入射到剪切棱镜上；剪切棱镜的设置使得入射光被分成两束光强相等并偏振正交的部分，并且两束光之间有在远心扫描透镜的后焦面上形成一个很小的夹角；

所述远心扫描透镜设置于扫描镜面及积分球集光器之间；远心扫描透镜将入射光束沿一个方向快速扫描，经远心扫描透镜后，在被测表面形成两个汇聚光点，并划过一个长度为L＝f·2θ的直线；这里，f为远心扫描透镜的焦距，θ为扫描镜面的扫描范围；两束光在被测表面形成汇聚的两个光斑，两个光斑的中心距离由远心扫描透镜的焦距及两束光的夹角决定；

所述积分球集光器的底端有一个圆形的或长方形的开口，开口的直径或长度略大于扫描的长度，积分球集光器的上方为一狭长形开口，在积分球集光器的腔体内侧，安装有一个高灵敏光点探测器，即第一光电探测器；

上述积分球集光器及第一光电探测器组成的散射光信号检测***能地将被表面缺陷漫散射的光信号收集起来，对于没有缺陷的表面，入射光在与表面相互作用后，将主要以反射形式及透射形式离开表面，对于不透明的被测面，将主要以反射的形式离开表面，而积分球的设计使得已以反射光形式离开表面的光基本上不被光电探测器检测到，只有经表面缺陷漫散射后离开的光才被光电探测器检测到，从而可有效检测表面缺陷；

经表面反射的光束将按原路返回，如果在两个光斑的照射区域内没有任何缺陷，则两束光经表面反射后，再经剪切干涉棱镜并合成一个偏振方向与原来入射光一致的光束，该光束将沿原光路再进入到激光扩束***，几乎没有光进入到剪切干涉检测***，因而在剪切干涉光路中的光电检测***没有信号；如果在被两个光斑的照射区域内有微小缺陷，则由于两个光斑之间有一定的间距，当两束光合成后，相互之间的干涉会使得合成光束中部分波阵面的位相发生变化，因而在通过剪切干涉棱镜后其偏振方向不再与原来入射光的偏振方向一致，在经过偏振棱镜后，将有一部分光依次经过波片、第二偏振分光镜进入到剪切干涉的探测***中并被***中的第二光电探测器接收到；由于表面纹波、污迹、水斑都会对通过它们的光产出光程差，从而引起光束的位相变化，而没有缺陷的表面将不产生这样的光程差，因而这种表面缺陷就会在一个暗场的背景下产生明显的亮斑。

一种表面瑕疵光学检测装置，所述检测装置包括：激光器、偏振器、第一偏振分光镜、剪切棱镜、扫描镜面、远心扫描透镜、积分球集光器、第一光电探测器、波片、第二偏振分光镜、第二光电探测器；

所述激光器、偏振器依次设置；激光束从激光器发出，经偏振器后，作为激光散射扫描及剪切干涉的光源；

所述剪切棱镜设置于第一偏振分光镜及扫描镜面之间；几乎所有的入射光将通过该第一偏振分光镜入射到剪切棱镜上；剪切棱镜的设置使得入射光被分成两束光强相等并偏振正交的部分，并且两束光之间有在远心扫描透镜的后焦面上形成一个很小的夹角；

所述波片设置于第一偏振分光镜与第二偏振分光镜之间，第二偏振分光镜与第二光电探测器连接。

作为本实用新型的一种优选方案，所述远心扫描透镜设置于扫描镜面及积分球集光器之间；扫描镜面将入射光束沿一个方向快速扫描，经远心扫描透镜后，在被测表面形成两个汇聚光点，并划过一个长度为L＝f·2θ的直线；这里，f为远心扫描透镜的焦距，θ为扫描镜面的扫描范围；两束光在被测表面形成汇聚的两个光斑，两个光斑的中心距离由远心扫描透镜的焦距及两束光的夹角决定。

作为本实用新型的一种优选方案，所述积分球集光器的底端有一个圆形的或长方形的开口，开口的直径或长度略大于扫描的长度，积分球集光器的上方为一狭长形开口，在积分球集光器的腔体内侧，安装有一个高灵敏光点探测器，即第一光电探测器。

