一种高速大范围高分辨率成像系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学成像技术领域，特别涉及一种高速大范围高分辨率成像系统。
[0002]
【背景技术】
[0003]光学表面的缺陷检测通常采用显微成像的方法，即利用显微镜光学透镜的放大功能将被测平面上的划痕等用面阵相机记录下来。该方法能分辨最小的划痕的尺寸取决于所用显微镜的分辨率;该方法所能探测的范围取决于面阵相机的像元数量。
[0004]高速大范围光学表面的高精度缺陷检测通常面临以下三个难点:1、显微镜的成像分辨率和视场是一对矛盾，提高成像分辨率必须以牺牲视场大小为代价；例如，一个分辨率为2微米的显微成像系统经像差校正后光学视场直径为20毫米;为了完全记录直径为20毫米的光学视场，需要一个10000X 10000的面阵相机，但是通常的工业面阵相机像素数不会超过9000 X 7000; 2、显微镜成像分辨率和景深也是一对矛盾，提高成像分辨率必然牺牲成像景深，进而增加成像系统的对焦难度;3、高精度大范围成像通常由于数据量的原因无法实现高速检测。
[0005]光谱编码共焦显微镜(SpectrallyEncoded Confocal Microscopy，SECM)是一种并行式的共焦反射显微镜(US6341036)。普通共焦显微镜采用单色激光作为激发光源，因此在物镜焦平面上只有一个聚焦点，所以必须通过X和Y两个横向维度的机械扫描来实现二维成像;与普通共焦显微镜不同的是，SECM采用宽谱光源，并利用一个光栅将该宽谱光在无限空间内向不同方向散开，从而在物镜的焦平面内形成一个线焦点；SECM所形成的线焦点上的每一个点都对应于一个唯一的波长，所以只需要用一个光谱仪就可以并行探测线焦点上所有点得反射光强。因此，SECM要比普通的共焦显微镜快1000倍左右。
[0006]明场和暗场探测:照明激光入射到无缺陷的光学表面只会发生反射，而不散射;照明激光入射到光学表面的划痕等缺陷部位就会发生散射，通常散射会改变光的传播角度和偏振方向。在光学表面缺陷检测当中，从无缺陷的部分反射回来的光不但没有有用信息，而且会缩小光敏探测器的有效动态范围，造成探测灵敏度低的问题。现有所有的SECM技术采用明场探测从被成像物体返回的光信号，由于明场探测道德光信号主要是反射光，因而不适合光学表面缺陷检测的要求。暗场光路主要探测缺陷处发出的散射光，并且阻止无缺陷处发出的反射光进入光敏探测器，因而适用于缺陷检测。
[0007]
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种高速大范围高分辨率成像系统，实现了高分辨率、大范围、高速、低成本的划痕探测。
[0009]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:一种高速大范围高分辨率成像系统，所述成像系统包括宽谱光源、准直透镜、偏振分光镜、光束阻挡器、四分之一波片、景深扩增器、扫描机构、光栅、物镜、光敏探测器、触发电路、光谱仪，其中，所述准直透镜位于所述宽谱光源的出射光路上，经所述准直透镜后的光源准直形成一束准直光;所述偏振分光镜位于所述准直光的出光路径上，将所述准直光分束形成一束直通光与一束反射光;所述反射光被所述光束阻挡器吸收;所述直通光经所述四分之一波片、景深扩增器、扫描机构、光栅、物镜后投射到被测物体上;从被测物体表面散射的光经原光路返回，在经过所述四分之一波片时，偏振方向改变的散射光入射至所述偏振分光镜后，被反射的部分到达所述光敏探测器上，当所述散射光的散射光信号超过设定阈值时，所述光敏探测器输出电信号至所述触发电路从而触发所述光谱仪中的线阵相机曝光。
[0010]优选地，所述成像系统以所述准直透镜中心、偏振分光镜中心连线的光轴方向为X轴；以所述四分之一波片中心、景深扩增器中心连线的光轴方向为Y轴；以准直透镜的中心为原点，根据左手定则，建立坐标系;所述直通光经四分之一波片后，其出射光的偏振方向相对于其入射光发生90°偏转，所述直通光的出射光路落在Y轴方向上，且所述直通光的出射光经光栅后的光谱中心光线与物镜的光轴垂直正交。
[0011]优选地，所述偏振分光镜与光敏探测器间还设有反射镜。
[0012]由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点:
1)本发明的成像系统结合了SECM和暗场光路探测，既增大了探测范围又提高了探测灵敏度；
2)本发明的成像系统采用了阈值触发曝光技术来减少线阵相机的数据量，实现图像的快速采集、处理和存储;并降低了对相机速度、计算机速度和存储空间的要求；
3)本发明中所采用的光谱仪，其采用了线阵光相机，其像元数可达16000以上，相比基于面阵相机的检测显微镜，本发明将探测范围提高了 4倍以上，数据量降低了到1%以下。
[0013]
【附图说明】
[0014]附图1为本发明所述的高速大范围高分辨率成像系统的结构示意图；
其中:100、宽带光源；101、准直透镜；102、偏振分光镜；103、光束阻挡器；104、四分之一波片；105、景深扩增器；106、扫描机构；107、光栅；108、物镜；109、被测物体；110、反射镜；111、光敏探测器;112、触发电路;113、光谱仪；
120、准直光；130、直通光；131、直通光的出射光；140、反射光；150、透射光束；160、光谱的中心光线;170、线焦点。
[0015]
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
[0017]参见图1所示，一种高速大范围高分辨率成像系统，该成像系统包括宽谱光源100、准直透镜101、偏振分光镜102、光束阻挡器103、四分之一波片104、景深扩增器105、扫描机构106、光栅107、物镜108。
[0018]其中，准直透镜1I位于宽谱光源100的出射光路上，经准直透镜1I后的光源准直形成一束准