本發(fā)明屬于光學(xué)檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光學(xué)檢測裝置，尤其涉及一種表面瑕疵光學(xué)檢測裝置；同時，本發(fā)明還涉及一種表面瑕疵光學(xué)檢測方法。

背景技術(shù)：

目前一般采用一個特殊設(shè)計的渥氏棱鏡，并利用光的偏振特性來實現(xiàn)剪切干涉。渥氏棱鏡是有兩塊雙折射晶體組合而成。兩塊晶體的結(jié)合面是一個有一定角度的斜面，兩塊晶體的晶軸相互垂直。

一束線偏振的激光束，經(jīng)過一個渥氏棱鏡后，分成了兩束偏振正交的光，o光和e光，渥氏棱鏡的構(gòu)成使得o光和e光在經(jīng)過棱鏡的一個斜面后，由于折射率的差異而從兩個不同的角度出射。此時，兩束光的交匯點在棱鏡的內(nèi)部。在某些應(yīng)用中，兩束光的交匯點必須在棱鏡外面的某一個特定的位置，此時，需要對渥氏棱鏡作一些改動，如雙渥氏棱鏡。

雙渥氏棱鏡是將兩塊類似，但斜面角度略有不同的兩塊渥氏棱鏡，通過中間加一個半波長波片(波片的晶軸角度與渥氏棱鏡的晶軸角度成45度角)而組成，這樣形成的兩束光的夾角的大小由兩塊渥氏棱鏡的夾角決定，且第二個交匯點可在棱鏡的外部。

以上兩種棱鏡都可以將一束偏振光分成兩束偏振正交的光，但形成的兩束偏振光之間的夾角是固定的。圖1是一種角度可變的剪切干涉分光鏡的示意圖。

光滑表面的缺陷檢測目前已有多種方法，比較常用的是基于Machine Vision的光學(xué)檢測方法，這種方法的特點是可同時檢測并確定缺陷的種類、尺寸等參數(shù)，但缺點是分辨率及檢測速度較慢，通常檢測和分析時間在幾十秒到幾分鐘，這種速度無法滿足在線檢測的需要，要達到在10秒鐘內(nèi)完成對一片這樣的晶面檢測，即使采用更快的硬件和軟件技術(shù)，在短期內(nèi)也無法達到對檢測速度的要求。仔細觀察被測光滑表面，發(fā)現(xiàn)大部分被測表面是沒有需檢出的缺陷的，即使有，其數(shù)量也是很少的，而基于Machine Vision的檢測方法必須對整個表面進行無區(qū)別 的檢測，因而，不管被測表面是否有缺陷，檢測時間都是一樣的，而且大部分時間是用在對無缺陷的表面進行圖像采集和處理。

激光掃描和散射檢測技術(shù)可在很短的時間內(nèi)對一個直徑為75mm的光滑表面進行檢測并確定缺陷的具體位置(一般可檢測缺陷最小線度為1微米，如需檢測更小的缺陷尺寸，檢測時間會相應(yīng)增加)，并對缺陷圖像進行初步處理，確定是點缺陷還是線狀缺陷(如劃痕等)，所得到的缺陷圖可傳輸給下一級或同臺設(shè)備上的另一個檢測頭進行定量分析。

激光表面散射對光滑表面的微缺陷檢測的超高靈敏度早就被認識到了，如早期用于測量磁存儲器硬盤表面微缺陷的光學(xué)表面分析技術(shù)(Optical Surface Ana l yzer,OSA)就已在磁存儲器硬盤的生產(chǎn)過程中使用【參考文獻1：“Method of Inspecting Magnetic Disc and Apparatus Therefor and Process for Producing the Magnetic Disc”,US Patent:6,078,385,Jun.20,2000】，目前美國KLA-Tencor公司的一款用于LED襯底表面檢測的設(shè)備也是基于這種技術(shù)，但由于傳統(tǒng)的設(shè)計是將一束激光經(jīng)聚焦后以大角度的方式入射到被測表面上，光束與表面的相互作用區(qū)域局限于光斑的尺寸，一般在幾個毫米以內(nèi)，通過機械地移動被測表面來完成對整個表面的檢測，這種儀器盡管可對光滑表面的微缺陷進行檢測和分析，但測量速度較慢，不適合于在線檢測。

