透明材料的光学相干层析扫描检测系统及其方法与流程

本发明涉及光学检测，尤其涉及一种透明材料的光学相干层析扫描检测系统及其方法。

背景技术：

1、透明的光学元件是光学系统中非常重要的元件。透明的光学元件表面及内部缺陷(如裂纹、划痕等)严重影响了光学元件的光学性能，在光学系统的使用中，对测量结果带来很大的影响，而且，一些光学元件还会作为基底用于表面镀膜，这就对光学元件的质量提出了很高的要求，如表面平整度，表面及亚表面没有超标的缺陷等等。然而元件在生产加工中难免会产生缺陷，这些缺陷一般都是微米级甚至更小，无法通过肉眼直接识别，如何快速、无损、准确的对透明光学元件表面及内部缺陷进行定性定量地测量，是提高透明光学元件质量的前提条件。

2、透明材料(包括透明光学元件但不限于光学元件)内部缺陷的检测方法主要分为有损检测和无损检测。有损检测技术在检测过程中易产生新的损伤，因此无损检测技术得到了广泛的应用，无损检测主要是借助光学、声学、电磁学的手段来对样品的内部缺陷进行探测，主要有激光扫描共聚焦显微镜成像检测技术、超声检测技术、光学相干层析技术、x-ray检测技术。对于显微成像和共聚焦成像技术，虽然其对应的分辨率较高，但成像速度非常有限，需对被测样品进行三位逐点扫描；对于超声检测和x-ray检测，二者虽均可获得被测样品的内部结构信息，但空间分辨率不足，且后者结构庞大、复杂，检测时间长，速度慢，维护成本较高，长期使用可能会对操作者带来一定的安全隐患；对于光学相干层析技术在保证成像灵敏度的同时可以实现很高的空间成像分辨率，但是深度检测范围有限，需对透明材料进行翻转，才能完成检测，步骤繁琐，检测速度慢。这些检测方法对被测样品没有损伤，但是往往存在或分辨率低、或检测速度慢、或探测深度有限等缺点，无法满足工业检测需求。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中透明材料内部缺陷的检测方法无法满足工业检测需求的技术问题，本发明提供一种透明材料的光学相干层析扫描检测系统，提高了分辨率和探测深度，检测速度快，能满足工业检测需求。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种透明材料的光学相干层析扫描检测系统，包括：光谱宽带光源、光纤耦合器、样品臂、参考臂、光谱仪以及中央处理模块；

3、所述光谱宽带光源用于发出低相干光，所述光纤耦合器包括输入端、第一输出端、第二输出端以及第三输出端，所述光谱宽带光源与所述光纤耦合器的输入端相连；

4、所述样品臂包括依次设置的第一偏振控制器、第一光纤准直器、二维扫描振镜和扫描透镜；所述光纤耦合器的第一输出端经过所述第一偏振控制器与所述第一光纤准直器相连，所述第一光纤准直器的光轴和所述二维扫描振镜的光轴重合，所述扫描透镜的光轴垂直于所述二维扫描振镜的光轴，被测样品置于所述扫描透镜的焦平面处；

5、所述参考臂包括依次设置的第二偏振控制器、第二光纤准直器、聚焦模组和反射器；所述光纤耦合器的第二输出端经过第二偏振控制器与所述第二光纤准直器相连，所述第二光纤准直器的光轴和所述聚焦模组的光轴重合，所述反射器置于所述聚焦模组的焦平面处；

6、所述光谱仪包括依次设置的第三偏振控制器、准直模组、透射式衍射光栅、聚焦光学模组和线扫相机；所述光纤耦合器的第三输出端经过所述第三偏振控制器与所述准直模组相连，所述透射式衍射光栅基于衍射原理置于所述准直模组的出射光路上，所述聚焦光学模组置于所述透射式衍射光栅的出射光路上，所述线扫相机的感光面与所述聚焦光学模组的后焦平面重合，所述线扫相机与所述中央处理模块连接。

7、进一步，具体地，所述准直模组为双胶合透镜，所述双胶合透镜的表面镀有具有所述宽带光源波段的增透膜。

8、进一步，具体地，所述聚焦光学模组包括依次设置的第二平面反射镜、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜和发散透镜；

