一种共焦显微拉曼光谱光学缺陷检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种共焦显微拉曼光谱光学缺陷检测系统，涉及拉曼光谱分析技术领域，通过两种过滤：其一是利用显微共焦技术控制系统的微区扫描位置，并滤除非焦区域的散射光信号；其二是利用拉曼散射光频率改变的性质，滤除强反射光以及背景杂散光。最后通过分析样品不同位置的拉曼光谱变化情况，进而间接实现对表面缺陷的表征。采用了扫描振镜进行光束控制，速度快、控制精度高，解决了大口径光学元件的快速检测问题。的快速检测问题。的快速检测问题。

【技术实现步骤摘要】
一种共焦显微拉曼光谱光学缺陷检测系统


[0001]本专利技术属于光学元件领域，涉及拉曼光谱分析技术，具体是一种共焦显微拉曼光谱光学缺陷检测系统。

技术介绍

[0002]在空间光学、惯性约束核聚变、微光学、极紫外光刻、超大规模集成电路等光学领域，对高表面质量的超光滑光学元件存在着广泛的需求。光学元件的形貌误差、粗糙度、划痕、麻点等缺陷会造成散射、能量吸收、有害的耀斑、衍射花纹、膜层破坏、激光损伤等，直接影响整个光学系统的性能和正常运行。
[0003]光学检测领域对光学晶体等精密光学元件缺陷检测技术的研究起步较早，针对具有局部微小缺陷的光学元件高精度检测，研究人员先后发展了一系列物理检测及评价方法：基于光散射的检测技术，包括暗场显微成像、基于样品散射特性进行扫描成像等；目前，工业中最常用的光学元件表面缺陷扫查手段则是暗场散射显微成像法，该方法是在暗场条件下，通过缺陷对入射光散射产生的散射像反演出缺陷轮廓，白光光源下暗场成像则难以进行缺陷形貌类型量化分析，且该方法受环境照及成像系统设置等影响较大，对缺陷轮廓反演的精度有限。
[0004]因此，提出一种共焦显微拉曼光谱光学缺陷检测系统。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出基于显微拉曼的光学元件缺陷检测方法，该一种共焦显微拉曼光谱光学缺陷检测系统针对激光透过被测光学系统表面及内部缺陷发生了光的散射现象，创新性地采用共焦显微拉曼光谱分析结合扫描振镜的方式，对激光和非线性光学晶体的表面及内部微缺陷进行快速、准确检测识别，进而拓展到精密光学元件和大口径光学元器件，解决了如何对光学元件中的缺陷的类型、分布和形成机理等进行系统分析的问题。
[0006]为实现上述目的，根据本专利技术的第一方面的实施例提出一种共焦显微拉曼光谱光学缺陷检测系统，包括光源1、滤波器2、扫描振镜模组3、扫描振镜镜组4、第一分光器5、第二分光器6、显微物镜镜组7、被测光学元件8、三维运动控制平台9、透镜组10、夹缝11、拉曼光谱仪12、二维光电传感器13、数据处理分析模块14、控制器模块15；所述拉曼光谱仪12以及二维光电传感器13采集数据，以及数据处理分析模块对采集的数据进行处理包括以下步骤：步骤S1: 开启光源，让入射光进入二维光电传感器13；步骤S2：建立被测光学元件8与二维光电传感器13直角平面坐标的映射关系；步骤S3：被测光学元件8移入显微物镜镜组7的像方平面位置；步骤S4：控制二维光电传感器13实时采集被测光学元件8的图像数据；将被测光学元件（8）分割出不同的视场；
步骤S5：移动被测光学元件，将每个视场移至显微镜镜组（7）的焦平面位置；二维光电传感器（13）采集被测每个视场下的暗场散射图像数据并发送给数据处理分析模块（14）；步骤S6：拉曼光谱仪（12）采集各个视场的拉曼光谱数据发送给数据处理分析模块（14）；步骤S7：获得所有视场下的二维光电传感器13采集被测光学元件8的暗场散射图像数据和被测光学元件8的拉曼光谱数据，并全部发送给数据处理分析模块14；步骤S8：数据处理分析模块14通过分析每个视场下拉曼光谱数据中，各个特征峰的变化情况，选择变化最大的波数进行特征分析；步骤S9：数据处理分析模块14以三维运动控制平台反馈的空间坐标位置为基准，对每个视场下的拉曼光谱数据进行分析；步骤S10：数据处理分析模块14对二维光电传感器13采集若干个暗场散射的图像数据进行分析，实现准确的二维拼接成像；步骤S11：数据处理分析模块14通过联立暗场散射数据分析的结果和拉曼光谱数据分析结果，对被测光学元件8的表面缺陷进行评估。
[0007]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术基于两重过滤：其一是利用显微共焦技术控制系统的微区扫描位置，并滤除非焦区域的散射光信号；其二是利用拉曼散射光频率改变的性质，滤除强反射光以及背景杂散光。最后通过分析样品不同位置的拉曼光谱变化情况，进而间接实现对表面缺陷的表征。实现了对大口径光学元件的快速检测。
附图说明
[0008]图1为本专利技术的原理图；图2为本实施方式的控制器模块运动轨迹的一个示意图；图3为本实施方式的拉曼光谱数据的示意图；图4为本实施方式的光学元件缺陷检测方法流程图。
具体实施方式
