終端光學(xué)元件損傷在線檢測中孿生像尺寸的定量檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)元件檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及終端光學(xué)元件損傷在線檢測中孿生 像尺寸的定量檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 大型固體激光裝置規(guī)模宏大，光學(xué)元件數(shù)量眾多，輸出能量和功率高，是慣性約束 聚變研究的主力裝置。在高功率條件下，光學(xué)元件損傷成為了人們必須解決的棘手問題。慣 性約束聚變大型固體激光裝置的終端光學(xué)組件集成了大口徑的晶體光學(xué)元件，在高能量激 光的輻照下極易產(chǎn)生損傷，為了確保及時發(fā)現(xiàn)與跟蹤損傷的增長過程，終端光學(xué)元件損傷 在線檢測系統(tǒng)（FinalOpticsDamageonline-inspection,F0DI)在每次打革E實(shí)驗(yàn)后，對終 端光學(xué)元件采集圖像，使用數(shù)據(jù)處理模塊對圖像中的損傷進(jìn)行識別與分類，標(biāo)記出所有可 能的損傷。然而，由于終端光路中存在晶體光學(xué)元件，加上雙折射效應(yīng)，導(dǎo)致被檢元件上單 個損傷點(diǎn)形成了兩個像，即孿生像。每一對孿生像都是由損傷點(diǎn)的O光像與e光像組成，只 是由于光學(xué)元件表面不同位置的損傷點(diǎn)形成的孿生像中的〇光像與e光像能量分布不同， 導(dǎo)致部分孿生像"退化"為孤立點(diǎn)，因此實(shí)際采集到的圖像中，孤立點(diǎn)與孿生像是同時存在 的，孿生像的存在不可避免地對損傷點(diǎn)尺寸的測量造成干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明為了解決FODI成像系統(tǒng)在線檢測圖像中的孤立點(diǎn)和孿生像同時存在的情 況下光學(xué)元件損傷尺寸的定量檢測問題，進(jìn)而提供了一種準(zhǔn)確測量光學(xué)元件損傷點(diǎn)尺寸的 方法即終端光學(xué)元件損傷在線檢測中孿生像尺寸的定量檢測方法。
[0004] 終端光學(xué)元件損傷在線檢測中孿生像尺寸的定量檢測方法具體包括：
[0005] 步驟一、在終端光學(xué)元件在線檢測系統(tǒng)FODI上通過晶體雙折射效應(yīng)得到光學(xué)元 件上MXN個（M和N達(dá)到損傷點(diǎn)作為收集樣本的數(shù)量）損傷點(diǎn)在成像系統(tǒng)中的〇光像與e 光像的坐標(biāo)位置，分析并找出MXN對孿生像坐標(biāo)所滿足的位置關(guān)系與能量關(guān)系；
[0006] 步驟二、根據(jù)〇光像與e光像的坐標(biāo)位置關(guān)系，把e光像作為重影像，e光像的灰 度積分值合并到〇光像上，保留合并能量后的〇光像作為損傷點(diǎn)的唯一像，剔除e光像；
[0007] 步驟三、對終端光學(xué)元件在線檢測系統(tǒng)FODI在線檢測的損傷點(diǎn)進(jìn)行輻射定標(biāo)，找 出孤立點(diǎn)與剔除重影后的孿生像作為樣本點(diǎn)，得到它們的灰度積分值，把終端光學(xué)元件在 線檢測系統(tǒng)FODI在線成像對應(yīng)的光學(xué)元件放在離線測量平臺下測出樣本點(diǎn)對應(yīng)的實(shí)際物 理尺寸，利用樣本點(diǎn)的灰度積分與物理尺寸對應(yīng)關(guān)系擬合出定標(biāo)曲線與定標(biāo)方程；
[0008] 步驟四、利用定標(biāo)曲線和定標(biāo)方程即可對FODI成像系統(tǒng)在線檢測圖像中未測的 孤立點(diǎn)和孿生像進(jìn)行尺寸的定量檢測。
