CN106841236B - 透射光学元件疵病测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
为了解决传统测试方法耗时耗力、对光学元件内部的疵病测量受限的弊端，本发明提供了一种透射光学元件疵病的测试装置及方法，其中装置包括激光器、准直镜、定焦镜头、CCD、移动机构和采集控制计算机；所述准直镜设置在激光器的输出光路上；所述定焦镜头和CCD刚性连接组成成像系统，成像系统的监视面通过定焦镜头和CCD感光面成共轭关系；所述成像系统固定在移动机构上；所述移动机构与采集控制计算机相连。
Description
技术领域
本发明属光学领域，涉及光学元件疵病的测试方法与装置，尤其涉及激光光路中透射式大口径平板与楔板表面、亚表面及内部疵病位置的测试方法与装置。
背景技术
神光Ⅲ主机装置中大量使用平板与楔板光学元件，平板与楔板疵病会使元件在较低的通量下产生损伤，激光诱发的损伤会使元件的损伤加速，同时引起装置的光束质量变差，影响装置的输出能量和聚焦特性，在后续光路中产生热像，引起新的损伤，使打靶的能量下降，危害极大。因此，装置中平板与楔板中疵病的控制十分重要。
传统测试方法：
方法1，目视法，借助低倍放大镜观察平板与楔板表面、亚表面及内部的疵病，该方法对大口径的元件进行测试时，人眼长时间观察容易引起视力疲劳，测量置信度较低，该方法耗时耗力，效率低下。
方法2，显微成像法，采用移动扫描机构承载大口径光学元件，采用LED照明，采用暗场成像，由CCD显微系统测试光学元件的疵病，此方法受显微系统视场和工作距的限制，只能测试光学元件表面或亚表面的疵病，对光学元件内部的疵病测量受限，同时采用显微系统，视场较小，测量时采用扫描方式耗时较长。
发明内容
为了解决传统测试方法耗时耗力、对光学元件内部的疵病测量受限的弊端，本发明提出了一种透射光学元件疵病测试方法及装置，能对大口径透射式光学元件表面及内部疵病进行快速检测。
本发明的技术解决方案如下：
透射光学元件疵病的测试装置，其特殊之处在于：包括激光器、准直镜、定焦镜头、CCD、移动机构和采集控制计算机；所述准直镜设置在激光器的输出光路上；所述定焦镜头和CCD刚性连接组成成像系统，成像系统的监视面通过定焦镜头和CCD感光面成共轭关系；所述成像系统固定在移动机构上；所述移动机构与采集控制计算机相连。
为提高检测效率，实现自动化测试，上述测试装置还包括载物台和扫描机构；所述载物台用于放置和固定待测光学元件；所述扫描机构用于整体移动载物台和待测光学元件；所述扫描机构与所述采集控制计算机相连。
采用上述测试装置检测透射光学元件疵病的方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
1)开启激光器1，将激光注入准直镜进行准直；
2)使准直后的激光束照射被测光学元件的某一待测试区域；
3)观察成像系统的图像，若出现衍射图样，则表明被测光学元件当前被照射区域处有疵病，进入步骤4)；
4)沿轴向调整移动机构的位置使衍射环由大变小直至衍射环消失，此时成像系统的监视面与被测光学元件的疵病位置重合；
5)移动被测光学元件，使激光束通过被测光学元件口径的下一个测试区域，采用步骤3)～4)相同的方法对该区域进行测试；
6)重复步骤3)至步骤5)，直至完成整个光学元件所有区域的测试；
7)将所有测试区域中存在疵病的位置数据进行拼接，得到整个光学元件的空间缺陷信息。
上述步骤5)中将待测光学元件放置在载物台上，采用扫描机构整体移动载物台和待测光学元件。
本发明的优点在于：
1、本发明将激光器、准直镜、载物台、扫描机构、定焦镜头、CCD、移动机构和采集控制计算机组合，利用激光的衍射特性与物像共轭成像关系，通过扫描实现对大口径光学元件的疵病检测，能够检测到整个光学元件的表面、亚表面和内部缺陷信息，对光学元件内部的疵病测量不受限，且检测效率高，同时，由于疵病经激光照射时，即使尺度在亚微米量级，也可产生清晰的衍射条纹，因此系统测量精度高。
