大口徑光學(xué)元件表面損傷檢測裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)元件，特別是一種大口徑光學(xué)元件表面損傷檢測裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著大口徑、高通量密度ICF激光驅(qū)動器的發(fā)展，光學(xué)元件的負(fù)載能力成為限制激光驅(qū)動器性能提升的重要因素，其中影響光學(xué)元件負(fù)載能力的主要因素是激光誘導(dǎo)元件的損傷。檢測光學(xué)元件表面損傷情況可以保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。
[0003]最簡單的監(jiān)測元件表面損傷的手段是利用肉眼直接觀察，但由于肉眼分辨最小尺寸在百微米量級，更小尺寸的損傷很難觀察到，具有隨機(jī)性和不確定性。而且，在ICF激光驅(qū)動器系統(tǒng)中，很多光學(xué)元件處在真空密閉的環(huán)境中，不利于肉眼觀察表面情況。為了檢測元件表面損傷情況，研究者通常將待測光學(xué)元件表面成像到CCD相機(jī)上來判斷元件表面是否產(chǎn)生損傷。因?yàn)楦吖β始す怛?qū)動器系統(tǒng)光束口徑通常達(dá)到?300_，甚至更大，其光學(xué)元件表面的損傷檢測要求大視場的圖像采集系統(tǒng)。目前，市場上可搜索到的科學(xué)級CCD的分辨率最大可達(dá)?10k*10k，像素尺寸?10um，這對于300mm 口徑光束誘導(dǎo)損傷圖像來說，分辨率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的(300mm/10um = 30k>10k)，需要對待測元件表面損傷情況進(jìn)行掃描式檢測。
[0004]對于大口徑元件來說，由于CCD相機(jī)分辨率和像素尺寸的限制，使其不能一次性對整個大口徑元件的表面損傷情況成像。因此，為了滿足大口徑元件表面損傷檢測需求，需要移動CCD相機(jī)或者被測元件來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)中在線使用的待測光學(xué)元件，由于其已裝校調(diào)試好，不易于裝卸，難于通過移動待測元件來實(shí)現(xiàn)大口徑元件的表面損傷檢測。對于移動CCD的方式，相應(yīng)的成像系統(tǒng)也要移動，這對保證放大倍率的一致性和嚴(yán)格成像都會產(chǎn)生不利影響。
[0005]二維振鏡作為一種矢量掃描器件，對于固定入射激光來說，通過轉(zhuǎn)動振鏡的反射鏡片可以實(shí)現(xiàn)出射激光束的移動。相反的，如果出射激光束位置固定，也可以通過二維振鏡的反射鏡的轉(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)對不同位置處入射光的接收，如圖1所示。掃描振鏡利用伺服電機(jī)驅(qū)動反射鏡片的轉(zhuǎn)動，其控制系統(tǒng)使用位置傳感器和負(fù)反饋回路設(shè)計來保證系統(tǒng)的精度，并且有較高的掃描速度和重復(fù)復(fù)位精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種大口徑光學(xué)元件表面損傷檢測的裝置和方法，該方法對CCD的分辨率要求較低，拼接方式簡單，可快速有效地實(shí)現(xiàn)大口徑元件損傷情況的檢測。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0008]—種大口徑光學(xué)元件表面損傷檢測裝置，其特點(diǎn)在于包括:照明光源、大口徑光學(xué)元件座、成像透鏡、二維振鏡、CCD相機(jī)和計算機(jī)，上述部件的位置關(guān)系如下:
[0009]沿所述的照明光源輸出光束方向依次是所述的大口徑光學(xué)元件座、成像透鏡和二維振鏡，在所述的二維振鏡的反射光的光軸上是所述的CCD相機(jī)，所述的大口徑光學(xué)元件座上的光學(xué)元件待檢測面與所述的CCD相機(jī)分別位于所述的成像透鏡的物平面和像平面，所述的CCD相機(jī)的輸出端與所述的計算機(jī)的輸入端相連。
[0010]利用上述大口徑光學(xué)元件表面損傷檢測裝置進(jìn)行元件表面損傷檢測方法，包括以下步驟:
[0011]①在所述的大口徑光學(xué)元件座上設(shè)置分辨率標(biāo)定板，所述的分辨率標(biāo)定板上帶有兩個特征點(diǎn)，且兩個特征點(diǎn)之間的距離是d，在所述的照明光源的照射下，所述的分辨率標(biāo)定板成像在所述的CCD相機(jī)上，該CCD相機(jī)將采集到的圖像送入所述的計算機(jī)，所述的計算機(jī)對所述的圖像進(jìn)行處理，得到兩個特征點(diǎn)之間相距的像素數(shù)為N，得到所述的CCD相機(jī)采集的圖像上的像素的尺寸為d/N ;