有鑒于此，如今迫切需要設(shè)計一種新的表面瑕疵光學(xué)檢測方式，以便克服現(xiàn)有檢測方式的上述缺陷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種表面瑕疵光學(xué)檢測裝置，可提高表面瑕疵的檢測精度及效率。

此外，本發(fā)明還提供一種表面瑕疵光學(xué)檢測方法，可提高表面瑕疵的檢測精度及效率。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種表面瑕疵光學(xué)檢測裝置，所述檢測裝置包括：激光器、偏振器、擴束鏡、第一調(diào)整鏡、第二調(diào)整鏡、第一偏振分光鏡、剪切棱鏡、掃描鏡面、遠心掃描透 鏡、積分球集光器、第一光電探測器、波片、第二偏振分光鏡、第二光電探測器；

所述激光器、偏振器、擴束鏡依次設(shè)置；激光束從激光器發(fā)出，經(jīng)偏振器后，進入擴束鏡，作為激光散射掃描及剪切干涉的光源；

所述第一調(diào)整鏡、第二調(diào)整鏡設(shè)置于擴束鏡及第一偏振分光鏡之間，光束經(jīng)擴束鏡后由第一調(diào)整鏡、第二調(diào)整鏡調(diào)整后進入第一偏振分光鏡；此時的光束偏振方向在與第一偏振分光鏡入射面法線和反射面法線所組成的面內(nèi)；

所述剪切棱鏡設(shè)置于第一偏振分光鏡及掃描鏡面之間；幾乎所有的入射光將通過該第一偏振分光鏡入射到剪切棱鏡上；剪切棱鏡的設(shè)置使得入射光被分成兩束光強相等并偏振正交的部分，并且兩束光之間有在遠心掃描透鏡的后焦面上形成一個很小的夾角；

所述遠心掃描透鏡設(shè)置于掃描鏡面及積分球集光器之間；遠心掃描透鏡將入射光束沿一個方向快速掃描，經(jīng)遠心掃描透鏡后，在被測表面形成兩個匯聚光點，并劃過一個長度為L＝f·2θ的直線；這里，f為遠心掃描透鏡的焦距，θ為掃描鏡面的掃描范圍；兩束光在被測表面形成匯聚的兩個光斑，兩個光斑的中心距離由遠心掃描透鏡的焦距及兩束光的夾角決定；

所述積分球集光器的底端有一個圓形的或長方形的開口，開口的直徑或長度略大于掃描的長度，積分球集光器的上方為一狹長形開口，在積分球集光器的腔體內(nèi)側(cè)，安裝有一個高靈敏光點探測器，即第一光電探測器；

上述積分球集光器及第一光電探測器組成的散射光信號檢測系統(tǒng)能地將被表面缺陷漫散射的光信號收集起來，對于沒有缺陷的表面，入射光在與表面相互作用后，將主要以反射形式及透射形式離開表面，對于不透明的被測面，將主要以反射的形式離開表面，而積分球的設(shè)計使得已以反射光形式離開表面的光基本上不被光電探測器檢測到，只有經(jīng)表面缺陷漫散射后離開的光才被光電探測器檢測到，從而可有效檢測表面缺陷；

經(jīng)表面反射的光束將按原路返回，如果在兩個光斑的照射區(qū)域內(nèi)沒有任何缺陷，則兩束光經(jīng)表面反射后，再經(jīng)剪切干涉棱鏡并合成一個偏振方向與原來入射光一致的光束，該光束將沿原光路再進入到激光擴束系統(tǒng)，幾乎沒有光進入到剪切干涉檢測系統(tǒng)，因而在剪切干涉光路中的光電檢測系統(tǒng)沒有信號；如果在被兩 個光斑的照射區(qū)域內(nèi)有微小缺陷，則由于兩個光斑之間有一定的間距，當(dāng)兩束光合成后，相互之間的干涉會使得合成光束中部分波陣面的位相發(fā)生變化，因而在通過剪切干涉棱鏡后其偏振方向不再與原來入射光的偏振方向一致，在經(jīng)過偏振棱鏡后，將有一部分光依次經(jīng)過波片、第二偏振分光鏡進入到剪切干涉的探測系統(tǒng)中并被系統(tǒng)中的第二光電探測器接收到；由于表面紋波、污跡、水斑都會對通過它們的光產(chǎn)出光程差，從而引起光束的位相變化，而沒有缺陷的表面將不產(chǎn)生這樣的光程差，因而這種表面缺陷就會在一個暗場的背景下產(chǎn)生明顯的亮斑。

