[發明專利]用于球面光學元件表面疵病暗場檢測的照明系統及方法

有效

• 申請號: 201310241705.8
• 申請日: 2013-06-17
• 公開（公告）號: CN103293162A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 楊甬英;劉東;李璐;曹頻
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G02B15/16
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于光學元件表面疵病檢測技術領域，特別涉及一種用于球面光學元件表面疵病暗場檢測的照明系統及方法。

背景技術

隨著科學技術的進一步發展，對光學元件的要求越來越高，特別是在光刻鏡頭、激光核聚變的片放等高精度元件中，需要對光學元件表面疵病做精密的、定量的檢測。

國內外對于疵病檢測，基本上是采用目視法，低通、高通濾波成像法，自適應濾波成像法，角譜分析法等。但其中大多數方法只是原理性方案，往往局限于視場受限、難以定量等技術障礙而無法建立高效、自動化的檢測分析設備。

目前，采用暗場照明方式，檢測平面光學元件表面疵病，已有很大進展，可以實現平面光學元件表面疵病的自動化定量檢測。但是對于球面光學元件，還停留在人眼檢測的水平，重復性差，無法定量檢測。當采用與平面檢測相同的照明光源檢測球面光學元件時，由于球面光學元件有一定的曲率半徑，在CCD（電荷耦合元件）上會形成白色反光光斑，并且光斑大小隨球面光學元件的曲率半徑、凹凸情況變化，難以實現暗場照明，更無法進行后續檢測。

因此，需要研究一種新穎的可用于球面光學元件暗場照明的方法，可隨被檢球面半徑、凹凸面形狀而照明孔徑NA可變的環形疵病無盲點的光源系統，以便后續實現球面光學元件表面疵病自動化定量檢測。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種用于球面光學元件表面疵病暗場檢測的照明系統及方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案如下：

用于球面光學元件表面疵病暗場檢測的照明系統，包括球面光源、光源支架、待測光學元件、光學元件多維夾持裝置、顯微成像系統、電荷耦合元件CCD、計算機、電機。球面光源由均勻面光源I和變焦調節組件S組成，且均勻面光源I和變焦調節組件S共光軸放置；多個球面光源環形等間距安裝在光源支架上。變焦調節組件S包括前固定鏡組S1、變焦鏡組S2、后固定鏡組S3；通過計算機控制電機的轉動，從而控制變焦調節組件S焦距變化；光源支架下方設置有待測光學元件和光學元件多維夾持裝置，待測光學元件放置在光學元件多維夾持裝置上方；光源支架上方設置有顯微成像系統和電荷耦合元件CCD，顯微成像系統固定設置在電荷耦合元件CCD正下方；顯微成像系統的光軸、多個球面光源組成的環形面的圓心和待測光學元件的球心共軸。

變焦調節組件S由變焦透鏡組鏡筒、前固定鏡組、變焦鏡組、后固定鏡組、變焦鏡筒、齒輪、滑軌組成，前固定鏡組、變焦鏡組、后固定鏡組設置在變焦透鏡組鏡筒內，且前固定鏡組和后固定鏡組設置在變焦鏡組的兩側，變焦鏡組固定在變焦鏡筒內，變焦鏡筒上設有齒條，齒條與齒輪嚙合；電機的輸出軸與齒輪相連接，電機轉動時，帶動齒輪轉動，齒輪與齒條配合，使得變焦鏡筒能夠在滑軌內做直線運動，改變變焦鏡組與前固定鏡組、后固定鏡組的相對位置，從而實現整個變焦調節組件的焦距調節。變焦調節組件S的焦距能夠根據待測光學元件的半徑調節；本發明可暗場照明的光學元件包括各種半徑的凹面、各種半徑的凸面，通過變焦調節組件S的焦距改變，能夠實現各種半徑的球面照明。

所述的待測光學元件為球面，包括凹面和凸面，包括各種半徑；

所述的均勻面光源I發出平行光；

所述的夾持裝置為多維可旋轉可平移裝置；由于照明系統的照明口徑有限，所以通過多維夾持裝置對待測元件進行多維度旋轉和平移實現對全口徑的照明，后續處理中采用子孔徑拼接即能實現全口徑的復現。

用于球面光學元件表面疵病暗場檢測的照明方法，具體包括如下步驟:

步驟(1)均勻面光源I發射出平行光，平行光經過變焦調節組件S后形成會聚球面波，具體如下：

平行光進入變焦透鏡組鏡筒內，依次通過前固定鏡組、變焦鏡組、后固定鏡組后形成會聚球面波，同時在計算機內輸入待測光學元件的半徑，計算機自動計算出齒輪的旋轉角度，控制電機轉動，帶動齒輪旋轉，從而使變焦鏡筒在滑軌內直線移動到特定位置。

步驟(2)?變焦調節組件S形成的會聚球面波照射到待測光學元件上；

若待測光學元件表面無疵病，則待測光學元件的反射光不進入顯微成像系統；若待測光學元件表面有疵病，則待測光學元件表面疵病誘發的散射光進入顯微成像系統，并在電荷耦合元件CCD上成像。

步驟(3)?對待測光學元件的某一孔徑成像完成后，光學元件多維夾持裝置帶動待測光學元件旋轉和平移，對待測光學元件的另一孔徑成像；隨著光學元件多維夾持裝置的旋轉和平移，整個待測光學元件都會被會聚球面波照射到，若待測光學元件表面有疵病，則均能在電荷耦合元件CCD上成像，被檢測出來。