光学元件疵病快速检测的方法研究

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光学元件的表面疵病是影响其外观与质量的重要因素之一,疵病对光学元件乃至整个光学系统的运行都会产生一定影响,为了保证光学元件的正常使用及光学系统的稳定运行,快速准确的检测光学元件表面的疵病情况十分重要。针对现阶段光学元件表面疵病检测方法的检测速度慢、效率低、检测成本高等问题,引用了一种基于偏振散射原理的光学元件表面疵病快速检测方法,设计了两种光学元件表面疵病快速检测装置,分别是反射式检测系统与透射式检测系统。并通过仿真和实验对该检测方法的可行性与精准性进行了验证,以实现大量光学元件快速高效分类的功能,满足企业对于生产的大量光学元件和光学镜头的初步分类工作。基于所设计的检测系统,应用FRED光学仿真软件搭建了光学元件表面疵病检测仿真系统,建立光源、起偏器、偏振分光镜、检偏器及实验样件等模型,设置各模型参数,通过改变样件模型表面的法向偏差角度来表示镜头的疵病严重程度,模拟疵病产生散射光的过程,计算出疵病散射光能量,分析仿真数据与疵病情况的对应关系。通过对反射式检测系统和透射式检测系统的仿真,证实了系统模型在有效范围内,随着法向偏差角的增大,接收器检测到的疵病散射光能量逐渐增大,符合检测到的数据值随着疵病严重程度加重而增大的线性关系。最后,基于相关原理及仿真模型,使用偏振片及偏振分光镜,氦氖激光器、光电探测器及数据测量模块搭建反射式实验检测装置,以手机镜头为例,在反射式检测装置中进行镜头的疵病状况检测,测得其疵病散射光光强的能量大小,建立疵病散射光强大小数据库,对比人工在显微镜下观察的镜头疵病状况,结合已知的疵病判定准则划分手机镜头合格标准的电压阈值,对镜头做出分类,分别为合格产品、临界产品和不合格产品。通过对130个手机镜头的检测,得到的散射光光强与镜头的疵病情况基本对应。实验结果表明,基于偏振散射特性的光学元件表面疵病快速检测方法可以实现对手机镜头表面质量情况的快速评估判定,证明了此检测方法的可行性,能够应用到企业中对光学元件表面疵病的检测及对光学元件快速分类的工作,达到单个元件测试时间在0.5s之内,满足企业高效率检测大批量光学元件和光学镜头的要求。
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