一種表面瑕疵光學(xué)檢測裝置，所述檢測裝置包括：激光器、偏振器、第一偏振分光鏡、剪切棱鏡、掃描鏡面、遠心掃描透鏡、積分球集光器、第一光電探測器、波片、第二偏振分光鏡、第二光電探測器；

所述激光器、偏振器依次設(shè)置；激光束從激光器發(fā)出，經(jīng)偏振器后，作為激光散射掃描及剪切干涉的光源；

所述剪切棱鏡設(shè)置于第一偏振分光鏡及掃描鏡面之間；幾乎所有的入射光將通過該第一偏振分光鏡入射到剪切棱鏡上；剪切棱鏡的設(shè)置使得入射光被分成兩束光強相等并偏振正交的部分，并且兩束光之間有在遠心掃描透鏡的后焦面上形成一個很小的夾角；

所述波片設(shè)置于第一偏振分光鏡與第二偏振分光鏡之間，第二偏振分光鏡與第二光電探測器連接。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述遠心掃描透鏡設(shè)置于掃描鏡面及積分球集光器之間；掃描鏡面將入射光束沿一個方向快速掃描，經(jīng)遠心掃描透鏡后，在被測表面形成兩個匯聚光點，并劃過一個長度為L＝f·2θ的直線；這里，f為遠心掃描透鏡的焦距，θ為掃描鏡面的掃描范圍；兩束光在被測表面形成匯聚的兩個光斑，兩個光斑的中心距離由遠心掃描透鏡的焦距及兩束光的夾角決定。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述積分球集光器的底端有一個圓形的或長方形的開口，開口的直徑或長度略大于掃描的長度，積分球集光器的上方為一狹長形開口，在積分球集光器的腔體內(nèi)側(cè)，安裝有一個高靈敏光點探測器，即第一光電探測器。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，上述積分球及光電探測器組成的散射光信號檢 測技術(shù)有效地將被表面缺陷漫散射的光信號收集起來，對于沒有缺陷的表面，入射光在與表面相互作用后，將主要以反射形式及透射形式離開表面，對于不透明的被測面，將主要以反射的形式離開表面，而積分球的設(shè)計使得已以反射光形式離開表面的光基本上不被光電探測器檢測到，只有經(jīng)表面缺陷漫散射后離開的光才被光電探測器檢測到，從而可有效檢測表面缺陷。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，經(jīng)表面反射的光束將按原路返回，如果在兩個光斑的照射區(qū)域內(nèi)沒有任何缺陷，則兩束光經(jīng)表面反射后，再經(jīng)剪切干涉棱鏡并合成一個偏振方向與原來入射光一致的光束，該光束將沿原光路再進入到激光擴束系統(tǒng)，幾乎沒有光進入到剪切干涉檢測系統(tǒng)，因而在剪切干涉光路中的光電檢測系統(tǒng)沒有信號；

如果在被兩個光斑的照射區(qū)域內(nèi)有微小缺陷，則由于兩個光斑之間有一定的間距，當(dāng)兩束光合成后，相互之間的干涉會使得合成光束中部分波陣面的位相發(fā)生變化，因而在通過剪切干涉棱鏡后其偏振方向不再與原來入射光的偏振方向一致，在經(jīng)過偏振棱鏡后，將有一部分光依次經(jīng)過波片、第二偏振分光鏡進入到剪切干涉的探測系統(tǒng)中并被系統(tǒng)中的第二光電探測器接收到；

由于表面紋波、污跡、水斑都會對通過它們的光產(chǎn)出光程差，從而引起光束的位相變化，而沒有缺陷的表面將不產(chǎn)生這樣的光程差，因而這種表面缺陷就會在一個暗場的背景下產(chǎn)生明顯的亮斑。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述檢測裝置還包括第一調(diào)整鏡、第二調(diào)整鏡、擴束鏡；所述第一調(diào)整鏡、第二調(diào)整鏡設(shè)置于擴束鏡及第一偏振分光鏡之間，光束經(jīng)擴束鏡后由第一調(diào)整鏡、第二調(diào)整鏡調(diào)整后進入第一偏振分光鏡；此時的光束偏振方向在第一偏振分光鏡的入射面法線和反射面法線所組成的面內(nèi)。