[0009]下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0010]如图1所示，一种共焦显微拉曼光谱光学缺陷检测系统，包括光学缺陷检测仪、数据处理分析模块14;其中，所述光学缺陷监测仪包括光源1、滤波器2、扫描振镜模组3、扫描振镜镜组4、第一分光器5、第二分光器6、显微物镜镜组7、被测光学元件8、三维运动控制平台9、透镜组10、夹缝11、拉曼光谱仪12、二维光电传感器13、控制器模块15；其中，所述扫描振镜镜组4由两个旋转镜片组成，并与控制器模块15相连，可以通过控制器模块15控制两个旋转镜片的旋转角度，从而控制激光光束的传播角度；
其中，所述显微物镜镜组7可以通过更换显微物镜的放大倍率，从而实现不同微区尺度的检测；所述显微物镜镜组7可以根据所述数据处理分析模块14中对所述二维光电传感器13采集的光电图像数据进行分析，判断被测光学元件8是否位于所述显微物镜镜组7的最佳焦平面位置，如果处于离焦状态，则可以控制三维运动控制平台9进行上下位移，从而确保所述的被测光学元件8位于所述显微物镜镜组7的最佳焦平面处；其中，所述三维运动控制平台9是用于放置被测光学元件8，并且把被测光学元件移入检测点位置，并带动被测光学元件8沿着x方向、y方向和z方向步进运动的三维位移台；其中，所述透镜组10用于对经第二分光器6分光后要进入拉曼光谱仪12的光束进行调节，并配合夹缝11的位置及宽度的调节，从而实现与激光光源的共焦效果；其中，所述夹缝11，可以通过设定其位置及夹缝的宽度，从而实现共焦显微拉曼光谱数据的采集；所述二维光电传感器13是照相机、CCD、CMOS图像传感器，或二维光电探测器阵列，其探测面上接收被测光学元件8的二维光学图像数据，并与数据处理分析模块14相连；其中，所述的数据处理分析模块14用于对拉曼光谱仪12和二维光电传感器13采集的数据进行处理、分析与数据存储；数据处理分析模块14可根据拉曼光谱仪12采集到拉曼光谱数据进行分析，利用特征峰的光整数据结合三维运动控制平台9反馈的空间位置信息进行拼接成像；其中，所述的数据处理分析模块14与控制器模块15相连，并可以通过在数据处理分析模块14上设置参数从而通过控制器模块15对所述的三维运动控平台9、显微物镜镜组7和扫描振镜镜组4的工作状态参数进行调节；如图4所示，公开了一种共焦显微拉曼光谱光学缺陷检测系统对被测光学元件8的检测过程，包括以下步骤：步骤S1：开启光源1，形成入射光束101，入射光束101入射到扫描振镜镜组4后可以通过控制扫描振镜镜组4两个旋转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种共焦显微拉曼光谱光学缺陷检测系统，其特征在于，包括：光学缺陷检测仪、数据处理分析模块（14）；所述光学缺陷检测仪用于采集被测光学元件（8）的暗场散射图像数据和被测光学元件（8）的拉曼光谱数据；所述数据处理分析模块（14）通过分析拉曼光谱数据中，各个特征峰的变化情况，选择变化最大的波数进行特征分析；所述数据处理分析模块（14）以三维运动控制平台反馈的空间坐标位置为基准，对每个视场下的拉曼光谱数据进行分析；所述数据处理分析模块（14）对采集的若干个暗场散射的图像数据进行分析，实现准确的二维拼接成像；所述数据处理分析模块（14）通过联立暗场散射数据分析的结果和拉曼光谱数据分析结果，对被测光学元件（8）的表面缺陷进行评估。2.根据权利要求1所述的一种共焦显微拉曼光谱光学缺陷检测系统，其特征在于，所述光学缺陷检测仪包括光源（1）、滤波器（2）、扫描振镜模组（3）、扫描振镜镜组（4）、第一分光器（5）、第二分光器（6）、显微物镜镜组（7）、被测光学元件（8）、三维运动控制平台（9）、透镜组（10）、夹缝（11）、拉曼光谱仪（12）、二维光电传感器（13）、控制器模块（15）。3.根据权利要求2所述的一种共焦显微拉曼光谱光学缺陷检测系统，其特征在于，所述扫描振镜镜组（4）由两个旋转镜片组成，并与控制器模块（15）相连，通过控制器模块（15）控制两个旋转镜片的旋转角度，控制激光光束的传播角度。4.根据权利要求2所述的一种共焦显微拉曼光谱光学缺陷检测系统，其特征在于，所述数据处理分析模块（14）中对所述二维光电传感器（13）采集的光电图像数据进行分析；判断被测光学元件（8）是否位于所述显微物镜镜组（7）的最佳焦平面位置；如果处于离焦状态，则控制三维运动控制平台（9）进行上下位移。5.根据权利要求2所述的一种共焦显微拉曼光谱光学缺陷检测系统，其特征在于，所述三维运动控制平台（9）用于放置被测光学元件（8），并且把被测光学元件移入检测点位置，并带动被测光学元件（8）沿着x方向、y方向和z方向步进运动的三维位移台。6.根据权利要求2所述的一种共焦显微拉曼光谱光学缺陷检测系统，其特征在于，所述透镜组（10）用于对经第二分光器（6）分光后要进入拉曼光谱仪（12）的光束进行调节，并配合夹缝（11）的位置及宽度的调节。7.根据权利要求2所述的一种共焦显微拉曼光谱光学缺陷检测系统，其特征在于，所述透镜组（10）用于对经第二分光器（6）分光后要进入拉曼光谱仪（12）的光束进行调节，并配合夹缝（11）的位置及宽度的调节。8.根据权利要求2所述的一种共焦显微...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩军，吴飞斌，龙晋桓，
申请(专利权)人：泉州装备制造研究所，
类型：发明
国别省市：