[0009] 發(fā)明效果
[0010] 本發(fā)明通過晶體雙折射所致孿生像的能量關(guān)系，提出一種準(zhǔn)確測量損傷點(diǎn)尺寸的 方法。利用晶體雙折射效應(yīng)計(jì)算出孿生像的位置與能量關(guān)系；根據(jù)孿生像的性質(zhì)把e光像 的能量合并到0光像上，利用合并像能量對應(yīng)的灰度積分來計(jì)算損傷點(diǎn)的物理尺寸，利用 定標(biāo)關(guān)系曲線和定標(biāo)方程對FODI成像系統(tǒng)在線檢測圖像中未測孤立點(diǎn)和孿生像進(jìn)行尺寸 的定量檢測，本發(fā)明能夠?qū)\生像對應(yīng)損傷點(diǎn)尺寸進(jìn)行精確的定量檢測。
【附圖說明】
[0011] 圖1是本發(fā)明的晶體雙折射產(chǎn)生的孿生像示意圖，其中：I是被檢光學(xué)元件，II是 晶體，III是透鏡，IV是CCD傳感器感光面上，光波矢量4滿足條件：ki入射到晶體入光面點(diǎn) A處，在晶體內(nèi)的〇光線穿出晶體后，出射的〇光線經(jīng)過成像系統(tǒng)的等效透鏡光心P，照射到 CCD傳感器感光面上化點(diǎn)，與其他方向匯聚來的〇光線形成〇光像Q1;光波矢量k2滿足條 件：k2入射到晶體入光面點(diǎn)A處，在晶體內(nèi)的e光線穿出晶體后，出射的e光線經(jīng)過成像系 統(tǒng)的等效透鏡光心P，照射到C⑶傳感器感光面上仏點(diǎn)，與其他方向匯聚來的e光線形成e 光像Q2;
[0012] 圖2是本發(fā)明CXD傳感器感光面上光電特性曲線圖；
[0013] 圖3是本發(fā)明損傷點(diǎn)與孿生像對應(yīng)關(guān)系圖；圖3a是每一個損傷點(diǎn)在CCD傳感器感 光面上形成兩個孿生像，其中V是終端光學(xué)元件，VI是CXD傳感器，圖3b是〇光像集合Q。、 e光像集合Qe與對應(yīng)的損傷點(diǎn)集合Q，f。是損傷點(diǎn)到0光像的映射，匕是損傷點(diǎn)到e光像的 映射，其中，Vn損傷點(diǎn)元件Q，VID是0-光像元件Q。，IX是E-光像元件QE，f。1是損傷點(diǎn)到0光 像的逆映射，t1是損傷點(diǎn)到e光像的逆映射；
[0014] 圖4是終端光學(xué)元件損傷在線檢測系統(tǒng)FODI裝置及其元件示意圖，其中i是終端 光學(xué)組件，ii是側(cè)照明系統(tǒng)，iii是控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，iv是光學(xué)元件數(shù)據(jù)庫，vi是終端光 學(xué)元件損傷在線檢測系統(tǒng)FODI裝置；
[0015] 圖5是本發(fā)明剔除重影后的定標(biāo)曲線圖，其中橫坐標(biāo)表示損傷點(diǎn)的等價圓直徑， 縱坐標(biāo)表示FODI成像系統(tǒng)在線檢測圖像中的孤立點(diǎn)或合并像的灰度積分。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 通過晶體雙折射所致孿生像的位置關(guān)系與能量關(guān)系，進(jìn)行孿生像的輻射定標(biāo)處 理，進(jìn)行終端光學(xué)元件損傷在線檢測中孿生像尺寸的定量檢測。
【具體實(shí)施方式】 [0017] 一：本實(shí)施方式的終端光學(xué)元件損傷在線檢測中孿生像尺寸的定量 檢測方法包括以下步驟：
[0018] 步驟一、在終端光學(xué)元件在線檢測系統(tǒng)通過晶體雙折射效應(yīng)得到光學(xué)元件上MXN 個（M和N達(dá)到損傷點(diǎn)作為收集樣本的數(shù)量）損傷點(diǎn)在成像系統(tǒng)中的〇光像與e光像的坐 標(biāo)位置，分析并找出MXN對孿生像坐標(biāo)所滿足的位置關(guān)系與能量關(guān)系；