[0012]②取下分辨率標(biāo)定板，在所述的大口徑光學(xué)元件座上設(shè)置待測的大口徑光學(xué)元件，其X和y方向尺寸分別為隊、Dy，使所述的大口徑光學(xué)元件的表面與照明光源的出射光束垂直，所述的照明光源輸出的光束經(jīng)所述的大口徑光學(xué)元件、成像透鏡、二維振鏡后成像在所述的CCD相機(jī)上，并且使所述的CCD相機(jī)上所成的像為待測的大口徑光學(xué)元件的最左上角S11的位置；
[0013]在所述的計算機(jī)控制下，所述的二維振鏡沿X方向和y方向各自掃描一次，所述的照明光源的出射光束在待測的大口徑光學(xué)元件表面移動距離分別為^和ay，于是，所述待測大口徑光學(xué)元件被劃分為m行，η列，其中m = Dy/ay，n = Dx/ax；
[0014]③令所述二維振鏡沿X方向依次從S11位置掃描到到S u位置，其中j為正整數(shù)1、2、3、4、...、η，所述CCD相機(jī)依次采集每個位置處所成的圖像，送所述的計算機(jī)，所采集的Su位置的圖像與S1(㈣位置的圖像相對移動了 ax距離，換算到圖像上移動的像素數(shù)為ax/(d/N)，在圖像拼接時，所述的計算機(jī)將S1位置圖像矩陣的第一列與Slj位置圖像矩陣的第(IW(d/N)列重疊，所有Slj位置的圖像疊加得到待測光學(xué)元件表面該行損傷情況的圖像Al，其中j = 1、2、3……η ;
[0015]④令所述二維振鏡的X方向掃描位置回到最初位置S11，然后，在所述的計算機(jī)控制下，相應(yīng)的所述二維振鏡每轉(zhuǎn)動一次出射照明光在待測的大口徑光學(xué)元件表面移動距離為ay，所述二維振鏡沿y方向掃描到S21位置，重復(fù)步驟③，得到待測光學(xué)元件表面第2行損傷情況的圖像A2 ；
[0016]⑤重復(fù)步驟④，依次地使所述二維振鏡沿X方向從Sil位置掃描到Sij位置，得到待測光學(xué)元件表面第i行的損傷情況的圖像Ai ;
[0017]⑥令i = i+Ι，當(dāng)i>m，進(jìn)入步驟⑦，否則重復(fù)步驟⑤；
[0018]⑦結(jié)束。
[0019]所述的大口徑元件表面損傷檢測方法，只需驅(qū)動所述二維振鏡即可實(shí)現(xiàn)對待測大口徑光學(xué)元件表面損傷情況的掃描，降低了環(huán)境和系統(tǒng)不穩(wěn)定帶來的誤差。該檢測方面的圖像拼接方式簡單，減小了損傷檢測所需的時長。
[0020]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和效果是:
[0021]本發(fā)明在整個檢測系統(tǒng)中，只需相應(yīng)驅(qū)動二維振鏡，不需要移動系統(tǒng)中的任何元器件，就可以實(shí)現(xiàn)對大口徑光學(xué)元件上不同位置處表面損傷的檢測。利用振鏡掃描方式檢測光學(xué)元件表面損傷的方法無需空間上移動待測元件即可實(shí)現(xiàn)對光學(xué)元件不同位置的掃描，節(jié)省大量空間，使檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于集成?；谡耒R掃描方式的大口徑元件損傷檢測裝置和方法可以實(shí)現(xiàn)對大口徑元件不同位置損傷圖像的掃描式采集，并進(jìn)行拼接得到完整的大口徑元件的損傷圖像，該方法對CCD的分辨率要求較低，拼接方式簡單，可快速準(zhǔn)確地完成大口徑光學(xué)元件表面損傷的檢測。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明大口徑光學(xué)元件表面損傷檢測裝置；
[0023]圖中:1-照明光源，2-待測光學(xué)元件，3-成像透鏡，4- 二維振鏡，5-CCD相機(jī)，6_計算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合實(shí)例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0025]如圖1所示，是本發(fā)明大口徑光學(xué)元件表面損傷檢測裝置，裝置包括:照明光源1、大口徑光學(xué)元件座2、成像透鏡3、二維振鏡4、CCD相機(jī)5、計算機(jī)6，上述部件的位置關(guān)系如下:
[0026]沿所述的照明光源I輸出光束方向依次是所述的大口徑光學(xué)元件座2、成像透鏡3和二維振鏡4，在所述的二維振鏡4的反射光的光軸上是所述的CCD相機(jī)5，所述的大口徑光學(xué)元件座2上的光學(xué)元件待檢測面與