CN103267490B - 短相干光多深度干涉测量装置 - Google Patents
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Abstract
一种短相干光多深度干涉测量装置由短相干光源、光纤耦合器、变焦系统、光程扫描系统、光电探测器、转盘组成，变焦系统和光程扫描系统均设在同一转盘上。短相干光源发出的短相干激光进入光纤耦合器分成两束分别进入变焦系统和光程扫描系统，变焦系统发出的探测光聚焦于半透明被测物体表面，其反射光返回光纤耦合器，从光程扫描系统反射的光也返回光纤耦合器，该两部分反射光的其中一部分进入光电探测器，进行干涉并转化为电信号，计算被测物体表面深度位置。本装置是将变焦系统和光程扫描系统均布排在同一个转盘上，省去了传动装置，大大地提高了系统的测量精度，并使系统小型化。
Description
技术领域
本发明涉及光学检测技术领域，特别涉及一种短相干光多深度干涉测量装置。
背景技术
基于短相干光干涉原理的多个深度的连续检测技术有广泛的用途，如眼科临床检测中，检测眼睛各个层沿视轴方向深度，美国专利“Method and apparatus for determination of geometric values on an object”（专利公开号US2009/0268209 A1）及中国专利“光学相干生物测量仪及进行眼睛生物测量的方法”（专利公开号CN102551654A）公开了一种基于短相干光干涉原理的多深度检测方法及装置。这种方法的基本原理是运用光纤式迈克尔孙干涉仪，通过探测面反射的探测光和参考光的干涉，进行深度的计算。由于需要进行多个深度的连续检测，需要同时改变参考光的光程和探测光的焦点。在目前的方法中，光程扫描系统和变焦系统位于两个独立的旋转平台，通过传动方式，实现光程和焦点的同步改变。这种方法的缺陷是，光程扫描系统和变焦系统位于两个独立的旋转平台，需要通过传动装置使两个旋转平台同步，这种方法会增加旋转平台的振动，从而影响测量精度，同时该传动装置所占空间较大。
发明内容
本发明目的在于提供一种短相干光多深度干涉测量装置，该装置是将变焦系统和光程扫描系统均布排在同一个旋转平台上，省去了传动装置，使测量系统不会发生振动，从而大大地提高了系统的测量精度；并使系统小型化。
本发明所提出的技术解决方案是这样的：一种短相干光多深度干涉测量装置，包括短相干光源19、光纤耦合器20、变焦系统21、光程扫描系统22和光电探测器26，短相干光源19发出的短相干激光进入光纤耦合器20分成两束分别进入变焦系统21和光程扫描系统22，变焦系统21发出的探测光9聚焦于半透明被测物体表面，其反射光返回光纤耦合器20，从光程扫描系统22反射的光也返回光纤耦合器20，该两部分反射光的其中一部分进入光电探测器26，进行干涉并转化为电信号，计算被测物体表面深度位置，还设有旋转平台4，所述变焦系统21和光程扫描系统22均设在同一旋转平台4上。
所述变焦系统21由M块相互平行的玻璃块组成，该M块玻璃块排布在旋转平台4的圆周内，并在旋转平台4旋转过程中均能被探测光9照射，所述M块玻璃块的平面与旋转平台4的中轴8垂直，其中M=3或4。所述光程扫描系统22由N个反射镜组成，每个反射镜的两个镜面互相垂直，该N个反射镜位于所述旋转平台4的中央区外侧，其中，N=3或4。所述旋转平台4为绕其中轴8转动的转盘。
探测光变焦原理如图1所示，如果没有玻璃块1时，汇聚光线2的第1传播路径3-1如点线所示，当在光路中插入玻璃块1后，由于玻璃的折射率大于空气中的折射率，因此，汇聚光线2的第2传播路径3-2如实线所示，即发生了焦点的改变，其改变大小决定于玻璃块1的厚度和折射率。
与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：
（1）本发明把光程扫描系统和变焦系统排布于同一旋转转盘中，两者之间没有传动装置，因而对测量系统不会产生振动，从而提高其测量准确性。
（2）由于把光程扫描系统和变焦系统排布于同一旋转转盘中，两系统之间不需传动装置，故整个测量装置占用空间较小，有利于整个测量系统小型化。
附图说明
图1是探测光变焦原理示意图。
图2是本发明实施例1的一种短相干光多深度干涉测量装置的结构示意图，图中转盘内设有M=3块玻璃块，转盘外侧设有N=3个反射镜。
图3是图2的A向视图。
图4是图2所示短相干光多深度干涉测量装置的测量系统示意图。
图5是本发明实施例2的一种短相干光多深度干涉测量装置的结构示意图，图中转盘内设有M=4块玻璃块，转盘外侧设有N=4个反射镜。
具体实施方式
通过下面实施例对本发明作进一步详细阐述。
实施例1
参见图2、图3、图4所示，一种短相干光多深度干涉测量装置由短相干光源19、光纤耦合器20、变焦系统21、光程扫描系统22、光电探测器26、探测光9、平行光17和转盘4组成，短相干光源19发出的短相干激光进入光纤耦合器20分成两束分别进入变焦系统21和光程扫描系统22，变焦系统21发出的探测光9聚焦于半透明被测物体表面，其反射光返回光纤耦合器20，从光程扫描系统22反射的光也返回光纤耦合器20，该两部分反射光的其中一部分进入光电探测器26，进行干涉并转化为电信号，计算被测物体表面深度位置，所述变焦系统21和光程扫描系统22均设在同一旋转平台4上。本实施例的旋转平台4为绕其中轴8转动的转盘。