一種上述表面瑕疵光學(xué)檢測裝置的檢測方法，所述檢測方法包括：

激光束從激光器發(fā)出，經(jīng)偏振器后，進入擴束鏡，作為激光散射掃描及剪切干涉的光源；

光束經(jīng)擴束鏡后由第一調(diào)整鏡、第二調(diào)整鏡調(diào)整后進入第一偏振分光鏡；此時的光束偏振方向在與第一偏振分光鏡入射面法線和反射面法線所組成的面內(nèi)；

幾乎所有的入射光將通過該第一偏振分光鏡入射到剪切棱鏡上；剪切棱鏡的 設(shè)置使得入射光被分成兩束光強相等并偏振正交的部分，并且兩束光之間有在遠心掃描透鏡的后焦面上形成一個很小的夾角；

掃描鏡面將入射光束沿一個方向快速掃描，經(jīng)遠心掃描透鏡后，在被測表面形成兩個匯聚光點，并劃過一個長度為L＝f·2θ的直線；這里，f為遠心掃描透鏡的焦距，θ為掃描鏡面的掃描范圍；兩束光在被測表面形成匯聚的兩個光斑，兩個光斑的中心距離由遠心掃描透鏡的焦距及兩束光的夾角決定；

積分球集光器及第一光電探測器組成的散射光信號檢測系統(tǒng)能地將被表面缺陷漫散射的光信號收集起來，對于沒有缺陷的表面，入射光在與表面相互作用后，將主要以反射形式及透射形式離開表面，對于不透明的被測面，將主要以反射的形式離開表面，而積分球的設(shè)計使得已以反射光形式離開表面的光基本上不被光電探測器檢測到，只有經(jīng)表面缺陷漫散射后離開的光才被光電探測器檢測到，從而可有效檢測表面缺陷；

經(jīng)表面反射的光束將按原路返回，如果在兩個光斑的照射區(qū)域內(nèi)沒有任何缺陷，則兩束光經(jīng)表面反射后，再經(jīng)剪切干涉棱鏡并合成一個偏振方向與原來入射光一致的光束，該光束將沿原光路再進入到激光擴束系統(tǒng)，幾乎沒有光進入到剪切干涉檢測系統(tǒng)，因而在剪切干涉光路中的光電檢測系統(tǒng)沒有信號；如果在被兩個光斑的照射區(qū)域內(nèi)有微小缺陷，則由于兩個光斑之間有一定的間距，當(dāng)兩束光合成后，相互之間的干涉會使得合成光束中部分波陣面的位相發(fā)生變化，因而在通過剪切干涉棱鏡后其偏振方向不再與原來入射光的偏振方向一致，在經(jīng)過偏振棱鏡后，將有一部分光依次經(jīng)過波片、第二偏振分光鏡進入到剪切干涉的探測系統(tǒng)中并被系統(tǒng)中的第二光電探測器接收到；由于表面紋波、污跡、水斑都會對通過它們的光產(chǎn)出光程差，從而引起光束的位相變化，而沒有缺陷的表面將不產(chǎn)生這樣的光程差，因而這種表面缺陷就會在一個暗場的背景下產(chǎn)生明顯的亮斑。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提出的表面瑕疵光學(xué)檢測裝置及方法，可提高表面瑕疵的檢測精度及效率。

附圖說明

圖1為一種角度可變的剪切干涉分光鏡的示意圖。

圖2為本發(fā)明光學(xué)檢測裝置的光路圖。

圖3為積分球及光電探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為剪切干涉棱鏡及其光路圖。

圖5為本發(fā)明表面瑕疵光學(xué)檢測裝置的控制流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。

實施例一

本發(fā)明介紹這款光滑表面微缺陷檢測儀采用遠心掃描透鏡來完成一個方向?qū)Ρ砻娴膾呙瑁ㄟ^在另一個與激光掃描方向垂直的方向移動被測面，來完成對整個被測面的掃描。目前的設(shè)計方案可對光滑表面進行連續(xù)掃描，在激光掃描方向的掃描寬度受掃描鏡面偏轉(zhuǎn)角度及遠心掃描透鏡限制，而在與它垂直方向則沒有限制?？捎行z測表面劃痕、缺陷、脫膜等，代替目前的人工檢測。在加入激光剪切干涉后，還可有效檢測表面紋波、污跡、水斑等。