2、本发明自动化程度高，适合光学元件疵病的无损非接触精密测量。
附图说明
图1是本发明的机构示意图；
图中，1-激光器、2-准直镜、3-载物台、4-扫描机构、5-定焦镜头、6-CCD、7-移动机构、8-采集控制计算机、9-待测光学元件。
具体实施方式
本发明所提供的透射光学元件疵病的测试装置包括激光器1、准直镜2、载物台3、扫描机构4、定焦镜头5、CCD 6、移动机构7和采集控制计算机8。
准直镜2设置在激光器1的输出光路上，将激光器的输出激光准直后输出平行光束。
载物台3用于放置待测光学元件，并保证待测光学元件位于准直镜2的输出光路上，使平行光束通过待测光学元件的某一个测试区域。
扫描机构4安装在载物台3的下端，用于整体移动载物台3和放置在载物台3上的待测光学元件，使激光束通过待测光学元件口径的下一个测试区域。
定焦镜头5和CCD 6刚性连接，组成成像系统。整个成像系统固定在移动机构7上，成像系统的监视面通过定焦镜头5和CCD 6感光面成共轭关系。成像系统用于测试待测光学元件当前测试区域是否存在疵病。
扫描机构4、成像系统以及移动机构7均与采集控制计算机8相连；
采集控制计算机8有三个功能：
1、控制扫描机构和移动机构的移动步长；
2、采集数据：包括成像系统的监视面的位置信息、被测光学元件被照射区域信息；
3、处理数据：将被测光学元件存在疵病的各个区域位置进行拼接，得到整个光学元件的空间缺陷信息。
基于上述测试装置，本发明同时提供了一种透射光学元件疵病的测试方法，包括以下步骤：
1)开启激光器1，将激光注入准直镜2后，准直成平行光束，将被测光学元件固定在载物台3上，使平行光束照射被测光学元件的某一待测区域；准直的平行光经被测光学元件透射后，进入由定焦镜头5和CCD 6所组成的成像系统。
2)若成像系统上出现衍射图样，则表明被测光学元件被照射区域处有疵病，进入步骤3)。
3)沿轴向(与准直镜的轴向平行)调整移动机构7的位置，当成像系统上的衍射图样逐渐变小时，表明成像系统的监视面逐渐靠近被测光学元件的疵病位置；继续调整移动机构7的位置，当衍射环消失时，满足像传递原理，说明此时成像系统的监视面与被测光学元件的疵病位置重合。
4)整体移动载物台3和被测光学元件，使激光束通过被测光学元件口径的下一个测试区域，采用步骤2)～3)相同的方法对该区域进行测试。
5)重复步骤2)至步骤4)，直至完成整个光学元件的测试。
6)将所有测试区域的存在疵病的位置数据进行拼接，得到整个光学元件的空间缺陷信息。
这里步骤6)中的具体拼接方法是本领域技术人员数据处理的常用技术手段，本发明在此不再赘述。
Claims (2)
1.一种检测透射光学元件疵病的方法，其特征在于：
采用的透射光学元件疵病的测试装置，包括括激光器、准直镜、定焦镜头、CCD、移动机构和采集控制计算机；所述准直镜设置在激光器的输出光路上；所述定焦镜头和CCD刚性连接组成成像系统，成像系统的监视面通过定焦镜头和CCD感光面成共轭关系；所述成像系统固定在移动机构上；所述移动机构与采集控制计算机相连；
所述方法，包括以下步骤：
1)开启激光器，将激光注入准直镜进行准直；
2)使准直后的激光束照射被测光学元件的某一待测试区域；
3)观察成像系统的图像，若出现衍射图样，则表明被测光学元件当前被照射区域处有疵病，进入步骤4)；
4)沿轴向调整移动机构的位置使衍射环逐渐变小直至衍射环消失，此时成像系统的监视面与被测光学元件的疵病位置重合；
5)移动被测光学元件，使激光束通过被测光学元件口径的下一个测试区域，采用步骤3)～4)相同的方法对该区域进行测试；
6)重复步骤3)至步骤5)，直至完成整个光学元件所有区域的测试；
7)将所有测试区域中存在疵病的位置数据进行拼接，得到整个光学元件的空间缺陷信息。
2.根据权利要求1所述的检测透射光学元件疵病的方法，其特征在于：包括以下步骤：所述步骤5)中将待测光学元件放置在载物台上，采用扫描机构整体移动载物台和待测光学元件。
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