1.本发明属于光学元件表面疵病检测的技术领域，涉及一种平面光学元件表面疵病检测装置和检测方法。
背景技术：
2.光学表面疵病主要分为麻点、划痕和破边等。最常用的检测方法是目视法，但这种方法对观察者的知识结构和实践经验水平要求较高，主观性较强。而且无法量化疵病等级、费时费力、劳动强度较大。另外我国标准与国际标准和欧洲标准均不相同，且规定的光学元件表面疵病术语、代号、标志等均有所区别，难以形成统一的标准。目前有很多新兴的表面疵病检测方法中，大部分都是通过疵病对光的散射特性来进行处理的，主要又分为成像法和非成像法(能量法)，成像法的优点是可以很好地分辨出疵病的位置和二维尺寸信息,分辨率可以达到微米至亚微米级，缺点是无法对散射能量大小做出直观表征，检测效率不高。非成像法的优点是可以得到疵病散射产生的散射光能量大小，结构相对简单、检测速度快。缺点是检测结果不直观，不能准确描述疵病的具体位置和尺寸大小。
3.针对以上问题可以看出，目前光学元件的检测过程十分繁琐并且充满着不确定性，因此搭建一套简单、高效的光学元件表面疵病检测系统至关重要。
技术实现要素：
4.本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种平面光学元件表面疵病检测装置和检测方法，以期能将成像法和非成像法相互结合，从而很好地分辨出疵病的位置和二维尺寸信息，并能获得疵病产生的散射光能量大小，进而提高检测效率，并缩短检测消耗时间。
5.本发明解决技术问题采取以下技术方案：
6.本发明一种平面光学元件表面疵病检测装置的特点包括：激光器、光束折转模块、测焦模块、主探测模块、主光路模块、光陷阱模块；
7.所述光束折转模块包括：第一反射镜、第一折转架、第二反射镜、第二折转架；
8.所述测焦模块包括：测焦头；
9.所述主探测模块包括：第二分光棱镜、pmt、cmos相机；
10.所述主光路模块包括：显微物镜、第一分光棱镜、管镜；
11.所述光陷阱模块包括：光陷阱；
12.所述激光器发出的激光入射到所述第一折转架上的第一反射镜上，再反射到第二折转架上的第二反射镜上，以形成一定角度后入射到待测样品的表面，形成光斑；
13.所述光陷阱放置在所述待测样品的反射光的路径上，用于接收所述反射光；
14.若所述待测样品存在表面疵病时，疵病区域对入射光线形成散射，使得产生的散射光分布在待测样品上方空间，并通过设置在待测样品的正上方的显微物镜接收一定立体角范围内的散射光；
15.所述显微物镜将接收到的部分散射光通过所述第一分光棱镜、所述管镜汇聚在所述cmos相机的敏感面上成像，另一部分散射光通过第二分光棱镜汇聚在到所述pmt的入光口里，从而被pmt所接收；
16.所述测焦头发出的激光通过所述第一分光棱镜的折转后，由所述显微物镜汇聚到所述待测样品的表面，并通过接收自身反射回来的光斑形状以判断离焦量。
17.本发明所述的平面光学元件表面疵病检测装置的特点也在于，还包括：运动控制模块；所述运动控制模块包括：旋转台、二维位移台、样品座、倾斜台、竖直位移台、支架、基板；
18.所述待测样品设置在样品座上，并固定在所述倾斜台上，所述倾斜台固定在所述二维位移台上，所述二维位移台固定在所述旋转台上；所述旋转台固定在所述支架；
19.所述基板固定在竖直位移台上，所述在竖直位移台也固定在所述支架上。
20.在所述支架上分别设置有所述第一折转架、第二折转架；所述第一反射镜、第二反射镜分别设置在第一折转架、第二折转架上，通过调整第一折转架、第二折转架的角度，从而分别调整第一反射镜和第二反射镜的反射角度，进而能自由调整所述激光器发出的激光光束入射到所述待测样品表面的角度；
21.在所述支架上还分别设置有第一高度调节杆、第二高度调节杆；所述第一折转架、第二折转架分别设置在第一高度调节杆、第二高度调节杆上，通过调整第一折转架、第二折转架在第一高度调节杆、第二高度调节杆上的高度位置，从而调节所述激光器发出的入射光斑在所述待测样品表面的位置。