所述变焦系统21由M块相互平行的玻璃块组成，该M块玻璃块排布在旋转平台4的圆周内，并在旋转平台4旋转过程中均能被探测光9照射，所述M块玻璃块的平面与旋转平台4的中轴8垂直，其中M=3或4。本实施例选取M=3。
所述光程扫描系统22由N个反射镜组成，每个反射镜的两个镜面互相垂直，该N个反射镜位于所述旋转平台4的中央区外侧，其中N=3或4。本实施例选取N=3。
变焦系统21和光程扫描系统22排布于同一转盘4上，如图2、图3所示。变焦系统21主要由相互平行的第1玻璃块5、第2玻璃块6、第3玻璃块7组成，第1、2、3玻璃块5、6、7分布于转盘4的圆周中，第1、2、3玻璃块5、6、7的平面和转盘4的中轴8垂直。固定设置的探测光9和转盘4垂直，探测光9和转盘4相交于点10。当转盘4旋转时，静止的探测光9依次穿过相互平行的第1、2、3玻璃块5、6、7，使其聚焦点的位置发生改变。
光程扫描系统22由三个镜面互相垂直的第1、2、3反射镜12、13、14组成。由光纤15出来的光经过准直器16，成为平行光17，即参考光，平行光17经过第3反射镜14反射到第5反射镜18，经第5反射镜18反射的光沿原路返回光纤15。当转盘4旋转时，随着旋转角度的改变，平行光17在第3反射镜14和第5反射镜18之间的路径也随之不同，从而产生连续变化的光程，实现光程扫描。
当第3反射镜14和第3玻璃块7转到探测光9和参考光17照射位置时，对第1被测物体23表面的深度位置进行测量；当第2反射镜13和第2玻璃块6转到探测光9和参考光17照射位置时，对第2被测物体24表面的深度位置进行测量；当第1反射镜12和第1玻璃块5转到探测光9和参考光17照射位置时，对第3被测物体25表面的深度位置进行测量。
用本装置对三个被测物体23、24、25的深度位置进行连续测量是这样进行的：由短相干光源19发出的短相干激光进入2×2光纤耦合器20分为两束，分别进入光程扫描系统22和变焦系统21。进入光程扫描系统22的光定义为参考光，进入变焦系统21的光定义为探测光。变焦系统21使探测光9连续聚焦于三个半透明的第1、2、3被测物体23、24、25的表面，三个被测物体23、24、25的表面反射的光返回光纤耦合器20。由光程扫描系统22反射的光也返回光纤耦合器20，这两部分反射光的其中一部分进入光电探测器26，进行干涉并转化为电信号，计算三个被测物体23、24、25表面的深度位置。由于光源为短相干光，只有当返回的探测光9和参考光17的光程差在相干长度内，才会产生干涉。
实施例2
参见图5所示，本实施例的短相干光多深度干涉测量装置与实施例1的测量装置不同之处在于：在转盘4圆周中多布排了第4玻璃块11，在转盘4中央区外侧多布排了第4反射镜27，其结构与第1、2、3反射镜12、13、14一样。这样就多测量一块被测物体。其他结构与实施例1相同。
当第3反射镜14和第3玻璃块7转到探测光9和参考光17照射位置时，对第1被测物体23表面的深度位置进行测量；当第2反射镜13和第2玻璃块6转到探测光9和参考光17照射位置时，对第2被测物体24表面的深度位置进行测量；当第1反射镜12和第1玻璃块5转到探测光9和参考光17照射位置时，对第3被测物体25表面的深度位置进行测量；当第4反射镜27和第4块玻璃块11转到探测光9和参考光17照射位置时，对第4被测物体表面的深度位置进行测量。
Claims (4)
1.一种短相干光多深度干涉测量装置，包括短相干光源（19）、光纤耦合器（20）、变焦系统（21）、光程扫描系统（22）和光电探测器（26），短相干光源（19）发出的短相干激光进入光纤耦合器（20）分成两束分别进入变焦系统（21）和光程扫描系统（22），变焦系统（21）发出的探测光（9）聚焦于半透明被测物体表面，其反射光返回光纤耦合器（20），从光程扫描系统（22）反射的光也返回光纤耦合器（20），变焦系统（21）发出的探测光（9）聚焦于半透明被测物体表面的反射光和从光程扫描系统（22）反射的光这两部分反射光的其中一部分进入光电探测器（26），进行干涉并转化为电信号，计算被测物体表面深度位置，其特征在于：还设有旋转平台（4），所述变焦系统（21）和光程扫描系统（22）均设在同一旋转平台（4）上。
2.根据权利要求1所述的短相干光多深度干涉测量装置，其特征在于：所述变焦系统（21）由M块相互平行的玻璃块组成，该M块相互平行的玻璃块排布在旋转平台（4）的圆周内，并在旋转平台（4）旋转过程中均能被探测光（9）照射，所述M块玻璃块的平面与旋转平台（4）的中轴（8）垂直，其中M=3或4。
3.根据权利要求1所述的短相干光多深度干涉测量装置，其特征在于：所述光程扫描系统（22）由N个反射镜组成，每个反射镜的两个镜面互相垂直，该N个反射镜位于所述旋转平台（4）的中央区外侧，其中N=3或4。
4.根据权利要求1所述的短相干光多深度干涉测量装置，其特征在于：所述旋转平台（4）为绕其中轴（8）转动的转盘。
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