CN105842257B - 一种亚微米量级的玻璃亚表面缺陷检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种亚微米量级的玻璃亚表面缺陷检测装置及方法。该装置光源部分包括超连续发光光谱光源和单模光纤环形器；参考臂和样品臂部分包括第一准直透镜、45°柱形反射镜、参考物镜、参考反射镜、二维扫描振镜、样品物镜和待测件；探测臂部分包括第二准直透镜、透射光栅、聚焦透镜、光电探测器和计算机。方法为：参考臂和样品臂的光沿原路返回到单模光纤环形器，两臂光束相遇产生干涉；干涉光束经透射光栅分光后，再由聚焦透镜聚焦在光电探测器的不同像元上，光电探测器将采集到的信号输入计算机，进行处理得到不同位置的断层图像。本发明采用超宽带光源，高倍数值孔径成像物镜，以及共光路成像结构，获取了亚微米量级的玻璃亚表面裂纹三维结构。

Description

一种亚微米量级的玻璃亚表面缺陷检测装置及方法
技术领域
本发明涉及光学相干层析成像术(Optical Coherence Tomography,OCT)技术领域，特别是一种亚微米量级的玻璃亚表面缺陷检测装置及方法。
背景技术
光学相干层析成像术(Optical Coherence,OCT)是一种应用在生物组织上的非侵入，无损伤，高分辨率，高灵敏度的实时成像方法。1991年，美国麻省理工学院的Fujimoto研究小组，采用光源为中心波长为830nm的超发光二极管，利用光学低相干反射仪(OpticalLow Coherence Reflectometer,OLCR)对生物组织成像，首次提出光学相干层析成像的理念。该装置主要是基于迈克尔逊干涉仪的低相干成像，因此该装置采用宽带光源，分别从参考臂返回的光和从样品不同深度返回的后向散射光在分束器处相遇，相干叠加，然后由光电探测器接收，计算机进行后续的算法处理。随后该技术引起国内外研究小组的关注，如美国杜克大学的Izatt研究小组，美国麻省总医院的Tearney研究小组，清华大学等。早期的光学相干层析成像术称为时域OCT，该技术存在一定的局限性：对机械装置的要求太高，成本太贵。为了实现深度扫描，该装置需将参考反射镜载物台换为精密机械位移平台，实现深度方向的精密移动；为了实现三维成像，该装置在样品载物台还需设置一个二维精密位移平台，实现横向上的扫描。此外，该系统的灵敏度，信噪比等成像性能也有待提高。2003年，频域OCT的出现带来了成像领域的又一次革新。该技术一定程度上解决了时域OCT机械扫描的问题，通过光谱仪探测干涉光谱的方法，省去了时域OCT中的深度机械扫描，不仅提高了成像速度，降低了成本，也减小了机械运动，从而可以实现高灵敏度高信噪比成像。根据光源和探测方式的不同，频域OCT可以分为扫频OCT和谱域OCT。扫频OCT采用高速可调谐扫频光源和单点探测的方式，实现对干涉光谱的检测。谱域OCT利用宽带光源和光谱仪，一次性完成干涉光谱的检测。目前谱域OCT的成像分辨率约为10，近两年极少数研究小组(Tearney研究小组等)采用超宽带激光器获得分辨率约1的生物组织成像结果。
玻璃亚表面亚微米量级的裂纹是光学元件在机械加工的过程中引入的机械损伤。该裂纹的大小约1，位于玻璃表面以下的200以内。在光学成像等应用中，裂纹的出现会导致成像结果下降或者产生测量误差；尤其在强激光光源的应用过程中，有可能会带来极大的危害。因此，测量评估玻璃亚表面微米量级的裂纹十分重要。传统的判定裂纹的方法有腐蚀法和测量表面粗糙度法，腐蚀法破坏了裂纹本身的形态，只能判定裂纹的横向位置，不能得到其延展深度；测量表面粗糙度法，得到玻璃表面粗糙度从而估计玻璃裂纹的最大深度，不能得到局部数据。而利用光学成像手段检测玻璃裂纹的主要有全内反射显微成像术，共聚焦显微成像术等，但由于在成像分辨率和成像深度方面的局限性，都很难实现玻璃亚表面亚微米量级的裂纹的三维探测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分辨率高、灵敏度强、实时性好的亚微米量级的玻璃亚表面缺陷检测装置及方法，以获取亚微米量级的玻璃亚表面裂纹三维结构。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种亚微米量级的玻璃亚表面缺陷检测装置，该装置基于双光束低相干干涉成像原理，包括光源部分、参考臂与样品臂部分、探测臂部分，其中光源部分包括超连续发光光谱光源和单模光纤环形器；参考臂和样品臂部分包括第一准直透镜、45°柱形反射镜、参考物镜、参考反射镜、二维扫描振镜、样品物镜和待测件；探测臂部分包括第二准直透镜、透射光栅、聚焦透镜、光电探测器和计算机；
