光学元件洁净度检测技术国内外发展状况

　　洁净度检测已有100 多年的发展历史。十九世纪前叶，人们开始认识到洁净处理的重要作用，不过直到二十世纪五十年代，由美国电镀和表面精饰协会资助 Linford 和Saubestre 领导的研究项目论述了洁净度标准和对各种检测方法做了定量比较，并对某些老方法提出具有重大意义的改进。经过长期的发展，有关光学元件表面洁净度的检测，国内外已经形成了一系列标准和方法。就国内而言主要标准有 GB1185-89，该标准规定以 60-108w 透射 光照射光学玻璃，由 10X～20X 放大显微镜通过 CCD 采样后，用计算机对采集的 图像进行处理，用软件对图像处理后计算出颗粒物的大小分布，然后根据结果判 断光学玻璃的洁净度等级，该方法计算准确但是速度比较慢。国外的标准主要有 美国定义的标准，经过 50 多年的发展，已经形成了 MIL-STD-1246A～MIL-STD -1246D( military standard product cleanliness levels and contamination control program)系列标准，该标准详细规定了产品洁净度计算标准条件、计算方法以及 洁净度等级。 目前常用的光学元件洁净度检测方法主要是根据光学元件表面对光的散射性 检测表面瑕疵，基本方法是成像法、能量法、目测法以及光学显微镜法。

　　1）成像法有目测成像法、虚像叠加比较法、滤波成像法和掠射法。目前目测 成像法是国内使用最为广泛的检测方法，该方法是在暗场照明中使用光学放大镜 用人眼直接观测表面并判断疵病等级;虚像叠加比较法是将放大的疵病虚像与未 放大的标准板上的线宽进行人工比较，从而得出疵病大小;滤波成像法采用空间 高通(或低通)滤波器，使高频为主要成分的疵病散射光进入(或不进入)接收器，从而形成疵病的亮像(或暗像)，通过图像判明疵病大小;掠射法采用 He2Ne 激光为 光源，以一定入射角和光斑大小，逐点扫描被测面而获得整个表面的疵病图像。

　　2）能量法主要有散射光接收法和频谱分析法，散射光接收法在 30°～50°的立体角内接收疵病散射光的能量，在此立体角内的总能量和疵病面积的大小约成线 性关系，由此判断疵病的面积大小;频谱分析法由 Fourier 变换分析透镜后焦平面 的光强分布，获得疵病后向衍射谱的能量，从能量积分和疵病形态的数学关系得 到疵病的大小情况。其他一些仪器，如隧道显微镜和原子力显微镜等能探测到表 面纳米级的微小结构，但这些仪器的使用难以区分疵病和正常的加工纹理或结构， 难以描述疵病的宏观特征，检测效率低，设备费及检测费用昂贵。

　　3）目测法是在室内白光线或者照明度相当的日光灯下，用肉眼检查精密光学 元件表面的各种瑕疵。此方法方便，但是准确性容易受人的经验、疲劳等因素的 影响，因此稳定性不高。

　　4）光学显微镜法是指采用普通放大镜或者光学显微镜观测光学元件表面来确 定瑕疵大小和分布。该方法实施简单，成本低，可以实现在线观测，但主要是靠 技术人员肉眼观测，判断光学元件表面瑕疵的多少、大小以及分布。此方法同目 测法一样容易受技术人员主观因素的影响。

　　目前的疵病检测方法和仪器主要用于小尺寸光学元件表面的疵病检测。随着 大型天文望远镜和高功率激光装置的发展，所用的大口径光学元件越来越多，这 就对大口径精密光学元件的表面疵病检测提出了越来越高的要求，因此需要一种 新的检测方法检测大口径的光学元件，并且要求该方法具有速度快、自动化程度 高、准确的特点。