[发明专利]一种光学元件表面疵病三维信息的检测系统及检测方法

权利要求书

1.一种光学元件表面疵病三维信息的检测系统，其特征在于：激光器(1)，起偏器(2)，待测件(3)，显微成像系统(4)，光电探测器一(5)，检偏器(6)，光电探测器二(7)构成；

激光器(1)发出的光束经过起偏器(2)得到偏振光，入射在待测件(3)的表面，待测件(3)表面因存在缺陷产生背向散射光，入射到显微成像系统(4)；显微成像系统(4)与光电探测器一(5)连接，光电探测器一(5)接收光学元件表面缺陷引起的背向散射光，并将散射光成像在光电探测器一的靶面上，光电探测器一与计算机连接，将信号输入计算机进行处理，得到表面疵病信息；光电探测器二(7)接收待测件(3)经过检偏器(6)的反射光方向临近区域的散射光，检测表面粗糙度。

2.根据权利要求1所述的一种光学元件表面疵病三维信息的检测系统，其特征在于：所述的显微成像系统(4)为显微物镜。

3.根据权利要求1所述的一种光学元件表面疵病三维信息的检测系统得检测方法，其特征在于：所述的检测方法为：

步骤一：激光器由光学夹具固定，使激光以一定的角度入射到待测件的表面上，激光的功率可调,激光器发出的光束经过起偏器，得到偏振光；偏振光以45°入射待测件的表面上，使待测件表面存在缺陷的地方产生散射；

步骤二：产生的背向散射光，在竖直方向上经过显微物镜成像，使其汇聚到光电探测器一的靶面上，光电探测器一通过与计算机相连，将得到的表面疵病图像进行处理，为后续测量做准备；

步骤三：另一束在反射光方向临近区域产生的散射光经过检偏器，得到偏振散射光，被光电探测器二接收，利用角分布散射测量三维散射分布ARS，推导表面功率谱密度PSD，由此得到表面粗糙度；

步骤四：在检测过程中，如果被测件检测出有表面疵病的存在，这时测量的表面粗糙度是表面疵病的粗糙度，不是整个被测件的粗糙度，应该摒弃；同时可利用表面疵病和表面粗糙度的关系，得到这一区域表面疵病的深度信息。

4.根据权利要求3所述的一种光学元件表面疵病三维信息的检测系统得检测方法，其特征在于：所述的表面粗糙度和表面疵病的关系为：

将原始表面定义为f(x,y)，其中的基准平面定义为ξ(x,y)，则三维粗糙度表面为

h(x,y)＝f(x,y)-ξ(x,y) (1)

统计表面粗糙度的指标：三维粗糙度算术平均偏差Sa和三维粗糙度均方根粗糙度Sq

其中S为采样面积，将上式离散化后可表示为

当表面疵病存在的情况下，有

Δh为表面疵病的平均高度(取绝对值)，A,B为疵病区域的长宽，则表面疵病引起的Sa,Sq的増量

在采样尺度—定的情况下，当存在表面疵病时，表面粗糙度的增量ΔSa与疵病的平均高度Δh、采样区域长M宽N，疵病横向尺寸A和纵向尺寸B有关；ΔSq与疵病的几何形状尺寸Δh、M,N，A,B和无疵病时候的粗糙度Sq有关，

测量表面粗糙度时用角分布散射方法，三维散射分布由ARS量化，ARS定义为散射到一个立体角ΔΩ_s的光散射功率ΔP_s与该立体角和入射光功率P_i乘积的比值：

其中φ_s和θ_s是相对于表面法线和入射面定义的散射角，散射方位角；

表面的功率谱密度(PSD)函数可以由ARS测量计算如下：

表面粗糙度与表面功率谱密度的关系如下：

从(8)中可知，表面功率谱密度和表面粗糙度的关系，通过测量ARS可得到一定区域上的表面粗糙度，通过连系上诉中在一定区域内表面粗糙度和表面疵病的关系，即可得到表面疵病的深度信息。