作为本实用新型的一种优选方案，上述积分球及光电探测器组成的散射光信号检测技术有效地将被表面缺陷漫散射的光信号收集起来，对于没有缺陷的表面，入射光在与表面相互作用后，将主要以反射形式及透射形式离开表面，对于不透明的被测面，将主要以反射的形式离开表面，而积分球的设计使得已以反射光形式离开表面的光基本上不被光电探测器检测到，只有经表面缺陷漫散射后离开的光才被光电探测器检测到，从而可有效检测表面缺陷。

作为本实用新型的一种优选方案，经表面反射的光束将按原路返回，如果在两个光斑的照射区域内没有任何缺陷，则两束光经表面反射后，再经剪切干涉棱镜并合成一个偏振方向与原来入射光一致的光束，该光束将沿原光路再进入到激光扩束***，几乎没有光进入到剪切干涉检测***，因而在剪切干涉光路中的光电检测***没有信号；

如果在被两个光斑的照射区域内有微小缺陷，则由于两个光斑之间有一定的间距，当两束光合成后，相互之间的干涉会使得合成光束中部分波阵面的位相发生变化，因而在通过剪切干涉棱镜后其偏振方向不再与原来入射光的偏振方向一致，在经过偏振棱镜后，将有一部分光依次经过波片、第二偏振分光镜进入到剪切干涉的探测***中并被***中的第二光电探测器接收到；

由于表面纹波、污迹、水斑都会对通过它们的光产出光程差，从而引起光束的位相变化，而没有缺陷的表面将不产生这样的光程差，因而这种表面缺陷就会在一个暗场的背景下产生明显的亮斑。

作为本实用新型的一种优选方案，所述检测装置还包括第一调整镜、第二调整镜、扩束镜；所述第一调整镜、第二调整镜设置于扩束镜及第一偏振分光镜之间，光束经扩束镜后由第一调整镜、第二调整镜调整后进入第一偏振分光镜；此时的光束偏振方向在第一偏振分光镜的入射面法线和反射面法线所组成的面内。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型提出的表面瑕疵光学检测装置，可提高表面瑕疵的检测精度及效率。

附图说明

图1为一种角度可变的剪切干涉分光镜的示意图。

图2为本实用新型光学检测装置的光路图。

图3为积分球及光电探测器的结构示意图。

图4为剪切干涉棱镜及其光路图。

图5为本实用新型表面瑕疵光学检测装置的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。

实施例一

本实用新型介绍这款光滑表面微缺陷检测仪采用远心扫描透镜来完成一个方向对表面的扫描，通过在另一个与激光扫描方向垂直的方向移动被测面，来完成对整个被测面的扫描。目前的设计方案可对光滑表面进行连续扫描，在激光扫描方向的扫描宽度受扫描镜面偏转角度及远心扫描透镜限制，而在与它垂直方向则没有限制。可有效检测表面划痕、缺陷、脱膜等，代替目前的人工检测。在加入激光剪切干涉后，还可有效检测表面纹波、污迹、水斑等。

请参阅图2，本实用新型揭示了一种表面瑕疵光学检测装置，所述检测装置包括：激光器1、偏振器2、扩束镜3、第一调整镜4、第二调整镜5、第一偏振分光镜6、剪切棱镜7、扫描镜面8、远心扫描透镜9、积分球集光器10、第一光电探测器11、波片12、第二偏振分光镜13、第二光电探测器14(如果光是准直的，则无需扩束镜3、第一调整镜4、第二调整镜5)。

所述激光器1、偏振器2、扩束镜3依次设置；激光束从激光器1发出，经偏振器2后，进入扩束镜3，作为激光散射扫描及剪切干涉的光源。

所述第一调整镜4、第二调整镜5设置于扩束镜3及第一偏振分光镜6之间，光束经扩束镜3后由第一调整镜4、第二调整镜5调整后进入第一偏振分光镜6；此时的光束偏振方向在第一偏振分光镜6的入射面法线和反射面法线所组成的面内。

所述剪切棱镜7设置于第一偏振分光镜6及扫描镜面8之间；几乎所有的入射光将通过该第一偏振分光镜6入射到剪切棱镜7上；剪切棱镜7的放置使得入射光被分成两束光强相等并偏振正交的部分，并且两束光之间有在远心扫描透镜的后焦面上形成一个很小的夹角。

