發(fā)布時間：2021-08-18 07:54

　　隨著光學加工和測量技術的發(fā)展,精密光學元件已廣泛應用于各個領域。在光學元件加工和使用過程中,難免會有表面缺陷產生。由光學元件表面缺陷引起的光束散射和能量損失會大大減少光學元件的使用壽命,甚至影響整個光學系統(tǒng)的性能,因此對表面缺陷的檢測和評估具有非常重大的意義。目前,針對平面光學元件的檢測技術已相對成熟,但在曲面光學元件特別是大口徑曲面光學元件表面缺陷檢測技術上還存在諸多難題。本文針對目前曲面光學元件表面檢測中存在的問題和難點,提出了一套基于暗場散射成像原理的大口徑曲面光學元件表面缺陷自動檢系統(tǒng),本文的主要研究內容如下:（1）對光學元件表面缺陷的分類和檢測標準進行分析,簡述了光學元件表面缺陷的主要檢測方法及其優(yōu)缺點,提出了實現(xiàn)大口徑曲面光學元件表面缺陷檢測的必要性。（2）研究了光學元件表面的各種散射源并對其散射光進行相關理論分析;建立了暗場散射模型并分析了其在光學元件表面缺陷檢測上的可行性,為缺陷檢測系統(tǒng)的搭建提供了理論基礎。（3）借助有限時域差分方法對表面缺陷散射光進行仿真,為后續(xù)表面缺陷檢測中照明系統(tǒng)的設計提供了理論依據(jù)。（4）完成了由光學元件位置調整系統(tǒng),照明系統(tǒng)以及成像系統(tǒng)組成的... 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

光學元件表面缺陷檢測方法

濾過，只通過低于這一閾值的那部分光，這樣就避免了其他因素產生的散射光到達像面，像面上僅剩缺陷的亮像，可以很好的提高檢測精度。掠射法[17]的基本原理為當平行光束入射到待測元件表面時，若投射光斑內不存在缺陷，光束將遵循反射定律或折射定律傳播；若投射光斑內存在缺陷，入射光將被無規(guī)則的反射即散射。將成像物鏡置于待檢元件上方，若光斑處無缺陷則沒有光線進入成像物鏡，物鏡的成像平面一片黑；若光斑處存在缺陷，則有光束進入物鏡被物鏡成像。通過逐點掃描的方法獲得整個表面的缺陷圖像。其光學系統(tǒng)原理圖如圖1-2所示。圖1-2掠入射檢測光學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對缺陷散射光的能量和角度分布情況進行分析從而實現(xiàn)對缺陷信息的掌握。其中，通過對缺陷發(fā)出散射光的能量積分，利用積分值與缺陷大小的線性關系可以判斷缺陷的危害程度；通過測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。該方法的缺點為檢測速度相對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]通關檢測缺陷表面反向衍射光能量來發(fā)現(xiàn)和評估缺陷。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��；缺陷的衍射條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光學元件表面缺陷的原理圖。該方法主要應用于平面光學元件及透鏡的檢測。

第一章緒論7圖1-3激光頻譜分析法檢測缺陷原理圖[19]1.4光學元件表面缺陷檢測研究現(xiàn)狀1.4.1平面光學元件表面缺陷檢測研究現(xiàn)狀自動化技術的不斷進步和機器視覺技術的迅速發(fā)展促進了光學元件表面缺陷檢測技術的全面發(fā)展，越來越多的缺陷定量化檢測技術被提出，越來越的自動化缺陷檢測設備和儀器進入了我們的視線。美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LawrenceLivermoreNationalLaboratory，LLNL)針對美國國家點火裝置(NationalIgnitionFacility，NIF)中米級口徑精密光學元件缺陷檢測提出了基于內全反射法原理的大口徑光學元件表面缺陷檢測方法[20]。原理如圖1-4所示，當光以布儒斯特角的角度從光學元件邊緣入射，假設光學元件表面光滑，那么在元件內部會發(fā)生全反射，光束全被反射到待測平面以下，顯微鏡無法收集到光；而倘若元件表面有缺陷存在，入射光會發(fā)生散射，缺陷激發(fā)的散射光會進入到成像顯微鏡，從而得到缺陷暗背景下的亮像。同時，在待測元件和棱鏡之間一般會加入折射率匹配液來保證二者之間不會產生光的反射現(xiàn)象。利用內全反射法可以對光學元件表面和內部的缺陷進行檢測，由于該方法檢測設備結構簡單，可以實現(xiàn)對缺陷的在線檢測。目前NIF已經基于此原理建立起了成熟的終端光學元件損傷在線監(jiān)測裝置(FinalOpticsDamageInspection，F(xiàn)ODI)[21]，因為內全反射法要求入射角必須為布儒斯特角，因此往往會造成缺陷的漏檢；檢測精度較低，其在線檢測裝置只能檢測出50μm以上的缺陷，無法實現(xiàn)對微弱缺陷的檢測。當無法使用棱鏡及匹配液時，還需對元件進行磨邊處理從而使檢測光進入元件內部，導致檢測成本變高，加工工序變復雜。

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本文編號：3349513