請參閱圖2，本發(fā)明揭示了一種表面瑕疵光學(xué)檢測裝置，所述檢測裝置包括：激光器1、偏振器2、擴束鏡3、第一調(diào)整鏡4、第二調(diào)整鏡5、第一偏振分光鏡6、剪切棱鏡7、掃描鏡面8、遠心掃描透鏡9、積分球集光器10、第一光電探測器11、波片12、第二偏振分光鏡13、第二光電探測器14(如果光是準(zhǔn)直的，則無需擴束鏡3、第一調(diào)整鏡4、第二調(diào)整鏡5)。

所述激光器1、偏振器2、擴束鏡3依次設(shè)置；激光束從激光器1發(fā)出，經(jīng)偏振器2后，進入擴束鏡3，作為激光散射掃描及剪切干涉的光源。

所述第一調(diào)整鏡4、第二調(diào)整鏡5設(shè)置于擴束鏡3及第一偏振分光鏡6之間，光束經(jīng)擴束鏡3后由第一調(diào)整鏡4、第二調(diào)整鏡5調(diào)整后進入第一偏振分光鏡6；此時的光束偏振方向在第一偏振分光鏡6的入射面法線和反射面法線所組成的面內(nèi)。

所述剪切棱鏡7設(shè)置于第一偏振分光鏡6及掃描鏡面8之間；幾乎所有的入射光將通過該第一偏振分光鏡6入射到剪切棱鏡7上；剪切棱鏡7的放置使得入 射光被分成兩束光強相等并偏振正交的部分，并且兩束光之間有在遠心掃描透鏡的后焦面上形成一個很小的夾角。

所述遠心掃描透鏡9設(shè)置于掃描鏡面8及積分球集光器10之間；掃描鏡面將入射光束沿一個方向快速掃描，經(jīng)遠心掃描透鏡后，在被測表面形成兩個匯聚光點，并劃過一個長度為L＝f·2θ的直線；這里，f為遠心掃描透鏡的焦距，θ為掃描鏡面的掃描范圍；兩束光在被測表面20形成匯聚的兩個光斑，兩個光斑的中心距離由遠心掃描透鏡的焦距及兩束光的夾角決定。

請參閱圖3，所述積分球集光器10的底端有一個圓形的或長方形的開口101，開口的直徑或長度略大于掃描的長度，積分球集光器10的上方為一狹長形開口120，在積分球集光器10的腔體內(nèi)側(cè)，安裝有一個高靈敏光點探測器，即第一光電探測器11。

上述積分球集光器10及第一光電探測器11組成的散射光信號檢測系統(tǒng)能地將被表面缺陷漫散射的光信號收集起來，對于沒有缺陷的表面，入射光在與表面相互作用后，將主要以反射形式及透射形式離開表面，對于不透明的被測面，將主要以反射的形式離開表面，而積分球的設(shè)計使得已以反射光形式離開表面的光基本上不被光電探測器檢測到，只有經(jīng)表面缺陷漫散射后離開的光才被光電探測器檢測到，從而可有效檢測表面缺陷。

經(jīng)表面反射的光束將按原路返回，如果在兩個光斑的照射區(qū)域內(nèi)沒有任何缺陷，則兩束光經(jīng)表面反射后，再經(jīng)剪切干涉棱鏡并合成一個偏振方向與原來入射光一致的光束，該光束將沿原光路再進入到激光擴束系統(tǒng)，幾乎沒有光進入到由剪切棱鏡7，第一偏振鏡6，1/2波片12，及第二偏振鏡13組成的剪切干涉檢測系統(tǒng)，因而在剪切干涉光路中的光電檢測系統(tǒng)14上沒有信號；如果在被兩個光斑的照射區(qū)域內(nèi)有微小缺陷，則由于兩個光斑之間有一定的間距，當(dāng)兩束光合成后，相互之間的干涉會使得合成光束中部分波陣面的位相發(fā)生變化，因而在通過剪切干涉棱鏡后其偏振方向不再與原來入射光的偏振方向一致，在經(jīng)過偏振棱鏡后，將有一部分光依次經(jīng)過波片、第二偏振分光鏡進入到剪切干涉的探測系統(tǒng)14并被系統(tǒng)中的第二光電探測器接收到；由于表面紋波、污跡、水斑都會對通過它們的光產(chǎn)出光程差，從而引起光束的位相變化，而沒有缺陷的表面將不產(chǎn)生 這樣的光程差，因而這種表面缺陷就會在一個暗場的背景下產(chǎn)生明顯的亮斑。

