【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学元件表面/亚表面缺陷检测，特别涉及一种光学元件缺陷及面形的扫描式明暗场同步干涉测量装置及测量方法。
技术介绍
1、光学元件广泛应用在航空航天、微电子装备、光学精密测量、激光光学等诸多领域。光学元件表面/亚表面缺陷将影响光学系统性能，光学元件在制造、清洗和运输等环节中，除了本身气泡暴露以及加工过程中不当操作，或者外在因素损伤，均可能形成表面/亚表面缺陷。缺陷的存在会降低光束质量、破坏膜层、造成元件损伤。例如，美国国家点火装置以及我国研制的神光系列装置等大型激光系统中涉及到的光学元件，如果出现一个微小的缺陷都可能导致灾难性的破坏，所以表面/亚表面缺陷检测对工艺优化改进和系统质量控制至关重要。空间光学、极紫外光刻装备、微电子装备等先进光学系统性能不断升，驱动着缺陷检测技术及仪器不断发展，缺陷检测精度要求也随之提高。实现高精度、高分辨、多种方法交叉融合检测以及制造研发专用的缺陷检测设备仍是一项技术挑战。
2、表面缺陷检测方法主要分为接触式和非接触式，如表1所示(李明泽等.非球面光学表面缺陷检测技术现状和发展趋势(特邀)[j].红外与激光工程,2022,51(9):20220457.)。接触式检测法可以达到纳米量级的纵向分辨率，但接触式与待测元件表面距离过短，容易造成二次损伤，且存在检测成本高、效率较低的缺点，对于大尺寸、高陡度的复杂曲面光学元件检测难度大。在非接触式检测方法中光学法的应用最为广泛，根据其利用的不同的光学原理可以分为干涉法、衍射法和散射法。其中干涉法的原理是基于缺陷产生的光程差来进行检测，该方
3、表1缺陷检测方法分类及优缺点对比
4、
5、目前，国际上主要依据光散射原理来实现光学元件的缺陷检测，根据采集信息与检测原理的方式进行区分，主要包括成像法和能量法。前者主要包括目测法、滤波成像法和掠射法等，后者以光热检测和光散射检测法为主。成像法顾名思义是对缺陷进行成像检测，需要采用一定的照明手段，将通过特定成像光路的目标检测区域的实像汇聚在人眼或图像传感器之上。根据照明方式或成像方法进行区分。而能量法是收集元件中的缺陷对入射光信号调制后的散射光，通过强度值来判断缺陷的有无，或者表现出来的尺寸和形态。能量法主要是对接收信号进行分析，主要包括散射光接收法和频谱分析法。
6、随着光学传感器件的日益成熟和计算机图像技术的不断发展，以显微成像为代表的数字化检测法以其非接触、高分辨率、量化评估等优点成为了缺陷定量检测领域的重要手段。激光散射共聚焦显微法使用扫描器对光学元件表面进行逐点扫描，将探测收集到的光束信号传输至计算机进行处理，该方法可得到光学元件表面缺陷位置和尺寸，成像精度高，分辨率高，是一种能够精确检测表面缺陷并适应超精密光学制造流程的有效手段。激光共聚焦扫描显微技术的优点是能够实时、原位地检测光学元件的亚表面缺陷。但缺点是利用激光共聚焦技术，对装置及环境的稳定性有着很高的要求；且精度受被测试件表面质量的影响程度很大，对表面光洁度有较高要求，不适用于表面粗糙度较大、亚表面缺陷层较深的情况。
技术实现思路
1、本专利技术要解决现有技术中的成像方法对装置及环境的稳定性要求高，精度受被测试件表面质量的影响大，不适用于表面粗糙度较大、亚表面缺陷层较深的情况的技术问题，提供一种光学元件缺陷及面形的扫描式明暗场同步干涉测量装置及测量方法。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案具体如下：
3、一种光学元件缺陷及面形的扫描式明暗场同步干涉测量装置，包括：低相干光源、光纤耦合器、第一参考臂、第二参考臂、检测臂以及双通道光谱探测器；
4、所述低相干光源发出的光通过光纤耦合器分成参考光束和探测光束，所述参考光束分别进入所述第一参考臂和所述第二参考臂，所述探测光束进入所述检测臂；
5、所述第一参考臂和所述第二参考臂在光路方向上分别依次包括：参考臂准直透镜，消色散玻璃、聚焦透镜以及反射镜；进入所述第一参考臂和所述第二参考臂的光束分别经所述反射镜反射后原路返回；
6、所述检测臂在光路方向上分别依次包括：检测臂准直透镜、分光元件、扫描机构以及扫描物镜；所述探测光束经所述扫描机构和所述扫描物镜后聚焦在被测光学元件不同深度层，实现对被测光学元件横向二维表面扫描；扫描后的返回光，经所述扫描物镜和所述扫描机构后，由所述分光元件分为明场光束和暗场光束；所述明场光束和所述暗场光束分别与所述第一参考臂和所述第二参考臂经所述反射镜反射后原路返回的两个参考光束相干叠加，然后进入所述双通道光谱探测器。