22.所述主光路模块还包括：第一基座、显微物镜转接法兰、遮光筒、转接法兰；
23.在基板上设置有所述第一基座；
24.所述显微物镜通过所述显微物镜转接法兰与第一基座的底部相连；
25.所述管镜转接法兰设置在所述第一基座上；所述转接法兰内连接有所述管镜，在所述转接法兰外连接所述遮光筒。
26.所述光陷阱模块还包括：光陷阱转接板、光陷阱支架；
27.所述光陷阱通过所述光陷阱转接板固定在所述光陷阱支架上；所述光陷阱支架固定在所述第一基座上；
28.在所述光陷阱转接板上开设有横向腰孔，用于调节所述光陷阱在所述光陷阱转接板上的横向位置；
29.在所述光陷阱支架上开设有纵向腰孔，用于调节所述光陷阱转接板在所述光陷阱支架上的纵向位置，从而使得所述光陷阱在一定范围内的位置可调节。
30.所述主探测模块还包括：第二基座、转接圆筒、视场光阑、cmos转接筒和cmos固定法兰；
31.在基板上还设置有所述第二基座；
32.所述pmt通过所述转接圆筒固定在所述第二基座上，在所述转接圆筒内设置有所述视场光阑，并通过其拨杆手动实现所述视场光阑的打开和闭合；
33.所述cmos转接筒对所述cmos相机进行转接后，设置在所述cmos固定法兰内，从而利用所述cmos固定法兰调节所述cmos转接筒的位置，进行调节所述cmos相机到理想靶面位置，并实现cmos相机的定位；
34.令所述pmt所在位置与所述cmos相机所在位置为共轭关系。
35.本发明一种基于所述的平面光学元件表面疵病检测装置的检测方法的特点在于，包括以下步骤：
36.步骤1、将所述待测样品的待测表面朝上并放置于样品座里，打开所述激光器并调节其功率，通过调整第一折转架、第二折转架、第一高度调节杆和第二高度调节杆的位置，使得所述激光器的入射光斑按照所设定的位置和角度入射到待测样品的表面；
37.步骤2、调节倾斜台，使所述待测样品成水平放置；
38.步骤3、打开所述测焦头，其发出的激光经过所述第一分光棱镜由显微物镜汇聚并打在所述待测样品上，其产生的反射光原路返回并被所述测焦头内自身带有的四象限探测器所接收，得到与离焦量成一一对应关系的电压信号，并根据得到的电压信号，将对应的离焦量传递给竖直位移台进行调节，以到达所述显微物镜的最佳焦面位置；
39.步骤4、当所述待测样品的检测区域无疵病时，打到待测样品表面所产生的反射光全部进入所述光陷阱中；当待测样品的检测区域有疵病时，疵病区域对入射光线形成散射，使得产生的散射光分布在待测样品上方空间，且一定立体角范围内的散射光被所述显微物镜接收；
40.步骤5、打开视场光阑，所述散射光经过所述显微物镜的准直后，经过所述第一分光棱镜到达所述管镜，由所述管镜对光线进行聚焦后，通过遮光筒被所述第二分光棱镜分成两路，其中的第一路聚焦在所述cmos相机的理想靶面上成像，第二路通过转接圆筒内的视场光阑聚焦在pmt的入光口处，被pmt所接收；
41.步骤6、由所述pmt对待测区域进行初次探测，若探测得到的散射光能量小于预先设定的检测阈值，则表示所述待测区域为优良区域；否则，表示所述待测区域存在疵病；
42.步骤7、由计算机控制二维位移台按照所设定的路线和步距进行移动，从而检测所述待测样品的整个光学元件表面各个区域的散射光能量大小以及是否是优良区域；
43.若相邻的优良区域面积组成的最优无缺陷区域面积大于所设定的阈值面积，则对最优无缺陷区域进行标记，并将所述待测样品作为合格品直接使用，结束流程；否则，执行步骤8；
44.步骤8、关闭视场光阑，由coms相机对所述待测区域进行成像，得到单个待测区域的疵病二维图像信息；由计算机控制二维位移台按照所设定的路线和步距进行移动，得到所述待测样品的所有待测区域的疵病二维图像信息；