本發(fā)明還揭示一種上述表面瑕疵光學(xué)檢測裝置的檢測方法，所述檢測方法包括如下步驟：

【步驟S1】激光束從激光器發(fā)出，經(jīng)偏振器后，進入擴束鏡，作為激光散射掃描及剪切干涉的光源；

【步驟S2】光束經(jīng)擴束鏡后由第一調(diào)整鏡、第二調(diào)整鏡調(diào)整后進入第一偏振分光鏡；此時的光束偏振方向在第一偏振分光鏡的入射面法線和反射面法線所組成的面內(nèi)；

【步驟S3】幾乎所有的入射光將通過該第一偏振分光鏡入射到剪切棱鏡上；剪切棱鏡的設(shè)置使得入射光被分成兩束光強相等并偏振正交的部分，并且兩束光之間有在遠心掃描透鏡的后焦面上形成一個很小的夾角；

【步驟S4】掃描鏡面將入射光束沿一個方向快速掃描，經(jīng)遠心掃描透鏡后，在被測表面形成兩個匯聚光點，并劃過一個長度為L＝f·2θ的直線；這里，f為遠心掃描透鏡的焦距，θ為掃描鏡面的掃描范圍；兩束光在被測表面形成匯聚的兩個光斑，兩個光斑的中心距離由遠心掃描透鏡的焦距及兩束光的夾角決定；

【步驟S4】積分球集光器及第一光電探測器組成的散射光信號檢測系統(tǒng)能地將被表面缺陷漫散射的光信號收集起來，對于沒有缺陷的表面，入射光在與表面相互作用后，將主要以反射形式及透射形式離開表面，對于不透明的被測面，將主要以反射的形式離開表面，而積分球的設(shè)計使得已以反射光形式離開表面的光基本上不被光電探測器檢測到，只有經(jīng)表面缺陷漫散射后離開的光才被光電探測器檢測到，從而可有效檢測表面缺陷；

【步驟S5】經(jīng)表面反射的光束將按原路返回，如果在兩個光斑的照射區(qū)域內(nèi)沒有任何缺陷，則兩束光經(jīng)表面反射后，再經(jīng)剪切干涉棱鏡并合成一個偏振方向與原來入射光一致的光束，該光束將沿原光路再進入到激光擴束系統(tǒng)，幾乎沒有光進入到剪切干涉檢測系統(tǒng)，因而在剪切干涉光路中的光電檢測系統(tǒng)沒有信號；如果在被兩個光斑的照射區(qū)域內(nèi)有微小缺陷，則由于兩個光斑之間有一定的間距，當(dāng)兩束光合成后，相互之間的干涉會使得合成光束中部分波陣面的位相發(fā)生變化，因而在通過剪切干涉棱鏡后其偏振方向不再與原來入射光的偏振方向一 致，在經(jīng)過偏振棱鏡后，將有一部分光依次經(jīng)過波片、第二偏振分光鏡進入到剪切干涉的探測系統(tǒng)中并被系統(tǒng)中的第二光電探測器接收到；由于表面紋波、污跡、水斑都會對通過它們的光產(chǎn)出光程差，從而引起光束的位相變化，而沒有缺陷的表面將不產(chǎn)生這樣的光程差，因而這種表面缺陷就會在一個暗場的背景下產(chǎn)生明顯的亮斑。

實施例二

本實施例中，圖2中的激光束從激光器發(fā)出，經(jīng)偏振器后，進入一個擴束裝置，作為激光散射掃描及剪切干涉的光源。經(jīng)擴束器后，光束由兩塊反射鏡調(diào)整后進入一個偏振分光鏡，此時的光束偏振方向在第一偏振分光鏡的入射面法線和反射面法線所組成的面內(nèi)。幾乎所有的入射光將通過該偏振分光鏡入射到一個剪切干涉棱鏡上。剪切干涉的棱鏡放置使得入射光被分成兩束光強相等并偏振正交的部分，并且兩束光之間有在遠心掃描透鏡的后焦面上形成一個很小的夾角(詳細描述參見下面有關(guān)剪切棱鏡部分)。

