[發(fā)明專利]一種基于激光束主動掃描的光學元件表面疵病檢測系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2011-11-18
• 公開（公告）號: CN102507596A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設計）人: 程曉鋒;王洪彬;徐旭;葉亞云;秦朗;苗心向;賀少勃;呂海兵;賀群;馬志強;趙龍彪;袁曉東;鄭萬國
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G01N21/94
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 翟長明;韓志英

技術領域

?本發(fā)明屬于光電子學領域。具體涉及一種基于激光束主動掃描的光學元件表面疵病檢測系統(tǒng)。尤其適用于高功率固體激光裝置大口徑光學元件表面疵病的在線監(jiān)測。

背景技術

目前，能進行表面疵病檢測的方法較多，常用方法有顯微測量法以及近年來發(fā)展起來的激光頻譜法、相干濾波成像法、暗場成像法等，這些檢測方法可以達到較高的檢測精度，用于離線檢測時測量效果較好。但是，因為高功率固體激光裝置具有復雜的應用環(huán)境，一方面光傳輸通道內(nèi)部多為強光輻照或高真空，另一方面裝置內(nèi)部光學元件所處位置空間狹小且中心區(qū)域為不可阻擋的通光區(qū)域，在這樣的環(huán)境中使用表面疵病檢測設備一是設備安裝困難，二是使用不當容易給激光裝置帶來污染并造成監(jiān)測設備損傷。以上方法難以滿足高功率固體激光裝置大口徑光學元件表面疵病在線監(jiān)測的實際需要。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服已有技術在強光輻照環(huán)境、高真空環(huán)境以及狹窄空間中對光學元件表面疵病在線檢測的不足，本發(fā)明提供一種基于激光束主動掃描的光學元件表面疵病檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)強光輻照環(huán)境、高真空環(huán)境以及狹窄空間中對光學元件表面疵病的在線監(jiān)測。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于激光束主動掃描的光學元件表面疵病檢測系統(tǒng)，在該檢測系統(tǒng)中含有激光器、擴束器、變焦透鏡、導向鏡、數(shù)個光電探頭以及計算機和控制器。其中，激光器、擴束器、變焦透鏡、導向鏡依次排列；激光器、擴束器、變焦透鏡、導向鏡、光電探頭、以及被監(jiān)測的光學元件之間的位置相對固定，光電探頭設置在光學元件通光區(qū)域外；光電探頭分別外接計算機；控制器與計算機連接，控制器同時連接導向鏡和變焦透鏡；激光束通過導向鏡的二維轉(zhuǎn)動實現(xiàn)對光學元件表面的主動掃描，并在掃描過程中實時進行自動對焦、焦點始終落在光學元件表面上；激光器發(fā)出激光束、經(jīng)擴束器放大為一定口徑的平行光束、再經(jīng)變焦透鏡聚焦，最后經(jīng)導向鏡導向后激光束射向被監(jiān)測的光學元件表面；控制器控制導向鏡做二維旋轉(zhuǎn)并控制變焦透鏡將激光束聚焦到表面疵病所在位置。

所述的光電探頭的數(shù)目設置為2~24個。

所述的被測對象為光學元件表面損傷、光學元件表面殘留的顆粒污染物。

本發(fā)明的一種基于激光束主動掃描的光學元件表面疵病檢測系統(tǒng)中，被檢測的光學元件固定不動；二個光電探頭分布在光學元件四周激光裝置主激光通光區(qū)域外并固定不動；一個激光器固定在通光區(qū)域外。激光器發(fā)出的激光束經(jīng)擴束器放大整形為平行光束，經(jīng)變焦透鏡聚焦后在光學元件表面形成一個光點——焦點。若光學元件表面無疵病，則激光束在光學元件表面只發(fā)生反射和透射；當光學元件存在表面疵病時，激光束發(fā)生散射。散射光遵循一定的規(guī)律射向四周，通過二個光電探頭接收散射光信號。二個探頭測得的散射光強度與光學元件表面疵病和光電探頭的位置、角度等參數(shù)相關聯(lián)，結合入射光角度、入射光強度、入射點位置與光電探頭的相對距離和角度還原出該點的散射光損失百分比，再經(jīng)過圖像還原技術計算出表面疵病的大小。激光器發(fā)出的激光束由一個帶二維旋轉(zhuǎn)機構的導向鏡導向?qū)崿F(xiàn)對光學元件全口徑主動掃描，自動調(diào)焦的變焦透鏡將根據(jù)導向鏡到掃描點之間的距離進行實時調(diào)焦，確保掃描激光束的焦點始終落在光學元件表面上。

本發(fā)明的有益效果是，有效地解決了高功率固體激光裝置光傳輸通道內(nèi)光學元件表面疵病在線監(jiān)測設備的環(huán)境適應性問題，并能對光學元件表面進行主動式逐點掃描。系統(tǒng)結構簡單，僅由小功率激光器、擴束器、變焦透鏡、導向鏡、二個光電探頭、一臺控制器、一臺電腦組成。由于該系統(tǒng)克服了環(huán)境適應性問題，系統(tǒng)部件可以靈活組合，且占用空間少，因此會在大功率固體激光裝置的光學元件在線監(jiān)測中得到廣泛應用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種基于激光束主動掃描的光學元件表面疵病檢測系統(tǒng)結構示意圖。

圖中，1.激光器??2.擴束器??3.變焦透鏡??4.導向鏡??5.光學元件??6.表面疵病??71.光電探頭Ⅰ??72.光電探頭Ⅱ??8.計算機??9.控制器??10.激光束。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做具體描述。

實施例1