隨著光學(xué)加工和測(cè)量技術(shù)的發(fā)展,精密光學(xué)元件已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。在光學(xué)元件加工和使用過(guò)程中,難免會(huì)有表面缺陷產(chǎn)生。由光學(xué)元件表面缺陷引起的光束散射和能量損失會(huì)大大減少光學(xué)元件的使用壽命,甚至影響整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的性能,因此對(duì)表面缺陷的檢測(cè)和評(píng)估具有非常重大的意義。目前,針對(duì)平面光學(xué)元件的檢測(cè)技術(shù)已相對(duì)成熟,但在曲面光學(xué)元件特別是大口徑曲面光學(xué)元件表面缺陷檢測(cè)技術(shù)上還存在諸多難題。本文針對(duì)目前曲面光學(xué)元件表面檢測(cè)中存在的問題和難點(diǎn),提出了一套基于暗場(chǎng)散射成像原理的大口徑曲面光學(xué)元件表面缺陷自動(dòng)檢系統(tǒng),本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:（1）對(duì)光學(xué)元件表面缺陷的分類和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析,簡(jiǎn)述了光學(xué)元件表面缺陷的主要檢測(cè)方法及其優(yōu)缺點(diǎn),提出了實(shí)現(xiàn)大口徑曲面光學(xué)元件表面缺陷檢測(cè)的必要性。（2）研究了光學(xué)元件表面的各種散射源并對(duì)其散射光進(jìn)行相關(guān)理論分析;建立了暗場(chǎng)散射模型并分析了其在光學(xué)元件表面缺陷檢測(cè)上的可行性,為缺陷檢測(cè)系統(tǒng)的搭建提供了理論基礎(chǔ)。（3）借助有限時(shí)域差分方法對(duì)表面缺陷散射光進(jìn)行仿真,為后續(xù)表面缺陷檢測(cè)中照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。（4）完成了由光學(xué)元件位置調(diào)整系統(tǒng),照明系統(tǒng)以及成像系統(tǒng)組成的... 

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【文章頁(yè)數(shù)】：83 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

光學(xué)元件表面缺陷檢測(cè)方法

濾過(guò)，只通過(guò)低于這一閾值的那部分光，這樣就避免了其他因素產(chǎn)生的散射光到達(dá)像面，像面上僅剩缺陷的亮像，可以很好的提高檢測(cè)精度。掠射法[17]的基本原理為當(dāng)平行光束入射到待測(cè)元件表面時(shí)，若投射光斑內(nèi)不存在缺陷，光束將遵循反射定律或折射定律傳播；若投射光斑內(nèi)存在缺陷，入射光將被無(wú)規(guī)則的反射即散射。將成像物鏡置于待檢元件上方，若光斑處無(wú)缺陷則沒有光線進(jìn)入成像物鏡，物鏡的成像平面一片黑；若光斑處存在缺陷，則有光束進(jìn)入物鏡被物鏡成像。通過(guò)逐點(diǎn)掃描的方法獲得整個(gè)表面的缺陷圖像。其光學(xué)系統(tǒng)原理圖如圖1-2所示。圖1-2掠入射檢測(cè)光學(xué)元件表面缺陷原理圖[17]能量法主要包括散射能量分析法和頻譜分析法。散射能量分析法的基本原理為通過(guò)對(duì)缺陷散射光的能量和角度分布情況進(jìn)行分析從而實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷信息的掌握。其中，通過(guò)對(duì)缺陷發(fā)出散射光的能量積分，利用積分值與缺陷大小的線性關(guān)系可以判斷缺陷的危害程度；通過(guò)測(cè)量不同角度散射光能量的大小，可以得到散射角與散射光能的關(guān)系示意圖，根據(jù)圖的形狀可以判斷缺陷的種類。該方法的缺點(diǎn)為檢測(cè)速度相對(duì)較慢且不能確定缺陷在元件表面的具體位置。頻譜分析法[18]通關(guān)檢測(cè)缺陷表面反向衍射光能量來(lái)發(fā)現(xiàn)和評(píng)估缺陷。反向衍射光能量正比于缺陷的面積從而可以判斷缺陷的大�。蝗毕莸难苌錀l紋不同可以判斷缺陷的形狀。圖1-3是一種激光頻譜分析法檢測(cè)光學(xué)元件表面缺陷的原理圖。該方法主要應(yīng)用于平面光學(xué)元件及透鏡的檢測(cè)。

第一章緒論7圖1-3激光頻譜分析法檢測(cè)缺陷原理圖[19]1.4光學(xué)元件表面缺陷檢測(cè)研究現(xiàn)狀1.4.1平面光學(xué)元件表面缺陷檢測(cè)研究現(xiàn)狀自動(dòng)化技術(shù)的不斷進(jìn)步和機(jī)器視覺技術(shù)的迅速發(fā)展促進(jìn)了光學(xué)元件表面缺陷檢測(cè)技術(shù)的全面發(fā)展，越來(lái)越多的缺陷定量化檢測(cè)技術(shù)被提出，越來(lái)越的自動(dòng)化缺陷檢測(cè)設(shè)備和儀器進(jìn)入了我們的視線。美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LawrenceLivermoreNationalLaboratory，LLNL)針對(duì)美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置(NationalIgnitionFacility，NIF)中米級(jí)口徑精密光學(xué)元件缺陷檢測(cè)提出了基于內(nèi)全反射法原理的大口徑光學(xué)元件表面缺陷檢測(cè)方法[20]。原理如圖1-4所示，當(dāng)光以布儒斯特角的角度從光學(xué)元件邊緣入射，假設(shè)光學(xué)元件表面光滑，那么在元件內(nèi)部會(huì)發(fā)生全反射，光束全被反射到待測(cè)平面以下，顯微鏡無(wú)法收集到光；而倘若元件表面有缺陷存在，入射光會(huì)發(fā)生散射，缺陷激發(fā)的散射光會(huì)進(jìn)入到成像顯微鏡，從而得到缺陷暗背景下的亮像。同時(shí)，在待測(cè)元件和棱鏡之間一般會(huì)加入折射率匹配液來(lái)保證二者之間不會(huì)產(chǎn)生光的反射現(xiàn)象。利用內(nèi)全反射法可以對(duì)光學(xué)元件表面和內(nèi)部的缺陷進(jìn)行檢測(cè)，由于該方法檢測(cè)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的在線檢測(cè)。目前NIF已經(jīng)基于此原理建立起了成熟的終端光學(xué)元件損傷在線監(jiān)測(cè)裝置(FinalOpticsDamageInspection，F(xiàn)ODI)[21]，因?yàn)閮?nèi)全反射法要求入射角必須為布儒斯特角，因此往往會(huì)造成缺陷的漏檢；檢測(cè)精度較低，其在線檢測(cè)裝置只能檢測(cè)出50μm以上的缺陷，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱缺陷的檢測(cè)。當(dāng)無(wú)法使用棱鏡及匹配液時(shí)，還需對(duì)元件進(jìn)行磨邊處理從而使檢測(cè)光進(jìn)入元件內(nèi)部，導(dǎo)致檢測(cè)成本變高，加工工序變復(fù)雜。

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