掃描鏡面將入射光束沿一個方向快速掃描，經(jīng)遠心掃描透鏡后，在被測表面形成兩個匯聚光點，并劃過一個長度為L＝f·2θ的直線。這里，f為遠心掃描透鏡的焦距，θ為掃描鏡面的掃描范圍。兩束光在被測表面形成匯聚的兩個光斑，兩個光斑的中心距離由遠心掃描透鏡的焦距及兩束光的夾角決定。

本發(fā)明中采用了一個特殊設(shè)計的積分球，該積分球的底端有一個圓形或長方形的開口(也可以是其他形狀)，開口的直徑或長度略大于掃描的長度，積分球集光器的上方為一狹長形開口，在積分球集光器的腔體內(nèi)側(cè)，安裝有一個高靈敏光點探測器；見圖3。

上述積分球及光電探測器組成的散射光信號檢測技術(shù)可有效地將被表面缺陷漫散射的光信號收集起來，對于沒有缺陷的表面，入射光在與表面相互作用后，將主要以反射形式及透射形式(對于透明或半透明的被測表面)離開表面，對于不透明的被測面，將主要以反射的形式離開表面，而積分球的設(shè)計使得已以反射光形式離開表面的光基本上不被光電探測器檢測到，只有經(jīng)表面缺陷漫散射后離開的光才被光電探測器檢測到，從而可有效檢測表面缺陷。

經(jīng)表面反射的光束將按原路返回，如果在兩個光斑的照射區(qū)域內(nèi)沒有任何缺陷，則兩束光經(jīng)表面反射后，再經(jīng)剪切干涉棱鏡并合成一個偏振方向與原來入射光一致的光束，該光束將沿原光路再進入到激光擴束系統(tǒng)，幾乎沒有光進入到剪切干涉檢測系統(tǒng)，因而在剪切干涉光路中的光電檢測系統(tǒng)沒有信號。如果在被兩個光斑的照射區(qū)域內(nèi)有微小缺陷，則由于兩個光斑之間有一定的間距，當(dāng)兩束光合成后，相互之間的干涉會使得合成光束中部分波陣面的位相發(fā)生變化，因而在通過剪切干涉棱鏡后其偏振方向不再與原來入射光的偏振方向一致，在經(jīng)過偏振棱鏡后，將有一部分光進入到剪切干涉的探測系統(tǒng)中并被系統(tǒng)中的光電探測器接受到。由于表面紋波、污跡、水斑等都會對通過它們的光產(chǎn)出光程差，從而引起光束的位相變化，而沒有缺陷的表面將不產(chǎn)生這樣的光程差，因而這種表面缺陷就會在一個暗場的背景下產(chǎn)生明顯的亮斑，所以剪切干涉對這種表面缺陷非常靈敏。剪切干涉系統(tǒng)的核心部件是一個剪切干涉棱鏡，該棱鏡的示意圖如圖4。

圖4中的剪切干涉棱鏡的作用時將兩束同光路，但偏振正交的光進行分離，使得兩束光在從該剪切干涉棱鏡出射使有一個很小的夾角θ，并且使得這兩束光在剪切干涉棱鏡外形成交匯，這樣可以使該交匯點與后續(xù)的掃描鏡的后焦面重合，如圖4所示。

請參閱圖5，同步信號采集過程如下：該裝置有兩個光電探測器，一個光電探測器安裝在積分球上，負責(zé)采集表面散射產(chǎn)生的光信號，另一個在剪切干涉光路中，負責(zé)采集表面紋波、污跡、水斑等參數(shù)的剪切干涉信號。兩個信號分別通過各自的前置放大電路后輸入一個信號采集卡的模擬輸入端。為獲得一個平面的掃描圖像，在振鏡掃描的同時，被測物將作一個與激光線掃描垂直方向的運動，將該方向定義為Y。整個掃描過程如下：系統(tǒng)控制軟件控制Y平移，同時控制振鏡掃描，在振鏡從起始位置開始掃描起，系統(tǒng)控制軟件通過DAQ卡，開始兩個通道的信號采集，并將采集到的信號存入系統(tǒng)的一個緩沖器中，并在掃描信號數(shù)據(jù)的開頭插入一個開始標(biāo)記。在振鏡完成一次掃描后，在掃描數(shù)據(jù)中插入一個終止標(biāo)記，在此同時，Y平臺沿Y方向做勻速運動，運動的速度決定于在Y方向掃描精度的要求。在掃描鏡面完成一次掃描后，控制系統(tǒng)將掃描鏡面回復(fù)到起始位置，開始下一次掃描。重復(fù)該程序即可完成對一個平面的二維掃描。