7、在上述技术方案中，所述明场光束和所述暗场光束的照明和探测，在被测光学元件上是离轴的，并行分布在中心轴两侧，其离轴角度范围在1～10度。
8、在上述技术方案中，所述分光元件为：柱状反射镜、中孔反射镜、d型镜或半反半透镜。
9、在上述技术方案中，所述扫描机构为：速度在10khz-100khz的振镜或旋转多面镜。
10、在上述技术方案中，所述低相干光源发出的光在光谱上属于：可见光至近红外光。
11、在上述技术方案中，所述低相干光源发出的光的光谱带宽为：20nm-100nm。
12、在上述技术方案中，所述低相干光源发出的光的功率为：小于等于5mw。
13、一种上述的光学元件缺陷及面形的扫描式明暗场同步干涉测量装置适用的测量方法，包括以下步骤：
14、步骤1：低相干光源发出的光通过光纤耦合器分成参考光束和探测光束，参考光束分别进入第一参考臂和第二参考臂，探测光束进入检测臂；
15、步骤2：进入第一参考臂和第二参考臂的光束分别经反射镜反射后原路返回；
16、步骤3：探测光束经扫描机构和扫描物镜后聚焦在被测光学元件不同深度层，实现对被测光学元件横向二维表面扫描；扫描后的返回光，经扫描物镜和扫描机构后，由分光元件分为明场光束和暗场光束；
17、步骤4：明场光束和暗场光束分别与第一参考臂和第二参考臂经反射镜反射后原路返回的两个参考光束相干叠加，然后进入双通道光谱探测器；
18、步骤5：进入双通道光谱探测器的光由图像采集卡采集进入计算机，经数据处理后获得明场和暗场两幅三维相干层析图像，根据图像分析得到被测光学元件的综合信息。
19、本专利技术具有以下有益效果：
20、本专利技术的光学元件缺陷及面形的扫描式明暗场同步干涉测量装置成本低：只需要增加一个分光元件，如柱状反射镜(rod mirror)或中孔反射镜或d型镜或半反半透镜等(不限于上述几种)、一个暗场耦合透镜和光纤阵列；分光元件用于分离明场弹道散射光和暗场小角度散射光；耦合透镜用于接收暗场小角度散射光，耦合透镜的焦本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光学元件缺陷及面形的扫描式明暗场同步干涉测量装置，其特征在于，包括：低相干光源、光纤耦合器、第一参考臂、第二参考臂、检测臂以及双通道光谱探测器；
2.根据权利要求1所述的光学元件缺陷及面形的扫描式明暗场同步干涉测量装置，其特征在于，所述明场光束和所述暗场光束的照明和探测，在被测光学元件上是离轴的，并行分布在中心轴两侧，其离轴角度在1～10度范围。
3.根据权利要求1所述的光学元件缺陷及面形的扫描式明暗场同步干涉测量装置，其特征在于，所述分光元件为：柱状反射镜、中孔反射镜、D型镜或半反半透镜。
4.根据权利要求1所述的光学元件缺陷及面形的扫描式明暗场同步干涉测量装置，其特征在于，所述扫描机构为：速度在10kHz-100kHz的振镜或旋转多面镜。
5.根据权利要求1所述的光学元件缺陷及面形的扫描式明暗场同步干涉测量装置，其特征在于，所述低相干光源发出的光在光谱上属于：可见光至近红外光。
6.根据权利要求1所述的光学元件缺陷及面形的扫描式明暗场同步干涉测量装置，其特征在于，所述低相干光源发出的光的光谱带宽为：20nm-
7.根据权利要求1所述的光学元件缺陷及面形的扫描式明暗场同步干涉测量装置，其特征在于，所述低相干光源发出的光的功率为：小于等于5mW。
8.一种权利要求1-7中任意一项所述的光学元件缺陷及面形的扫描式明暗场同步干涉测量装置适用的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种光学元件缺陷及面形的扫描式明暗场同步干涉测量装置，其特征在于，包括：低相干光源、光纤耦合器、第一参考臂、第二参考臂、检测臂以及双通道光谱探测器；
2.根据权利要求1所述的光学元件缺陷及面形的扫描式明暗场同步干涉测量装置，其特征在于，所述明场光束和所述暗场光束的照明和探测，在被测光学元件上是离轴的，并行分布在中心轴两侧，其离轴角度在1～10度范围。
3.根据权利要求1所述的光学元件缺陷及面形的扫描式明暗场同步干涉测量装置，其特征在于，所述分光元件为：柱状反射镜、中孔反射镜、d型镜或半反半透镜。
4.根据权利要求1所述的光学元件缺陷及面形的扫描式明暗场同步干涉测量装置，其特征在于，所述扫描机构为：速度...
【专利技术属性】
技术研发人员：王玉坤，穆全全，彭增辉，杨程亮，李大禹，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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