本發明專利技術涉及一種后放大數字全息顯微表面微小疵病測量方法及裝置。本發明專利技術采用短相干光源，通過斜入射的方式，獲得光學元件表面微小疵病的散射光信息，并與參考光束發生干涉；然后通過后放大的方式放大干涉圖像信息并通過CCD相機接收，最終通過數字全息原理計算分析表面微小疵病的形貌以及深度分布的量化信息。本發明專利技術裝置主要用于實現光滑的光學元件表面微小疵病的檢測。該檢測裝置可以通過采集單幅圖像經過相關的處理獲得表面疵病的深度和相位信息；可以區分光學元件表面的灰塵和凹陷；能夠動態快速的測量。該發明專利技術裝置提出采用平行光照射和離軸全息技術，并構成后放大數字全息記錄系統，動態性能好，并具有非破壞性和信息量化性的特點。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種。
技術介紹
對精密光學元件表面的加工質量評估，主要包括面形檢測、表面粗糙度檢測、表面波紋度檢測以及表面疵病檢測等四個主要方面。面形偏差是指欲加工的面形與實際面形之間的差別，其橫向尺度在毫米量級，屬于宏觀尺度的偏差，通常采用被測波面與標準波面疊加所形成的干涉條紋進行反演，從而得到這一偏差。表面粗糙度是指加工表面具有的較小間距和峰谷值的微觀結構，對精密光學元件表面而言，橫向尺度一般在亞微米量級以下。雖然從橫向尺度上來看，粗糙度屬于微觀尺度的偏差，但由于其在整個加工表面的各個區域的分布是連續且均勻的，故可通過干涉顯微鏡、原子力顯微鏡、掃描隧道顯微鏡等微觀形貌檢測儀器在被檢表面的不同區域采樣后平均得到。波紋度與粗糙度類似，也是在整個元件表面連續且均勻分布的結構，只是其橫向尺度介于面型偏差與表面粗糙度之間。所謂表面疵病，既不同于面型誤差的宏觀分布，也不同于表面粗糙度的均勻的微觀分布，而是在整個加工表面這一宏觀尺度上隨機分布的，離散的微觀幾何結構特征。正是由于表面疵病結構橫向尺度在微米、亞微米量級，但卻離散的隨機分布在厘米、甚至分米量級的表面范圍內，故精密光學元件表面的疵病檢測一直以來都是一個較難解決的問題。光學元件表面疵病用于改善加工工藝的一個重大課題，近年來得到了國內外學者的重視和研究。目前的檢測方式包括:1)目視法，是一種較為傳統，且目前仍在很多地方被大量使用的一種方法，是所有成像法檢測疵病的基礎。由于人眼的高度自適應的光學成像和探測性能、大腦的強大后端處理性能以及手、眼及身體配合的這樣的復雜機械結構，使目視法具有很強的靈活性和可操作性。但是這種方法的缺點也是顯而易見的:人的主觀性因素，無法量化檢測疵病尺寸，檢測速度較慢，人工成本較高且觀察者需要培訓等；2)濾波成像法，與目視法的原理是完全一致的，唯一的不同在于用光學傳感器陣列替代了人眼，從而消除了人眼判斷的主觀性，提高 了檢測速度，并且可以量化檢測結果。其缺點為檢測的精度不高，并且易受光照等環境的影響；3)漫散射光接收法。其優點為疵病定位精確；缺點是不能精確反應疵病大小；4)衍射光強法。其優點為誤差較小；缺點是只針對特定形貌的疵病；5)激光頻譜法。其優點是靈敏度較高；但只針對特定形狀的疵病進行檢測。
技術實現思路