45.步骤9、将得到的所有待测区域的图像进行预处理以及图像拼接处理，从而得到当前旋转台角度下的所述待测样品的整个光学元件表面疵病完整二维图像信息；
46.步骤10、所述计算机控制旋转台以一定的步距进行旋转后，再按照步骤8和步骤9的过程进行处理，直至完成一周的旋转，从而得到不同方位角度下的整个光学元件表面疵病完整二维图像并进行图像融合处理，进而得到所述待测样品的整个光学元件表面完整真实的疵病的位置和二维尺寸信息。
47.与已有技术相比，本发明的有益成果是：
48.1、本发明采用同一主光路接收疵病产生的散射光能量，由分光棱镜将其分成两路分别同时使用成像法进行成像和非成像法进行能量探测，能保留成像法中可以很好地分辨出疵病的位置和二维尺寸信息的优点，同时很好的利用了非成像法中对检测区域有无疵病
区域进行初步快速筛选的优势，从而克服了现有技术的成像法只能分辨出疵病的位置和二维尺寸信息，但检测效率低，消耗时间长，且无法获得疵病产生的散射光能量大小的问题。
49.2、本发明将成像法和非成像法集成在同一台检测装置上，利用相同装置、相同光源、相同样品以及接收相同散射光而完成两种方法检测光学元件表面疵病，能达到时间和空间上的统一，且排除了可能因为光源功率不稳定、位移台定位误差，环境杂散光等其他因素的干扰，达到了精密准确的测量。
50.3、本发明的cmos相机和pmt是共轭关系，从而能实现同时对同一检测区域的疵病图像和疵病产生的散射光能量大小进行检测，使检测结果可以相互验证，提高了检测精度；也可以实现pmt对某一样品的快速初步筛选，大大提高了检测效率。
51.4、本发明的pmt入光口前端放置视场光阑，当不需要使用pmt时，可以关闭视场光阑，放置强光长时间照射，对pmt起很好的保护作用。
52.5、本发明采用二维位移台带动待测样品运动，按照所设定的路线和步距进行移动，且将得到的各个单独待测区域的图像进行图像预处理以及图像拼接处理后，就可以得到待测样品整个光学元件表面疵病完整二维图像信息和位置信息，进而实现了对大口径待测样品的检测。
53.6、本发明的待测样品下方放置旋转台，是因为某些疵病由于光源照射方位角的影响而不能被测试出来，为了得到光源多角度照射下的疵病图像而设置，需要控制旋转台以一定的步距角带动对待测样品旋转360
°
，完成各个旋转角度下的疵病图像采集，将不同旋转角度下疵病图像先进行图像拼接处理，再将图像拼接后得到的二维图像信息进行图像融合处理，从而得到所述待测样品整个光学元件表面完整真实的疵病的位置和二维尺寸信息，从而提高了检测装置的检测精度和系统的分辨率。
54.7、本发明的光陷阱可以通过光陷阱转接板和光陷阱支架上的腰孔进行横向和纵向的调节，从而满足了一定范围角度内，接收反射光的需求。
55.8、本发明由测焦模块配合竖直位移台先对显微物镜的最佳焦面位置进行调整，保证采集图像的清晰度，有利于后续图像处理。
附图说明
56.图1为本发明一种平面光学元件表面疵病检测装置整体结构图；
57.图2为本发明中的运动控制模块；
58.图3为本发明中的激光器和光束折转模块；
59.图4为本发明中的光陷阱模块；
60.图5为本发明中的主光路模块；
61.图6为本发明中的遮光筒位置；
62.图7为本发明中的主探测模块；
63.图8为本发明中的测焦模块；
64.图中标号：1激光器、2光束折转模块、3测焦模块、4主探测模块、5主光路模块、6光陷阱模块、7运动控制模块、22第一折转架、24第二折转架、26第一高度调节杆、25第二高度调节杆、21第一反射镜、23第二反射镜、78旋转台、77二维位移台、75样品座、76倾斜台、72竖直位移台、71支架、73基板、61光陷阱转接板、62光陷阱支架、63光陷阱、52第一基座、51显微
