[发明专利]基于光谱估计与电子分光技术的光学元件表面疵病检测方法

说明书

一种基于光谱估计与电子分光技术的光学元件表面疵病的检测方法，本发明通过光谱估计与电子分光技术获取疵病图像的单波长分光图像以及彩色分光图像，并对疵病分光图像进行优化处理并自动筛选最佳分光图像。相较于现有技术，本发明解决了现有技术白光照明时不同波长的相互叠加导致的疵病信息被掩盖的问题，通过利用光谱技术选择合适的检测波长识别疵病，解决了物理分光的成本和效率问题，提高了疵病检测的效率和精度、降低了疵病检测成本。

技术领域

本发明涉及光学元件表面疵病检测，特别是一种基于光谱估计与电子分光技术的光学元件表面疵病检测方法。

背景技术

光学元件经精密抛光加工后元件表面仍存在有麻点、划痕、破点、开口气泡等疵病。在精密光学系统中，光学元件表面疵病引起衍射而产生噪声光斑，使系统精度降低。同时表面疵病还会吸收光能量，产生热应力，使光学元件表面甚至整个光学系统遭受破坏。因此，光学元件表面疵病的检测是精密光学元件应用的前提。

光学元件表面疵病检测法目前主要有目视法、滤波成像法、暗场成像法等，通常采用基于白光照明和传统光学显微成像术的暗场成像法。该方法采用单色相机作为成像装置和白光作为照明光源，不同强度、不同波长的表面散射光相互叠加，光学元件表面疵病的细节信息容易被掩盖或者忽略，特别是当疵病尺寸达到微米量级时，采用现有白光照明检测技术，已不能准确检测表面疵病尺寸和数量。另外，通过物理分光进行疵病分光图像提取的方式受到滤光片的限制，在检测方便程度以及检测效率上都不足以进行快速的光学元件疵病图像检测。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，为了解决采用白光照明时不同波长的表面散射光相互叠加后，光学元件表面疵病的细节信息被掩盖或忽略的问题以及物理分光方法中检测效率低、成本高的缺点，提出一种基于光谱估计与电子分光技术的光学元件表面疵病的检测方法。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于光谱估计与电子分光技术的光学元件表面疵病的检测方法，光学元件表面疵病检测系统包括光源单元、显微成像单元、彩色相机、高精度位移台和计算机，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)获取光学元件表面疵病的彩色图像：将待测光学元件置于所述的高精度位移台上，采用高精度位移台实现待测光学元件的定位和对焦，光源系统发出的光经过光纤分光器后分成四束对称的平行光斜入射到待测光学元件表面，实现近似环形照明，待测光学元件表面的散射光经过显微成像单元后会聚到彩色相机的成像面成像，获取光学元件表面疵病的彩色图像并输入所述的计算机；

2)所述的计算机将光学元件表面疵病图像按下列步骤进行处理：

①计算光谱估计矩阵G：像素点(x，y)处的输出信号v_i的计算公式如下：

v_i＝∫_visE(λ)S(λ)f_i(λ)L(λ)r(λ，x，y)dλ，i＝{r，g，b}

其中，E(λ)代表光源的光谱辐射分布，S(λ)代表光谱灵敏度，f_i(λ)代表彩色滤波片的光谱传输，L(λ)代表光学镜头的光谱传输率，r(λ，x，y)代表待测光学元件的表面反射率；

将反射光谱r离散化并表示为矩阵形式：

v＝[v_r v_g v_b]^T＝Ar＝A[r(λ₁) r(λ₂)...r(λ_n)]^T

其中，A代表系统矩阵，代表整个检测系统的特性；

估计反射矩阵r′表示为：r′＝Gv，其中G为最小二乘估计法计算得到的估计矩阵，该估计法使得待测光学元件实际反射光谱r和估计得到的反射光谱r′均方差最小化，G的计算表达式如下，