CN104019964A - 微小自聚焦透镜聚焦光斑质量检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微小自聚焦透镜聚焦光斑质量检测装置及方法，本装置包括光源、光纤跳线、五维调整架、微小自聚焦透镜夹具、显微系统、光束分析仪和计算机。运行计算机和光束分析仪，光源的输出光束依次通过光纤跳线、微小自聚焦透镜、显微系统后传输到光束分析仪，光束分析仪探测到的光束的形心位置和光斑大小信息在计算机中显示、记录。该装置及方法能实现微小自聚焦透镜聚焦光斑质量的快速、精确检测，能间接测出微小自聚焦透镜的聚焦焦距。

Description

微小自聚焦透镜聚焦光斑质量检测装置及方法

技术领域

本发明涉及光束质量分析技术领域，尤其是微小自聚焦透镜聚焦性能检测所需要的聚焦光斑质量检测装置及其方法。

背景技术

梯度折射率透镜（Gradient index lens, GRIN Lens）或称自聚焦透镜（self-focusing lens），因其端面是平面、便于直接和其它光学元件胶合，在生物医疗和外科诊断等方面具有广阔应用前景的一种医学影像技术——光学相干层析技术（Optical coherence tomography, OCT）的小型化探头研制中具有独特的优势。探头是OCT系统的一个关键元件，其聚焦性能对OCT系统的成像质量有重要影响，如光源光束通过探头后的聚焦位置和聚焦光斑大小在很大程度上影响OCT系统的探测深度和成像的横向分辨率。因此，探头的聚焦性能检测是OCT系统研究中的重要内容。然而，对微小自聚焦透镜而言，其几何尺寸小，聚焦光斑位置距离微小自聚焦透镜的输出端面很近，焦距很小，检测其聚焦性能非常困难，目前缺少商用或专用的微小自聚焦透镜聚焦性能检测装置。

一个典型的微小自聚焦透镜聚焦光斑质量的检测装置应包括光源、微小自聚焦透镜夹具、多维调整台、光束质量分析仪和计算机等。目前，虽然有多维调整台、光束质量分析仪等装置设备，但缺少它们的组合使用，尤其缺少如何精确检测微小自聚焦透镜聚焦性能的专用检测装置及检测方法。本发明正是针对这一关键技术进行展开的。

发明内容

本发明的目的在于解决目前尚无专用的微小自聚焦透镜聚焦光斑质量检测装置及检测方法的问题，提供一种微小自聚焦透镜聚焦光斑质量检测装置及检测方法，可实现微小自聚焦透镜聚焦性能的快速、精确检测，而且操作容易、便捷。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种微小自聚焦透镜聚焦光斑质量检测装置，包括光源、光纤跳线、五维调整架、微小自聚焦透镜夹具、显微系统、光束分析仪和计算机，微小自聚焦透镜装夹在所述微小自聚焦透镜夹具上，微小自聚焦透镜靠近光源一端通过光纤跳线与光源连接；所述微小自聚焦透镜夹具置于五维调整架上；所述显微系统和光束分析仪通过螺纹连接，所述显微系统的中心轴线与光束分析仪的中心轴线重合；所述光束分析仪与计算机通过USB接口数据线连接。

一种微小自聚焦透镜聚焦光斑质量检测方法，具体实施步骤为：

（1）运行计算机和光束分析仪，将光源的输出光束依次经过光纤跳线、微小自聚焦透镜、显微系统后传输到光束分析仪，光束分析仪探测到的光束的形心位置和光斑大小在计算机中显示并记录；

（2）调整五维调整架，将微小自聚焦透镜的中心轴线与显微系统的中心轴线重合，即将光束通过微小自聚焦透镜后对心垂直入射到显微系统的入射面和光束分析仪的探测面；其中对心指光斑中心和显微系统的入射面的中心以及光束分析仪的探测面的中心重合；

（3）调节五维调整架的移动旋钮，改变微小自聚焦透镜轴向方向的位置，在计算机中显示并记录移动后待测位置的光斑的形心位置和光斑大小；

（4）测出光束通过微小自聚焦透镜后的最小光斑大小及其位置，测出的最小光斑的大小即为微小自聚焦透镜的聚焦光斑大小，最小光斑位置与微小自聚焦透镜的相对距离即为微小自聚焦透镜的焦距。