物镜、56显微物镜转接法兰、55第一分光棱镜、54管镜、57遮光筒、53管镜转接法兰、33测焦头、32测焦外壳、31测焦转接板、41第二基座、48第二分光棱镜、46转接圆筒、45视场光阑、47pmt、44cmos相机、43cmos转接筒、42cmos固定法兰。
具体实施方式
65.本实施例中，如图1所示，一种平面光学元件表面疵病检测装置包括：激光器1、光束折转模块2、测焦模块3、主探测模块4、主光路模块5、光陷阱模块6、运动控制模块7；
66.如图2所示；运动控制模块7包括：支架71、竖直位移台72、基板73、样品座75、倾斜台76、二维位移台77、旋转台78；
67.待测样品74设置在样品座75上，并固定在倾斜台76上，倾斜台76固定在二维位移台77上，二维位移台77固定在旋转台78上；旋转台78固定在支架71；
68.基板73固定在竖直位移台72上，在竖直位移台72也固定在支架71上。
69.在支架71上设置有光束折转模块2，光束折转模块2包括：第一反射镜21、第一折转架22、第二反射镜23、第二折转架24、第二高度调节杆25、第一高度调节杆26；如图3所示。
70.激光器1发出的激光入射到第一折转架22上的第一反射镜21上，再反射到第二折转架24上的第二反射镜23上，以形成一定角度后入射到待测样品74的表面，形成光斑；
71.第一反射镜21、第二反射镜23分别设置在第一折转架22、第二折转架24上，通过调整第一折转架22、第二折转架24的角度，从而分别调整第一反射镜21和第二反射镜23的反射角度，进而能自由调整激光器1发出的激光光束入射到待测样品74表面的角度；
72.第一折转架22、第二折转架24分别设置在第一高度调节杆26、第二高度调节杆25上，通过调整第一折转架22、第二折转架24在第一高度调节杆26、第二高度调节杆25上的高度位置，从而调节激光器1发出的入射光斑在待测样品74表面的位置。
73.光陷阱模块6包括：光陷阱转接板61、光陷阱支架62、光陷阱63；如图4所示；
74.光陷阱63放置在待测样品74的反射光的路径上，用于接收反射光；
75.光陷阱63通过光陷阱转接板61固定在光陷阱支架62上；光陷阱支架62固定在第一基座52上；
76.在光陷阱转接板61上开设有横向腰孔，用于调节光陷阱63在光陷阱转接板61上的横向位置；
77.在光陷阱支架62上开设有纵向腰孔，用于调节光陷阱转接板61在光陷阱支架62上的纵向位置，从而使得光陷阱63在一定范围内的位置可调节。
78.主光路模块5还包括：显微物镜51、第一基座52、转接法兰53、管镜54、第一分光棱镜55、显微物镜转接法兰56、遮光筒57；如图5所示；
79.第一基座52设置在基板73上；
80.显微物镜51通过显微物镜转接法兰56与第一基座52的底部相连；
81.管镜转接法兰53设置在第一基座52上；转接法兰53内连接有管镜54，在转接法兰53外连接遮光筒57；如图6所示；
82.若待测样品74存在表面疵病时，疵病区域对入射光线形成散射，使得产生的散射光分布在待测样品74上方空间，并通过设置在待测样品74的正上方的显微物镜51接收一定立体角范围内的散射光；
83.显微物镜51将接收到的部分散射光通过第一分光棱镜55、管镜54和遮光筒57进入主探测模块4；
84.主探测模块4包括：第二基座41、cmos固定法兰42、cmos转接筒43、cmos相机44、视场光阑45、转接圆筒46、pmt 47、第二分光棱镜48；如图7所示。
85.第二基座41设置在基板73上；
86.pmt47通过转接圆筒46固定在第二基座41上，在转接圆筒46内设置有视场光阑45，并通过其拨杆手动实现视场光阑45的打开和闭合；
87.cmos转接筒43对cmos相机44进行转接后，设置在cmos固定法兰42内，从而利用cmos固定法兰42调节cmos转接筒43的位置，进行调节cmos相机44到理想靶面位置，并实现cmos相机44的定位；