[0019] 步驟二、根據(jù)〇光像與e光像的坐標(biāo)位置關(guān)系，把e光像作為重影像，e光像的灰 度積分值合并到〇光像上，保留合并能量后的〇光像作為損傷點(diǎn)的唯一像，剔除e光像；
[0020] 步驟三、對FODI成像系統(tǒng)如圖4在線檢測圖像中的損傷點(diǎn)進(jìn)行輻射定標(biāo)，找出孤 立點(diǎn)與剔除重影后的孿生像作為樣本點(diǎn)，計(jì)算出它們的灰度積分值，然后把FODI成像系統(tǒng) 在線檢測圖像對應(yīng)的光學(xué)元件放在離線測量平臺（顯微鏡）下測出這些樣本點(diǎn)對應(yīng)的實(shí) 際物理尺寸，利用樣本點(diǎn)的灰度積分與物理尺寸對應(yīng)關(guān)系擬合出定標(biāo)曲線與定標(biāo)方程如圖 5 ；
[0021] 步驟四、利用定標(biāo)曲線和定標(biāo)方程如圖5即可對FODI成像系統(tǒng)在線檢測圖像中未 測的孤立點(diǎn)和孿生像進(jìn)行尺寸的定量檢測。
[0022] 本實(shí)施方式有益效果：
[0023] 本實(shí)施方式通過研究孿生像的位置與能量關(guān)系，提出一種準(zhǔn)確測量損傷點(diǎn)尺寸的 方法。根據(jù)孿生像的性質(zhì)把e光線的能量合并到〇光線上，利用FODI成像系統(tǒng)在線檢測圖 像樣本點(diǎn)中的合并像與孤立點(diǎn)對應(yīng)的灰度積分與測量的物理尺寸擬合定標(biāo)曲線與定標(biāo)方 程，利用定標(biāo)關(guān)系曲線和定標(biāo)方程對FODI成像系統(tǒng)在線檢測圖像中未測孤立點(diǎn)和孿生像 進(jìn)行尺寸的定量檢測，本發(fā)明能夠?qū)\生像以及孤立點(diǎn)對應(yīng)損傷點(diǎn)尺寸進(jìn)行精確的定量檢 測 。
【具體實(shí)施方式】 [0024] 二：本實(shí)施方式與一不同，其特征在于步驟一所述的 在終端光學(xué)元件在線檢測系統(tǒng)FODI上通過終端光學(xué)元件晶體雙折射效應(yīng)與幾何光學(xué)成像 公式得到光學(xué)元件上MXN個損傷點(diǎn)在成像系統(tǒng)中的〇光像與e光像的坐標(biāo)位置：
[0025] 根據(jù)終端光學(xué)元件晶體雙折射效應(yīng)找出〇光線的位置Q1 (Xl，yi):
[0028] 0i是入射光的入射角，Li是被檢測光學(xué)元件的厚度，L2是晶體厚度，D^被檢測 光學(xué)元件與晶體之間的距離，D2是晶體與透鏡之間的距離；n:是真空折射率，D3是透鏡與C ⑶之間的距離；11。是〇光主軸折射率，X，y是損傷點(diǎn)在光學(xué)元件上的坐標(biāo)，X又1是〇光像在 C⑶上的坐標(biāo)；03是透鏡與C⑶之間距離；0lni是f( 0J= 0 ;
[0029] 根據(jù)終端光學(xué)元件晶體雙折射效應(yīng)找出e光線的位置Q2 (x2,y2):
[0032] ai是入射光與被檢測光學(xué)元件坐標(biāo)系X軸夾角；P:是入射光與被檢測光學(xué)元件 坐標(biāo)系Y軸的夾角&是e光線的X分量；be是e光線的Y分量；％是e光線的Z分量。
【具體實(shí)施方式】 [0033] 三：本實(shí)施方式與二不同，其特征在于通過以下公式 得到公式（16) -(19)：
[0034] A、求尋常光波矢量k。和非常光波矢量I的表達(dá)式：
[0035] 單軸晶體厚度為L，口徑為aXb，在晶體表面建立坐標(biāo)系，一束平行光沿方向Ic1 = (cosacos0cos0D照射到晶體表面，入射點(diǎn)為坐標(biāo)