所述远心扫描透镜9设置于扫描镜面8及积分球集光器10之间；扫描镜面将入射光束沿一个方向快速扫描，经远心扫描透镜后，在被测表面形成两个汇聚光点，并划过一个长度为L＝f·2θ的直线；这里，f为远心扫描透镜的焦距，θ为扫描镜面的扫描范围；两束光在被测表面20形成汇聚的两个光斑，两个光斑的中心距离由远心扫描透镜的焦距及两束光的夹角决定。

请参阅图3，所述积分球集光器10的底端有一个圆形的或长方形的开口101，开口的直径或长度略大于扫描的长度，积分球集光器10的上方为一狭长形开口120，在积分球集光器10的腔体内侧，安装有一个高灵敏光点探测器，即第一光电探测器11。

上述积分球集光器10及第一光电探测器11组成的散射光信号检测***能地将被表面缺陷漫散射的光信号收集起来，对于没有缺陷的表面，入射光在与表面相互作用后，将主要以反射形式及透射形式离开表面，对于不透明的被测面，将主要以反射的形式离开表面，而积分球的设计使得已以反射光形式离开表面的光基本上不被光电探测器检测到，只有经表面缺陷漫散射后离开的光才被光电探测器检测到，从而可有效检测表面缺陷。

经表面反射的光束将按原路返回，如果在两个光斑的照射区域内没有任何缺陷，则两束光经表面反射后，再经剪切干涉棱镜并合成一个偏振方向与原来入射光一致的光束，该光束将沿原光路再进入到激光扩束***，几乎没有光进入到由剪切棱镜7，第一偏振镜6，1/2波片12，及第二偏振镜13组成的剪切干涉检测***，因而在剪切干涉光路中的光电检测***14上没有信号；如果在被两个光斑的照射区域内有微小缺陷，则由于两个光斑之间有一定的间距，当两束光合成后，相互之间的干涉会使得合成光束中部分波阵面的位相发生变化，因而在通过剪切干涉棱镜后其偏振方向不再与原来入射光的偏振方向一致，在经过偏振棱镜后，将有一部分光依次经过波片、第二偏振分光镜进入到剪切干涉的探测***14并被***中的第二光电探测器接收到；由于表面纹波、污迹、水斑都会对通过它们的光产出光程差，从而引起光束的位相变化，而没有缺陷的表面将不产生这样的光程差，因而这种表面缺陷就会在一个暗场的背景下产生明显的亮斑。

本实用新型还揭示一种上述表面瑕疵光学检测装置的检测方法，所述检测方法包括如下步骤：

【步骤S1】激光束从激光器发出，经偏振器后，进入扩束镜，作为激光散射扫描及剪切干涉的光源；

【步骤S2】光束经扩束镜后由第一调整镜、第二调整镜调整后进入第一偏振分光镜；此时的光束偏振方向在第一偏振分光镜的入射面法线和反射面法线所组成的面内；

【步骤S3】几乎所有的入射光将通过该第一偏振分光镜入射到剪切棱镜上；剪切棱镜的设置使得入射光被分成两束光强相等并偏振正交的部分，并且两束光之间有在远心扫描透镜的后焦面上形成一个很小的夹角；

【步骤S4】扫描镜面将入射光束沿一个方向快速扫描，经远心扫描透镜后，在被测表面形成两个汇聚光点，并划过一个长度为L＝f·2θ的直线；这里，f为远心扫描透镜的焦距，θ为扫描镜面的扫描范围；两束光在被测表面形成汇聚的两个光斑，两个光斑的中心距离由远心扫描透镜的焦距及两束光的夹角决定；

【步骤S4】积分球集光器及第一光电探测器组成的散射光信号检测***能地将被表面缺陷漫散射的光信号收集起来，对于没有缺陷的表面，入射光在与表面相互作用后，将主要以反射形式及透射形式离开表面，对于不透明的被测面，将主要以反射的形式离开表面，而积分球的设计使得已以反射光形式离开表面的光基本上不被光电探测器检测到，只有经表面缺陷漫散射后离开的光才被光电探测器检测到，从而可有效检测表面缺陷；