9、所述第二平面反射镜的光轴垂直所述透射式衍射光栅的光轴；

10、所述第二平面反射镜的光轴、所述第一聚焦透镜的光轴、所述第二聚焦透镜的光轴和所述发散透镜的光轴重合。

11、进一步，具体地，所述中央处理模块包括：采集控制单元、处理单元以及显示单元；

12、所述线扫相机、所述二维扫描振镜和所述处理单元均与所述采集控制单元连接，所述处理单元与所述显示单元连接。

13、进一步，具体地，所述反射器为第一平面反射镜或镜面回射器；

14、进一步，具体地，所述被测样品为透明样品或半透明样品或高散射样品。

15、一种透明材料的光学相干层析扫描检测方法，所述方法包括：

16、s1，将被测样品放置在承载机构的承载平台上；

17、s2，采用如上所述的透明材料的光学相干层析扫描检测系统对所述被测样品进行断层扫描，获取所述被测样品的3d原始层析信号，其中，所述3d原始层析信号包括所述被测样品的深度信号；

18、s3，中央处理模块处理所述3d原始层析信号得到所述3d解析图像，根据所述3d解析图像进行缺陷的识别及分类，输出检测结果；

19、所述步骤s2具体包括以下步骤；

20、s21，光谱宽带光源经过光纤耦合器得到的光源分为两路光源，分别为第一路光源和第二路光源，所述第一路光源通过所述光纤耦合器的第一输出端进入样品臂，所述第二路光源通过所述光纤耦合器的第二输出端进入参考臂，将经过所述样品臂产生的反射光和所述参考臂反射的延迟光经过所述光纤耦合器耦合，得到干涉光；

21、s22，所述干涉光经过所述光纤耦合器的第三输出端进入光谱仪，经所述光谱仪内的线扫相机采集得到所述3d原始层析信号。

22、进一步，具体地，所述步骤s21具体包括以下步骤：

23、s211，第一光纤准直器将所述第一路光源准直为平行光，并通过二维扫描振镜和扫描透镜聚焦到所述被测样品之上，所述被测样品各感兴趣层产生的反射光，并按原光路返回至光纤耦合器；

24、s212，第二光纤准直器将所述第二路光源准直为平行光，并通过聚焦模组聚焦到反射器上，所述反射器反射的延迟光按原光路返回至光纤耦合器；

25、s213，将从所述被测样品各感兴趣层产生的反射光与所述反射器反射回来的延迟光传输至所述光纤耦合器耦合干涉，得到所述干涉光；

26、其中，在耦合过程中，通过第一偏振控制器调节被测样品各感兴趣层产生的反射光的偏振态，通过第二偏振控制器调节反射器反射的延迟光的偏振态。

27、进一步，具体地，所述步骤s22具体包括以下步骤：

28、s221，装配有第三偏振控制器用以调节所述干涉光的偏振态，准直模组将所述干涉光准直为平行光入射到透射式衍射光栅；

29、s222，所述透射式衍射光栅对准直的干涉光进行衍射实现分光，不同的波长对应于不同的衍射角度；

30、s223，分光后的干涉光经由所述聚焦光学模组改变光路方向，并对光束进行聚焦，最终所述不同波长的光束聚焦在所述线扫相机感光面551上的不同位置处，由所述线扫相机采集得到所述3d原始层析信号。

31、进一步，具体地，所述中央处理模块用于控制所述二维扫描振镜的同时，还控制所述承载平台使得所述被测样品发生位移。

32、本发明的有益效果是：

33、(1)本发明一种透明材料的光学相干层析扫描检测系统，通过设置的扫描透镜能够校正从被测样品各感兴趣层产生的反射光的畸变以及场曲，提高了对被测样品的检测精度；

34、(2)相对现有技术中需对被测样品进行翻转，以此来对其上下表面分别检测，本发明通过对光谱仪改进，在保证系统分辨率的同时，提高了成像检测深度，操作步骤简单，提高了检测时间和检测效率；

35、(3)本发明使得最大成像深度达到10mm量级，适用性高，能够满足更多应用场景的检测需求。