針對現有技術存在的缺陷，本專利技術的目的是提出一種。采用短相干光源，通過斜入射的方式，獲得光學元件表面微小疵病的散射光信息，并與參考光束發生干涉；然后通過后放大的方式放大干涉圖像信息并通過CXD攝像機接收。最終通過數字全息原理計算分析表面微小疵病的形貌以及深度分布的量化信息。本專利技術裝置和方法主要用于實現光滑的光學元件表面微小疵病的檢測。為達到上述目的，本專利技術通過如下技術方案實現:一種后放大數字全息顯微表面微小疵病測量裝置，包括激光器、凸透鏡、第一分光棱鏡、參考鏡、顯微物鏡和CCD攝像機；所述凸透鏡、第一分光棱鏡和參考鏡的水平中心軸與激光器所發出的光束的中心軸在同一條水平直線上；待測工件的待檢測位置、第一分光棱鏡、顯微物鏡和(XD攝像機在同一條豎直線上,且和激光器所發出的光束的中心軸相交于分光棱鏡的中心點；激光器、凸透鏡和第一分光棱鏡的豎直中心軸相互平行；第一分光棱鏡、顯微物鏡和CXD攝像機的水平中心軸相互平行。作為一種優選方式，本裝置還包括反射鏡和第二分光棱鏡；所述凸透鏡和第一分光棱鏡的水平中心軸與激光器所發出的光束的中心軸在同一條水平直線上；反射鏡、待測工件的待檢測位置、第二分光棱鏡、顯微物鏡和CCD攝像機的水平中心軸與測量光束的中心軸在同一條水平直線上；反射鏡與水平軸成45°放置；激光器、凸透鏡、第一分光棱鏡、待測工件、第二分光棱鏡、顯微物鏡和CXD攝像機的豎直中心軸相互平行。上述激光器發出的光均為短相干光源，以抑制系統中的雜散光。一種后放大數字全息顯微表面微小疵病測量方法，包括如下步驟: 調節待測工件，使其充分靠近第一分光棱鏡；調節參考鏡，使其與第一分光棱鏡的距離與待測工件與第一分光棱鏡的距離相等，調節顯微物鏡，使其充分靠近第一分光棱鏡；調節CCD攝像機的位置，使得CCD攝像機的接收面位于顯微物鏡的共軛面上；激光器發出的光束經過凸透鏡變成平行光束，該平行光束再通過第一分光棱鏡分成兩束光，一束為測量光束，一束為參考光束，測量光束與參考光束成小于5°的夾角；測量光束通過待測工件的反射，再次通過第一分光棱鏡；參考光束經過參考鏡反射，再次通過第一分光棱鏡；通過待測工件反射的測量光束和通過平面反射鏡反射的參考光束在第一分光棱鏡處相遇發生干涉；干涉光經過顯微物鏡后照射到C XD攝像機上，得到一定光強的干涉圖樣。作為一種優選方式，本方法還包括如下步驟:調節待測工件，使其充分靠近第二分光棱鏡；調節反射鏡，使參考光束與測量光束成小于5°的夾角；激光器發出的光束經過凸透鏡變成平行光束，該平行光束通過第一分光棱鏡分成兩束光束，一束為測量光束，一束為參考光束；測量光束經過反射鏡反射，透過待測工件后照射到第二分光棱鏡上；參考光束經過參考鏡反射，照射到第二分光棱鏡上；測量光束和參考光束在第二分光棱鏡處相遇發生干涉，該干涉光束通過顯微物鏡之后照射到CXD攝像機上，得到一定光強的干涉圖樣。本專利技術與現有技術相比較，具有如下顯而易見的進步: 本專利技術的裝置可以抑制光學元件內部的散射光，保證只接收來自表面疵病的散射光，提高了信號的信噪比；裝置中采用了短相干光源，可以抑制系統中的雜散光；可以通過采集單幅圖像經過相關的處理獲得表面疵病的深度和相位信息；信號處理上，采用數字全息算法，可以獲得缺陷在深度方向形貌分布的定量信息；由于灰塵和表面疵病中的凹陷呈現的位相不同，因此可以區分光學元件表面的灰塵和凹陷；對于有一定角度的光學元件的前后表面，可以用基于頻譜分析的方法分離前后表面的缺陷；能夠動態快速的測量，適合于生產線上的測量；通過使用不同倍率的顯微物鏡，可以實現對光學元件表面不同分辨率的疵病進行測量，可以測量光學元件的表面微小疵病。該專利技術裝置提出采用平行光照射和離軸全息技術，并構成后放大數字全息記錄系統，從而實現表面微小疵病檢測的方法，動態性能好，并具有非破壞性和信息量化性。附圖說明圖1是本專利技術實施例1測量裝置的光路結構圖。圖2是本專利技術實施例2測量裝置的光路結構圖。圖3是本專利技術實施例1測量方法的流程圖。圖4是本專利技術實施例2測量方法的流程圖。