所述步骤（2）中将通过微小自聚焦透镜的光束对心垂直入射到显微系统的入射面以及光束分析仪的探测面，具体实施步骤为：

（1）调节五维调整架的X向移动旋钮和Y向移动旋钮，使计算机中显示并记录的形心坐标X、Y的数值近似为0；

（2）右旋五维调整架的Z向移动旋钮，使微小自聚焦透镜在轴向方向上与显微系统的入射面的相对距离减小dz；

（3）根据计算机中显示的形心坐标X、Y的数值变化，判断微小自聚焦透镜的中心轴线相对显微系统的中心轴线的偏转情况；

（4）根据微小自聚焦透镜的偏转情况，调节五维调整架的X向旋转旋钮、X向移动旋钮、Y向旋转旋钮和Y向移动旋钮，使形心坐标X、Y的数值近似为0，将微小自聚焦透镜的中心轴线向对心垂直入射到显微系统的入射面的方向调节；

（5）右旋五维调整架的Z向移动旋钮，使微小自聚焦透镜在轴向方向上与显微系统的入射面的相对距离减小dz；

（6）观察在计算机中显示形心坐标X、Y的数值是否近似为0；

（7）若形心坐标X、Y的数值近似为0，表明通过微小自聚焦透镜的光束对心垂直入射到显微系统的入射面以及光束分析仪的探测面；若形心坐标X、Y的数值不为0，且变化较大，重复步骤（1）-步骤（6）的操作。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

本发明检测装置中加入显微物镜，实现了微小光斑的非接触检测，并解决了工作距离小、难以检测的难题，本发明方法在光束分析仪和计算机的配合下协调工作，实现了对微小自聚焦透镜聚焦光斑的精确检测和记录，而且操作容易、便捷。

附图说明

图1是本发明的微小自聚焦透镜聚焦光斑质量检测装置示意图。

图2是微小自聚焦透镜聚焦光斑质量检测装置中五维调整架的立体示意图。

图3是将光束对心垂直入射到探测面的总流程图。

具体实施方式

本发明的优选实施方式结合附图论述如下：

参见图1，一种微小自聚焦透镜聚焦光斑质量检测装置，包括光源101、光纤跳线102、五维调整架103、微小自聚焦透镜夹具104、显微系统105、光束分析仪106和计算机107，微小自聚焦透镜108装夹在所述微小自聚焦透镜夹具104上，微小自聚焦透镜108靠近光源101一端通过光纤跳线102与光源101连接；所述微小自聚焦透镜夹具104置于五维调整架103上；所述显微系统105和光束分析仪106通过螺纹连接，所述显微系统105的中心轴线与光束分析仪106的中心轴线重合；所述光束分析仪106与计算机107通过USB接口数据线连接。

本实施例中，光源101采用日本FiberLabs公司型号为SLD-1310-18的超流明二极管光源；显微系统105采用日本三丰公司生产的型号为M PLAN APO NIR X10的近红外显微物镜；光束分析仪106采用以色列杜马光电有限公司的型号为BA7-IR3-USB的光束分析仪。

一种微小自聚焦透镜聚焦光斑质量检测方法，具体实施步骤为：

（1）运行计算机107和光束分析仪106，将光源101的输出光束依次经过光纤跳线102、微小自聚焦透镜108、显微系统105后传输到光束分析仪106，光束分析仪106探测到的光束的形心位置和光斑大小在计算机107中显示并记录；

（2）调整五维调整架103，将微小自聚焦透镜108的中心轴线与显微系统105的中心轴线重合，即将光束通过微小自聚焦透镜108后对心垂直入射到显微系统105的入射面和光束分析仪106的探测面；其中对心指光斑中心和显微系统105的入射面的中心以及光束分析仪106的探测面的中心重合；

（3）调节五维调整架103的移动旋钮，改变微小自聚焦透镜108轴向方向的位置，在计算机107中显示并记录移动后待测位置的光斑的形心位置和光斑大小；

（4）测出光束通过微小自聚焦透镜108后的最小光斑大小及其位置，测出的最小光斑的大小即为微小自聚焦透镜108的聚焦光斑大小，最小光斑位置与微小自聚焦透镜108的相对距离即为微小自聚焦透镜108的焦距。

所述步骤（2）中将通过微小自聚焦透镜108的光束对心垂直入射到显微系统105的入射面以及光束分析仪106的探测面，具体实施步骤为：

（1）调节五维调整架103的X向移动旋钮201和Y向移动旋钮202，使计算机107中显示并记录的形心坐标X、Y的数值近似为0；

（2）右旋五维调整架103的Z向移动旋钮203，使微小自聚焦透镜108在轴向方向上与显微系统105的入射面的相对距离减小dz；

（3）根据计算机107中显示的形心坐标X、Y的数值变化，判断微小自聚焦透镜108的中心轴线相对显微系统105的中心轴线的偏转情况；

（4）根据微小自聚焦透镜108的偏转情况，调节五维调整架103的X向旋转旋钮204、X向移动旋钮201、Y向旋转旋钮205和Y向移动旋钮202，使形心坐标X、Y的数值近似为0，将微小自聚焦透镜108的中心轴线向对心垂直入射到显微系统105的入射面的方向调节；

