基于“点-线”共焦的暗场激光散射表面缺陷检测

作     者：常凯 王硕 程莹钧 田志彭 卢荣胜 谢兴龙 董敬涛 

作者机构：合肥工业大学仪器科学与光电工程学院测量理论与精密仪器安徽省重点实验室 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理重点实验室 

出 版 物：《激光与光电子学进展》 (Laser & Optoelectronics Progress)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

基　　金：国家自然科学基金(52275528) 国家重点研发计划课题(2023YFF0715504) 合肥市自然科学基金(2022018) 中国科学院高功率激光物理重点实验室开放基金(SGKF202108) 

主　　题：暗场散射 表面缺陷检测 线扫描 共聚焦 

摘      要：面向透明光学元件表面缺陷高速、高灵敏度的检测需求，针对现有暗场散射点共焦成像技术扫描效率低，以及线共焦成像技术散射光串扰的问题，通过部分打破成像物镜的物-像共轭约束，设计了一种由柱状椭面镜和线阵光纤束组合的暗场散射光“点-线共焦收集装置，突破了数值孔径和视场相互制约的瓶颈，将线视场从“毫米量级大幅提升至“百毫米量级；设计了一种高速激光线扫描策略，在元件表面每一瞬间只产生一个激光光斑，避免了缺陷散射光的串扰；在此基础上，开发出具有光学断层能力的“点-线共焦暗场激光散射测头，具备了分离透明光学元件前、后表面散射光的能力。实验表明，该测头的有效线视场达100 mm，散射光收集均匀性达80.7%；对于2 mm厚的透明元件，后表面缺陷散射光抑制信噪比可达14.1 dB；在8 mm/s的扫描速度下系统具备800 mm2/s的扫描效率，横向分辨率为20μm,1.16μm宽的划痕缺陷的散射信号信噪比可达10.9 dB，品质因子为6.9 cm-2s-1μm-1。