具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步詳細的說明。實施例1 如圖1所示，一種后放大數字全息顯微表面微小疵病測量裝置，包括激光器1、凸透鏡2、第一分光棱鏡3、參考鏡5、顯微物鏡6和(XD攝像機7 ;所述凸透鏡2、第一分光棱鏡3和參考鏡5的水平中心軸與激光器I所發出的光束的中心軸在同一條水平直線上；待測工件4的待檢測位置、第一分光棱鏡3、顯微物鏡6和CXD攝像機7在同一條豎直線上，且和激光器所發出的光束的中心軸相交于分光棱鏡的中心點；激光器1、凸透鏡2和第一分光棱鏡3的豎直中心軸相互平行；第一分光棱鏡3、顯微物鏡6和CXD攝像機7的水平中心軸相互平行。如圖3所示，一種后放大數字全息顯微表面微小疵病測量方法，包括如下步驟: 調節待測工件4，使其充分靠近第一分光棱鏡3 ;調節參考鏡5，使其與第一分光棱鏡3的距離與本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種后放大數字全息顯微表面微小疵病測量裝置，其特征在于，包括激光器（1）、凸透鏡（2）、第一分光棱鏡（3）、參考鏡（5）、顯微物鏡（6）和CCD攝像機（7）；所述凸透鏡（2）、第一分光棱鏡（3）和參考鏡（5）的水平中心軸與激光器（1）所發出的光束的中心軸在同一條水平直線上；待測工件（4）的待檢測位置、第一分光棱鏡（3）、顯微物鏡（6）和CCD攝像機（7）在同一條豎直線上，且和激光器所發出的光束的中心軸相交于分光棱鏡的中心點；激光器（1）、凸透鏡（2）和第一分光棱鏡（3）的豎直中心軸相互平行；第一分光棱鏡（3）、顯微物鏡（6）和CCD攝像機（7）的水平中心軸相互平行。
【技術特征摘要】
1.一種后放大數字全息顯微表面微小疵病測量裝置，其特征在于，包括激光器(I)、凸透鏡(2 )、第一分光棱鏡(3 )、參考鏡(5 )、顯微物鏡(6 )和CXD攝像機(7 );所述凸透鏡(2 )、第一分光棱鏡(3)和參考鏡(5)的水平中心軸與激光器(I)所發出的光束的中心軸在同一條水平直線上；待測工件(4)的待檢測位置、第一分光棱鏡(3)、顯微物鏡(6)和CXD攝像機(7)在同一條豎直線上，且和激光器所發出的光束的中心軸相交于分光棱鏡的中心點；激光器(I)、凸透鏡(2)和第一分光棱鏡(3)的豎直中心軸相互平行；第一分光棱鏡(3)、顯微物鏡(6)和CXD攝像機(7)的水平中心軸相互平行。2.根據權利要求1所述的后放大數字全息顯微表面微小疵病測量裝置，其特征在于，還包括反射鏡(8)和第二分光棱鏡(9);所述凸透鏡(2)和第一分光棱鏡(3)的水平中心軸與激光器(I)所發出的光束的中心軸在同一條水平直線上；反射鏡(8)、待測工件(4)的待檢測位置、第二分光棱鏡(9)、顯微物鏡(6)和CXD攝像機(7)的水平中心軸與測量光束的中心軸在同一條水平直線上；反射鏡(8)與水平軸成45° ;激光器(I)、凸透鏡(2)、第一分光棱鏡(3 )、待測工件(4)、第二分光棱鏡(9 )、顯微物鏡(6 )和CXD攝像機(7 )的豎直中心軸相互平行。3.根據權利要求1或2所述的后放大數字全息顯微表面微小疵病測量裝置，其特征在于，所述激光器(I)發出的光均為短相干光源，以抑制系統中的雜散光。4.一種后放大數字全息顯微表面微小疵病測量方法，其特征在于，包括如下步驟: 調節...
【專利技術屬性】
技術研發人員：于瀛潔，涂橋，伍小燕，周文靜，
申請(專利權)人：上海大學，
類型：發明
國別省市：
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