（5）右旋五维调整架103的Z向移动旋钮203，使微小自聚焦透镜108在轴向方向上与显微系统105的入射面的相对距离减小dz；

（6）观察在计算机107中显示形心坐标X、Y的数值是否近似为0；

（7）若形心坐标X、Y的数值近似为0，表明通过微小自聚焦透镜108的光束对心垂直入射到显微系统105的入射面以及光束分析仪106的探测面；若形心坐标X、Y的数值不为0，且变化较大，重复步骤（1）-步骤（6）的操作。 

Claims (3)

1.一种微小自聚焦透镜聚焦光斑质量检测装置，包括光源（101）、光纤跳线（102）、五维调整架（103）、微小自聚焦透镜夹具（104）、显微系统（105）、光束分析仪（106）和计算机（107），其特征在于，微小自聚焦透镜（108）装夹在所述微小自聚焦透镜夹具（104）上，微小自聚焦透镜（108）靠近光源（101）一端通过光纤跳线（102）与光源（101）连接；所述微小自聚焦透镜夹具（104）置于五维调整架（103）上；所述显微系统（105）和光束分析仪（106）通过螺纹连接，所述显微系统（105）的中心轴线与光束分析仪（106）的中心轴线重合；所述光束分析仪（106）与计算机（107）通过USB接口数据线连接。

2.一种微小自聚焦透镜聚焦光斑质量检测方法，其特征在于，具体实施步骤为：

（1）运行计算机（107）和光束分析仪（106），将光源（101）的输出光束依次经过光纤跳线（102）、微小自聚焦透镜（108）、显微系统（105）后传输到光束分析仪（106），光束分析仪（106）探测到的光束的形心位置和光斑大小在计算机（107）中显示并记录；

（2）调整五维调整架（103），将微小自聚焦透镜（108）的中心轴线与显微系统（105）的中心轴线重合，即将光束通过微小自聚焦透镜（108）后对心垂直入射到显微系统（105）的入射面和光束分析仪（106）的探测面；其中对心指光斑中心和显微系统（105）的入射面的中心以及光束分析仪（106）的探测面的中心重合；

（3）调节五维调整架（103）的移动旋钮，改变微小自聚焦透镜（108）轴向方向的位置，在计算机（107）中显示并记录移动后待测位置的光斑的形心位置和光斑大小；

（4）测出光束通过微小自聚焦透镜（108）后的最小光斑大小及其位置，测出的最小光斑的大小即为微小自聚焦透镜（108）的聚焦光斑大小，最小光斑位置与微小自聚焦透镜（108）的相对距离即为微小自聚焦透镜（108）的焦距。

3.根据权利要求2所述的微小自聚焦透镜聚焦光斑质量检测方法，其特征在于，所述步骤（2）中将通过微小自聚焦透镜（108）的光束对心垂直入射到显微系统（105）的入射面以及光束分析仪（106）的探测面，具体实施步骤为：

（1）调节五维调整架（103）的X向移动旋钮（201）和Y向移动旋钮（202），使计算机（107）中显示并记录的形心坐标X、Y的数值近似为0；

（2）右旋五维调整架（103）的Z向移动旋钮（203），使微小自聚焦透镜（108）在轴向方向上与显微系统（105）的入射面的相对距离减小dz；

（3）根据计算机（107）中显示的形心坐标X、Y的数值变化，判断微小自聚焦透镜（108）的中心轴线相对显微系统（105）的中心轴线的偏转情况；

（4）根据微小自聚焦透镜（108）的偏转情况，调节五维调整架（103）的X向旋转旋钮（204）、X向移动旋钮（201）、Y向旋转旋钮（205）和Y向移动旋钮（202），使形心坐标X、Y的数值近似为0，将微小自聚焦透镜（108）的中心轴线向对心垂直入射到显微系统（105）的入射面的方向调节；

（5）右旋五维调整架（103）的Z向移动旋钮（203），使微小自聚焦透镜（108）在轴向方向上与显微系统（105）的入射面的相对距离减小dz；

（6）观察在计算机（107）中显示形心坐标X、Y的数值是否近似为0；

（7）若形心坐标X、Y的数值近似为0，表明通过微小自聚焦透镜（108）的光束对心垂直入射到显微系统（105）的入射面以及光束分析仪（106）的探测面；若形心坐标X、Y的数值不为0，且变化较大，重复步骤（1）-步骤（6）的操作。