所述超连续发光光谱光源发出宽带光束后，进入单模光纤环形器的输入端口1，接着光束从单模光纤耦合器的输出端口2出射，经过第一准直透镜后，光束在空间域沿着第一准直透镜的光轴传播；经第一准直透镜后传播的一部分光束进入参考臂，首先照射到45°柱形反射镜上，经反射落在参考物镜上，经参考物镜聚焦后的光束最后入射至参考反射镜；经第一准直透镜后传播的其余光束沿光轴继续传播进入样品臂，然后经二维扫描振镜反射后入射至样品物镜上，样品物镜聚焦后的光束最后落在待测件上；由于光的可逆性，参考臂和样品臂的光束分别从参考反射镜和待测件，沿原路返回到单模光纤环形器的输出端口2，两臂光束相遇产生干涉；干涉光束再从单模光纤环形器的输出端口3出射，发散光束经过第二准直透镜后形成平行光，该平行光入射至透射光栅上，然后经透射光栅分光，各波长的干涉光以不同的出射角发散开来，接着入射至聚焦透镜，聚焦透镜将不同角度的干涉光聚焦在光电探测器的不同像元上，最后光电探测器将采集到的信号输入计算机，进行后续图像重建处理，从而得到不同位置的断层图像。
优选地，所述超连续发光光谱光源的出射波长范围为400～2400nm的宽带光。
优选地，所述的单模光纤环形器能够传导中心波长750～850nm、带宽大于400nm的光束。
进一步地，所述第一准直物镜的焦距选择标准为：使得准直后的光束直径最大，且完全打在样品臂的二维扫描振镜和样品物镜上。
优选地，所述的参考物镜与样品物镜的型号和尺寸完全相同，且数值孔径均大于0.35。
优选地，所述二维扫描振镜的反射镜为中心波长750～850nm、带宽为600nm～1000nm的宽带型反射镜。
进一步地，所述第二准直透镜的焦距选取需要满足以下要求：使得准直后的平行光束完全入射至透射式光栅上。
一种亚微米量级的玻璃亚表面缺陷检测方法，包括以下步骤：
步骤1，打开超连续发光光谱光源，将出射的宽带光耦合到单模光纤环形器的输入端口1，经光纤传导光束从单模光纤耦合器的输出端口2出射；
步骤2，调整第一准直透镜的位置，使得单模光纤耦合器的输出端口2处于第一准直透镜的后焦面，保证准直后的光束为平行光；经过第一准直透镜后，光束在空间域沿着第一准直透镜后传播的一部分光束进入参考臂，首先照射到45°柱形反射镜上，调整45°柱形反射镜的位置，使45°柱形反射镜位于平行光束的中心，且入射光和反射面成45°夹角，调节参考物镜使得反射光束垂直入射至参考物镜表面，且光束光轴与参考物镜的中心轴重合；经参考物镜聚焦后的光束最后入射至参考反射镜；
步骤4，经第一准直透镜后传播的其余光束沿光轴继续传播进入样品臂，调节二维扫描振镜的位置，保证入射光束的光轴和二维扫描振镜的转轴重合，经两次反射后光束入射至样品物镜上，调节样品物镜使入射光束与样品物镜的表面垂直，且入射光束充满样品物镜的整个光瞳；
步骤5，样品物镜聚焦后的光束最后落在待测件上，调整待测件的高度，使待测件表面位于样品物镜的后焦面；
步骤6，由于光的可逆性，参考臂和样品臂的光束分别从参考反射镜和待测件，沿原路返回到单模光纤环形器的输出端口2，两臂光束相遇产生干涉；
步骤7，干涉光束再从单模光纤环形器的输出端口3出射，发散光束经过第二准直透镜后形成平行光，该平行光入射至透射光栅上，然后经透射光栅分光，各波长的干涉光以不同的出射角发散开来，接着入射至聚焦透镜；
步骤8，调节聚焦透镜的位置，使得所有光束都入射至聚焦透镜的光瞳中心区域，聚焦透镜将不同角度的干涉光聚焦在光电探测器的不同像元上，调节光电探测器的位置和俯仰，使光电探测器的光敏面位于聚焦透镜的后焦面且所有光束被接收，光电探测器每个像元探测到干涉谱I(k)；