實施例三

一種表面瑕疵光學(xué)檢測裝置，所述檢測裝置包括：激光器、偏振器、擴束鏡、第一偏振分光鏡、剪切棱鏡、掃描鏡面、遠心掃描透鏡、積分球集光器、第一光電探測器、波片、第二偏振分光鏡、第二光電探測器。

所述激光器、偏振器、擴束鏡依次設(shè)置；激光束從激光器發(fā)出，經(jīng)偏振器后，進入擴束鏡，作為激光散射掃描及剪切干涉的光源。所述剪切棱鏡設(shè)置于第一偏振分光鏡及掃描鏡面之間；幾乎所有的入射光將通過該第一偏振分光鏡入射到剪切棱鏡上；剪切棱鏡的設(shè)置使得入射光被分成兩束光強相等并偏振正交的部分，并且兩束光之間有在遠心掃描透鏡的后焦面上形成一個很小的夾角。所述波片設(shè)置于第一偏振分光鏡與第二偏振分光鏡之間，第二偏振分光鏡與第二光電探測器連接。

眾所周知，要實現(xiàn)干涉，必須有兩束完全或部分相干的光束進行疊加產(chǎn)能發(fā)生，兩束光中的一束經(jīng)過一個參考面反射后返回光路，這一路光通常稱作參考光；另一束經(jīng)過被測面的反射后也返回光路，這束光通常稱作測量光。這測量光經(jīng)被測面的反射后，其波陣面由于被測面的反射而攜帶了被測表面的形貌信息，而參考光經(jīng)參考面的反射后也攜帶了參考面表面形貌的信息。通常，參考面的表面形貌信息是已知的，這樣，當(dāng)參考光與測量光相疊加時，形成的干涉條紋就同時攜帶了參考面及被測面的表面形貌信息。因為參考面的表面形貌信息是已知的，通過處理，可以將被測表面的形貌信息解析出來，從而達到對表面形貌測量的目的。

這種干涉測量裝置對于測量靜止面是有效的，對于被測表面是移動的情況，由于表面的移動會不可避免地改變測量光路的光程，從而改變干涉結(jié)果，因而，這種裝置不適合于測量移動表面。解決這一問題的辦法是剪切干涉。

在剪切干涉中，兩束互為參考光，他們在被測表面上幾乎是重疊的，只有一個很小的(相對于光斑直徑)的橫向位移，該位移通常稱為剪切距離。當(dāng)兩束光在探測器上重疊時，由于兩束光在被測表面上的位置非常接近，因而疊加后，兩束光波陣面上的位相差很小，而且這種位相差可以通過改變產(chǎn)生剪切干涉的棱鏡的位相而使之產(chǎn)生一個180度的相差，使得疊加后的干涉處處相消。如果被測表 面有一個很小的形變，則當(dāng)兩束光在像平面上疊加后，由于剪切位移，有部分表面形變與參考光之間的位相差將無法消除，從而在像平面上產(chǎn)生一個亮的干涉條紋。

綜上所述，本發(fā)明提出的表面瑕疵光學(xué)檢測裝置及方法，可提高表面瑕疵的檢測精度及效率。

本發(fā)明采用了一個特殊設(shè)計的積分球作為散射信號采集器，該積分球的設(shè)計可以使入射光束沿原路返回，并使從遠心掃描透鏡出射并垂直與被測表面的光線在一個方向做線性掃描。

該檢測裝置可加入一個剪切干涉系統(tǒng)，在散射掃描的同時，實現(xiàn)剪切干涉掃描。

本發(fā)明采用掃描鏡面在一個方向進行快速掃描，同時，同步控制Y移動平臺來完成對一個二維平面的掃描。

此外，本發(fā)明采用同步控制來實現(xiàn)對一個平面的掃描和對由平面上每一點產(chǎn)生的激光散射和剪切干涉信號的同步采集，以得到一個被測平面的完整的激光散射和剪切干涉圖像。

這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對這里所披露的實施例進行其它變形和改變。