【步骤S5】经表面反射的光束将按原路返回，如果在两个光斑的照射区域内没有任何缺陷，则两束光经表面反射后，再经剪切干涉棱镜并合成一个偏振方向与原来入射光一致的光束，该光束将沿原光路再进入到激光扩束***，几乎没有光进入到剪切干涉检测***，因而在剪切干涉光路中的光电检测***没有信号；如果在被两个光斑的照射区域内有微小缺陷，则由于两个光斑之间有一定的间距，当两束光合成后，相互之间的干涉会使得合成光束中部分波阵面的位相发生变化，因而在通过剪切干涉棱镜后其偏振方向不再与原来入射光的偏振方向一致，在经过偏振棱镜后，将有一部分光依次经过波片、第二偏振分光镜进入到剪切干涉的探测***中并被***中的第二光电探测器接收到；由于表面纹波、污迹、水斑都会对通过它们的光产出光程差，从而引起光束的位相变化，而没有缺陷的表面将不产生这样的光程差，因而这种表面缺陷就会在一个暗场的背景下产生明显的亮斑。

实施例二

本实施例中，图2中的激光束从激光器发出，经偏振器后，进入一个扩束装置，作为激光散射扫描及剪切干涉的光源。经扩束器后，光束由两块反射镜调整后进入一个偏振分光镜，此时的光束偏振方向在第一偏振分光镜的入射面法线和反射面法线所组成的面内。几乎所有的入射光将通过该偏振分光镜入射到一个剪切干涉棱镜上。剪切干涉的棱镜放置使得入射光被分成两束光强相等并偏振正交的部分，并且两束光之间有在远心扫描透镜的后焦面上形成一个很小的夹角(详细描述参见下面有关剪切棱镜部分)。

扫描镜面将入射光束沿一个方向快速扫描，经远心扫描透镜后，在被测表面形成两个汇聚光点，并划过一个长度为L＝f·2θ的直线。这里，f为远心扫描透镜的焦距，θ为扫描镜面的扫描范围。两束光在被测表面形成汇聚的两个光斑，两个光斑的中心距离由远心扫描透镜的焦距及两束光的夹角决定。

本实用新型中采用了一个特殊设计的积分球，该积分球的底端有一个圆形或长方形的开口(也可以是其他形状)，开口的直径或长度略大于扫描的长度，积分球集光器的上方为一狭长形开口，在积分球集光器的腔体内侧，安装有一个高灵敏光点探测器；见图3。

上述积分球及光电探测器组成的散射光信号检测技术可有效地将被表面缺陷漫散射的光信号收集起来，对于没有缺陷的表面，入射光在与表面相互作用后，将主要以反射形式及透射形式(对于透明或半透明的被测表面)离开表面，对于不透明的被测面，将主要以反射的形式离开表面，而积分球的设计使得已以反射光形式离开表面的光基本上不被光电探测器检测到，只有经表面缺陷漫散射后离开的光才被光电探测器检测到，从而可有效检测表面缺陷。

经表面反射的光束将按原路返回，如果在两个光斑的照射区域内没有任何缺陷，则两束光经表面反射后，再经剪切干涉棱镜并合成一个偏振方向与原来入射光一致的光束，该光束将沿原光路再进入到激光扩束***，几乎没有光进入到剪切干涉检测***，因而在剪切干涉光路中的光电检测***没有信号。如果在被两个光斑的照射区域内有微小缺陷，则由于两个光斑之间有一定的间距，当两束光合成后，相互之间的干涉会使得合成光束中部分波阵面的位相发生变化，因而在通过剪切干涉棱镜后其偏振方向不再与原来入射光的偏振方向一致，在经过偏振棱镜后，将有一部分光进入到剪切干涉的探测***中并被***中的光电探测器接受到。由于表面纹波、污迹、水斑等都会对通过它们的光产出光程差，从而引起光束的位相变化，而没有缺陷的表面将不产生这样的光程差，因而这种表面缺陷就会在一个暗场的背景下产生明显的亮斑，所以剪切干涉对这种表面缺陷非常灵敏。剪切干涉***的核心部件是一个剪切干涉棱镜，该棱镜的示意图如图4。

图4中的剪切干涉棱镜的作用时将两束同光路，但偏振正交的光进行分离，使得两束光在从该剪切干涉棱镜出射使有一个很小的夹角q，并且使得这两束光在剪切干涉棱镜外形成交汇，这样可以使该交汇点与后续的扫描镜的后焦面重合，如图4所示。