88.通过由主光路模块5的散射光汇聚在cmos相机44的敏感面上成像，另一部分散射光通过第二分光棱镜48汇聚在到pmt47的入光口里，从而被pmt47所接收；
89.令pmt47所在位置与cmos相机44所在位置为共轭关系。
90.测焦头33将商用dvd激光读取头hop-1120的音圈电机和透镜摘除后配合第一分光棱镜55和显微物镜51组成基于改进商用dvd激光读取头的像散法对焦实验测试装置。测焦模块3包括：测焦转接板31、测焦外壳32、测焦头33；如图8所示。
91.测焦头33固定在测焦外壳32上，测焦外壳32和测焦转接板31固定，测焦转接板31固定在第一基座52上。
92.测焦头33发出的激光通过第一分光棱镜55的折转后，由显微物镜51汇聚到待测样品74的表面，并通过接收自身反射回来的光斑形状以判断离焦量。
93.本实例中，一种基于平面光学元件表面疵病检测装置的检测方法包括以下步骤：
94.步骤1、将待测样品74的待测表面朝上并放置于样品座75里，打开激光器1并调节其功率，通过调整第一折转架22、第二折转架24、第一高度调节杆26和第二高度调节杆25的位置，使得激光器1的入射光斑按照所设定的位置和角度入射到待测样品74的表面；
95.步骤2、调节倾斜台76，使待测样品74成水平放置；
96.步骤3、打开测焦头33，其发出的激光经过第一分光棱镜55由显微物镜51汇聚并打在待测样品74上，其产生的反射光原路返回并被测焦头33内自身带有的四象限探测器所接收，得到与离焦量成一一对应关系的电压信号，并根据得到的电压信号，将对应的离焦量传递给竖直位移台72进行调节，以到达显微物镜51的最佳焦面位置；
97.步骤4、当待测样品74的检测区域无疵病时，打到待测样品74表面所产生的反射光全部进入光陷阱63中；当待测样品74的检测区域有疵病时，光滑区域表面产生的反射光依然进入光陷阱63，而疵病区域对入射光线形成散射，产生的散射光分布在待测样品74上方空间，且一定立体角范围内的散射光被显微物镜51接收；
98.步骤5、打开视场光阑45，散射光经过显微物镜51的准直后，经过第一分光棱镜55到达管镜54，由管镜54对光线进行聚焦后，通过遮光筒57被第二分光棱镜48分成两路，其中的第一路聚焦在cmos相机44的理想靶面上成像，第二路通过转接圆筒46内的视场光阑45聚焦在pmt47的入光口处，被pmt47所接收；
99.步骤6、由pmt47对待测区域进行初次探测，若探测得到的散射光能量小于预先设定的检测阈值，则表示待测区域为优良区域；否则，表示待测区域存在疵病；
100.步骤7、由计算机控制二维位移台77按照所设定的路线和步距进行移动，从而可以检测待测样品74的整个光学元件表面各个区域的散射光能量大小以及是否是优良区域；
101.若相邻的优良区域面积组成的最优无缺陷区域面积大于所设定的阈值面积，则对最优无缺陷区域进行标记，并将待测样品74作为合格品直接使用，结束流程；否则，执行步骤8；
102.步骤8、关闭视场光阑45，由coms相机44对待测区域进行成像，得到单个待测区域的疵病二维图像信息；由计算机控制二维位移台77按照所设定的路线和步距进行移动，得到待测样品74的所有待测区域的疵病二维图像信息；
103.步骤9、将得到的所有待测区域的图像进行预处理以及图像拼接处理，从而得到当前旋转台78角度下的待测样品74的整个光学元件表面疵病完整二维图像信息；
104.步骤10、计算机控制旋转台78以一定的步距进行旋转后，再按照步骤8和步骤9的过程进行处理，直至完成一周的旋转，从而得到不同方位角度下的整个光学元件表面疵病完整二维图像并进行图像融合处理，进而得到待测样品74的整个光学元件表面完整真实的疵病的位置和二维尺寸信息。