[实用新型]一种结构光调制的暗场显微缺陷三维测量系统

说明书

本实用新型公开了一种结构光调制的暗场显微缺陷三维测量系统，包括光源、空间光调制器、第一透镜、分光镜、显微物镜、第二透镜、第三透镜、滤波器、第四透镜和CCD；所述空间光调制器用于接收光源发出的光并调制成结构光；所述空间光调制器调制的结构光依次经过第一透镜、分光镜和显微物镜微缩投影至样品上并在样品上反射形成零级光和一级光；所述零级光依次经过显微物镜、第二透镜和第三透镜达到滤波器；所述一级光依次经过显微物镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜到达CCD成像。本实用新型解决了现有无损检测方法存在照明背景光和离焦光干扰缺陷散射光成像的问题。

技术领域

本实用新型涉及材料检测领域，具体涉及一种结构光调制的暗场显微缺陷三维测量系统。

背景技术

对透明光学材料缺陷的三维形态的准确测量，是获得高品质低缺陷的光学元件的关键之一。现有的缺陷检测方法可分为有损检测和无损检测两大类。有损检测方法(如截面显微法、角度抛光法、离子束刻蚀法和磁流变抛光斑点法等)通过腐蚀、抛光等手段将缺陷的内部结构暴露并扩大，检测缺陷的深度信息，检测精度较高，但会导致光学元件破坏或失效，只能作为一种抽检手段。无损检测方法不破坏光学元件，并且效率高、成本低，已经成为缺陷检测的必然发展趋势。

在无损检测方法中，暗场成像法灵敏度很高，但仅能测量缺陷的二维结构，缺乏对纵向深度的检测能力。无损的三维微缺陷检测方法主要包括白光干涉、原子力显微、共聚焦扫描显微、光学相干层析、数字全息显微、全内反射暗场显微等技术，其中白光干涉、原子力显微只能检测表面缺陷的三维形貌，其他几种方法都同时具有表面和内部缺陷的三维检测能力，但存在照明背景光和离焦光干扰缺陷散射光成像的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种结构光调制的暗场显微缺陷三维测量系统，解决现有无损检测方法存在照明背景光和离焦光干扰缺陷散射光成像的问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种结构光调制的暗场显微缺陷三维测量系统，包括光源、空间光调制器、第一透镜、分光镜、显微物镜、第二透镜、第三透镜、滤波器、第四透镜和CCD；

所述空间光调制器用于接收光源发出的光并调制成结构光；

所述空间光调制器调制的结构光依次经过第一透镜、分光镜和显微物镜微缩投影至样品上并在样品上反射形成零级光和一级光；

所述零级光依次经过显微物镜、第二透镜和第三透镜达到滤波器；

所述一级光依次经过显微物镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜到达CCD成像。

本实用新型所述显微物镜既是照明透镜，又是成像物镜，所述CCD为荷耦合元件，可以称为CCD图像传感器。

零级光为照明背景光的绝大部分，一级光包含小部分照明背景光和部分缺陷散射光，使用外置滤波器能够去除大部分照明背景光。

在焦光和离焦光的分离是通过高频结构光场照明和后续的调制度分析算法实现的，这个高频结构光场是指空间光调制器的调制的结构光必须是高频才能使在焦光与离焦光的分离效果最好，具体来讲，结构光频率为具体的系统截止频率的一半时，分离效果最好。

系统截止频率f_c＝2NA/λ，其中NA为显微物镜的数值孔径，λ为照明光波长。

综上，本实用新型使用高频结构光场照明缺陷，通过结构光频域调制的方式分离在焦光与离焦光，并使用外置频域滤波器去除大部分照明背景光，可排除照明背景光和离焦光干扰的干扰，提升成像灵敏度。

进一步地，滤波器置于第三透镜和第四透镜之间。

进一步地，第三透镜的后焦面和第四透镜的前焦面重合形成频谱面，所述滤波器位于频谱面上。

进一步地，滤波器的尺寸小于CCD的孔径尺寸。