请参阅图5，同步信号采集过程如下：该装置有两个光电探测器，一个光电探测器安装在积分球上，负责采集表面散射产生的光信号，另一个在剪切干涉光路中，负责采集表面纹波、污迹、水斑等参数的剪切干涉信号。两个信号分别通过各自的前置放大电路后输入一个信号采集卡的模拟输入端。为获得一个平面的扫描图像，在振镜扫描的同时，被测物将作一个与激光线扫描垂直方向的运动，将该方向定义为Y。整个扫描过程如下：***控制软件控制Y平移，同时控制振镜扫描，在振镜从起始位置开始扫描起，***控制软件通过DAQ卡，开始两个通道的信号采集，并将采集到的信号存入***的一个缓冲器中，并在扫描信号数据的开头***一个开始标记。在振镜完成一次扫描后，在扫描数据中***一个终止标记，在此同时，Y平台沿Y方向做匀速运动，运动的速度决定于在Y方向扫描精度的要求。在扫描镜面完成一次扫描后，控制***将扫描镜面回复到起始位置，开始下一次扫描。重复该程序即可完成对一个平面的二维扫描。

实施例三

一种表面瑕疵光学检测装置，所述检测装置包括：激光器、偏振器、扩束镜、第一偏振分光镜、剪切棱镜、扫描镜面、远心扫描透镜、积分球集光器、第一光电探测器、波片、第二偏振分光镜、第二光电探测器。

所述激光器、偏振器、扩束镜依次设置；激光束从激光器发出，经偏振器后，进入扩束镜，作为激光散射扫描及剪切干涉的光源。所述剪切棱镜设置于第一偏振分光镜及扫描镜面之间；几乎所有的入射光将通过该第一偏振分光镜入射到剪切棱镜上；剪切棱镜的设置使得入射光被分成两束光强相等并偏振正交的部分，并且两束光之间有在远心扫描透镜的后焦面上形成一个很小的夹角。所述波片设置于第一偏振分光镜与第二偏振分光镜之间，第二偏振分光镜与第二光电探测器连接。

众所周知，要实现干涉，必须有两束完全或部分相干的光束进行叠加产能发生，两束光中的一束经过一个参考面反射后返回光路，这一路光通常称作参考光；另一束经过被测面的反射后也返回光路，这束光通常称作测量光。这测量光经被测面的反射后，其波阵面由于被测面的反射而携带了被测表面的形貌信息，而参考光经参考面的反射后也携带了参考面表面形貌的信息。通常，参考面的表面形貌信息是已知的，这样，当参考光与测量光相叠加时，形成的干涉条纹就同时携带了参考面及被测面的表面形貌信息。因为参考面的表面形貌信息是已知的，通过处理，可以将被测表面的形貌信息解析出来，从而达到对表面形貌测量的目的。

这种干涉测量装置对于测量静止面是有效的，对于被测表面是移动的情况，由于表面的移动会不可避免地改变测量光路的光程，从而改变干涉结果，因而，这种装置不适合于测量移动表面。解决这一问题的办法是剪切干涉。

在剪切干涉中，两束互为参考光，他们在被测表面上几乎是重叠的，只有一个很小的(相对于光斑直径)的横向位移，该位移通常称为剪切距离。当两束光在探测器上重叠时，由于两束光在被测表面上的位置非常接近，因而叠加后，两束光波阵面上的位相差很小，而且这种位相差可以通过改变产生剪切干涉的棱镜的位相而使之产生一个180度的相差，使得叠加后的干涉处处相消。如果被测表面有一个很小的形变，则当两束光在像平面上叠加后，由于剪切位移，有部分表面形变与参考光之间的位相差将无法消除，从而在像平面上产生一个亮的干涉条纹。

综上所述，本实用新型提出的表面瑕疵光学检测装置及方法，可提高表面瑕疵的检测精度及效率。

本实用新型采用了一个特殊设计的积分球作为散射信号采集器，该积分球的设计可以使入射光束沿原路返回，并使从远心扫描透镜出射并垂直与被测表面的光线在一个方向做线性扫描。

该检测装置可加入一个剪切干涉***，在散射扫描的同时，实现剪切干涉扫描。

本实用新型采用扫描镜面在一个方向进行快速扫描，同时，同步控制Y移动平台来完成对一个二维平面的扫描。

此外，本实用新型采用同步控制来实现对一个平面的扫描和对由平面上每一点产生的激光散射和剪切干涉信号的同步采集，以得到一个被测平面的完整的激光散射和剪切干涉图像。

这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (5)

1.一种表面瑕疵光学检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：激光器、偏振器、扩束镜、第一调整镜、第二调整镜、第一偏振分光镜、剪切棱镜、扫描镜面、远心扫描透镜、积分球集光器、第一光电探测器、波片、第二偏振分光镜、第二光电探测器；

所述激光器、偏振器、扩束镜依次设置；激光束从激光器发出，经偏振器后，进入扩束镜，作为激光散射扫描及剪切干涉的光源；

所述第一调整镜、第二调整镜设置于扩束镜及第一偏振分光镜之间，光束经扩束镜后由第一调整镜、第二调整镜调整后进入第一偏振分光镜；此时的光束偏振方向在与第一偏振分光镜入射面法线和反射面法线所组成的面内；

所述剪切棱镜设置于第一偏振分光镜及扫描镜面之间；几乎所有的入射光将通过该第一偏振分光镜入射到剪切棱镜上；剪切棱镜的设置使得入射光被分成两束光强相等并偏振正交的部分，并且两束光之间有在远心扫描透镜的后焦面上形成一个很小的夹角；

所述远心扫描透镜设置于扫描镜面及积分球集光器之间；远心扫描透镜将入射光束沿一个方向快速扫描，经远心扫描透镜后，在被测表面形成两个汇聚光点，并划过一个长度为L＝f·2θ的直线；这里，f为远心扫描透镜的焦距，θ为扫描振镜的扫描范围；两束光在被测表面形成汇聚的两个光斑，两个光斑的中心距离由远心扫描透镜的焦距及两束光的夹角决定；

所述积分球集光器的底端有一个圆形的或长方形的开口，开口的直径或长度略大于扫描的长度，积分球集光器的上方为一狭长形开口，在积分球集光器的腔体内侧，安装有一个高灵敏光点探测器，即第一光电探测器；

上述积分球集光器及第一光电探测器组成的散射光信号检测***能地将被表面缺陷漫散射的光信号收集起来，对于没有缺陷的表面，入射光在与表面相互作用后，将主要以反射形式及透射形式离开表面，对于不透明的被测面，将主要以反射的形式离开表面，而积分球的设计使得以反射光形式离开表面的光基本上不被光电探测器检测到，只有经表面缺陷漫散射后离开的光才被光电探测器检测到。

2.一种表面瑕疵光学检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：激光器、偏振器、第一偏振分光镜、剪切棱镜、扫描镜面、远心扫描透镜、集光器、第一光电探测器、波片、第二偏振分光镜；

所述激光器、偏振器依次设置；激光束从激光器发出，经偏振器后，作为激光散射扫描及剪切干涉的光源；

所述剪切棱镜设置于第一偏振分光镜及扫描镜面之间；几乎所有的入射光将通过该第一偏振分光镜入射到剪切棱镜上；剪切棱镜的设置使得入射光被分成两束光强相等并偏振正交的部分，并且两束光之间有在远心扫描透镜的后焦面上形成一个很小的夹角；

所述波片设置于第一偏振分光镜与第二偏振分光镜之间，第二偏振分光镜与第二光电探测器连接。

3.根据权利要求2所述的高灵敏度表面微小瑕疵光学检测装置，其特征在于：

所述远心扫描透镜设置于扫描镜面及积分球集光器之间；远心扫描透镜将入射光束沿一个方向快速扫描，经远心扫描透镜后，在被测表面形成两个汇聚光点，并划过一个长度为L＝f·2θ的直线；这里，f为远心扫描透镜的焦距，θ为扫描镜面的扫描角范围；两束光在被测表面形成汇聚的两个光斑，两个光斑的中心距离由远心扫描透镜的焦距及两束光的夹角决定。

4.根据权利要求2所述的高灵敏度表面微小瑕疵光学检测装置，其特征在于：

所述积分球集光器的底端有一个圆形的或长方形的开口，开口的直径或长度略大于扫描的长度，积分球集光器的上方为一狭长形开口，在积分球集光器的腔体内侧，安装有一个高灵敏光点探测器，即第一光电探测器。

5.根据权利要求2所述的高灵敏度表面微小瑕疵光学检测装置，其特征在于：

所述检测装置还包括第一调整镜、第二调整镜、扩束镜；所述第一调整镜、第二调整镜设置于扩束镜及第一偏振分光镜之间，光束经扩束镜后由第一调整镜、第二调整镜调整后进入第一偏振分光镜；此时的光束偏振方向在第一偏振分光镜的入射面法线和反射面法线所组成的面内。