步骤9，最后光电探测器将采集到的信号输入计算机，进行后续图像重建处理，从而得到不同位置的断层图像。
优选地，步骤4所述的二维扫描振镜的反射镜为中心波长750～850nm，带宽为600nm～1000nm的宽带型反射镜。
进一步地，步骤8所述光电探测器每个像元所探测到的干涉谱I(k)表达式如下：
I(k)＝|Es+Er|2＝EsEs *+ErEr *+Es *Er+EsEr *
其中，Es和Er分别为样品光和参考光，*为共轭符号。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)成像分辨率高，可达亚微米量级，探测深度大于亚微米量级的玻璃亚表面裂纹的深度(约200μm)，保证了对所有深度的裂纹的定量测量；(2)采用共光路结构，很大程度上消除了系统引入的成像误差，保证了成像系统的稳定性，实现高探测灵敏度和信噪比，保证了成像质量；(3)样品载物台无需机械移动，通过光谱仪一次获取样品的深度信号，保证了实时性，且减小了机械运动引入的成像误差。
附图说明
图1为本发明亚微米量级的玻璃亚表面缺陷检测装置的结构示意图。
图2为本发明探测臂光谱仪的示意图。
图3为本发明二维扫描振镜和光电探测器的同步控制信号的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。
结合图1，本发明亚微米量级的玻璃亚表面缺陷检测装置，其特征在于：该装置基于双光束低相干干涉成像原理，包括光源部分、参考臂与样品臂部分、探测臂部分，其中光源部分包括超连续发光光谱光源1和单模光纤环形器2；参考臂和样品臂部分包括第一准直透镜3、45°柱形反射镜4、参考物镜5、参考反射镜6、二维扫描振镜7、样品物镜8和待测件9；探测臂部分包括第二准直透镜10、透射光栅11、聚焦透镜12、光电探测器13和计算机14；
所述超连续发光光谱光源1发出宽带光束后，进入单模光纤环形器2的输入端口1，接着光束从单模光纤耦合器2的输出端口2出射，经过第一准直透镜3后，光束在空间域沿着第一准直透镜3的光轴传播；经第一准直透镜3后传播的一部分光束进入参考臂，首先照射到45°柱形反射镜4上，经反射落在参考物镜5上，经参考物镜5聚焦后的光束最后入射至参考反射镜6；经第一准直透镜3后传播的其余光束沿光轴继续传播进入样品臂，然后经二维扫描振镜7反射后入射至样品物镜8上，样品物镜8聚焦后的光束最后落在待测件9上；由于光的可逆性，参考臂和样品臂的光束分别从参考反射镜6和待测件9，沿原路返回到单模光纤环形器2的输出端口2，两臂光束相遇产生干涉；干涉光束再从单模光纤环形器2的输出端口3出射，发散光束经过第二准直透镜10后形成平行光，该平行光入射至透射光栅11上，然后经透射光栅11分光，各波长的干涉光以不同的出射角发散开来，接着入射至聚焦透镜12，聚焦透镜12将不同角度的干涉光聚焦在光电探测器13的不同像元上，最后光电探测器13将采集到的信号输入计算机14，进行后续图像重建处理，从而得到不同位置的断层图像。
优选地：(1)所述超连续发光光谱光源1的出射波长范围为400～2400nm的宽带光。(2)所述的单模光纤环形器2能够传导中心波长750～850nm、带宽大于400nm的光束。(3)所述的参考物镜5与样品物镜8的型号和尺寸完全相同，从而减小系统色散等误差，且数值孔径均大于0.35。(4)所述二维扫描振镜7选择较大的通光孔径，且兼顾尺寸，保证平衡光束完全通光的同时，保证系统的轻便性，为了减小光强的损失，二维扫描振镜7的反射镜为中心波长750～850nm、带宽为600nm～1000nm的宽带型反射镜。
进一步地，所述第一准直物镜3的焦距选择标准为：使得准直后的光束直径最大，且完全打在样品臂的二维扫描振镜7和样品物镜8上。所述第二准直透镜10的焦距选取需要满足以下要求：使得准直后的平行光束完全入射至透射式光栅11上。
结合图2和图3，本发明亚微米量级的玻璃亚表面缺陷检测方法，包括以下步骤：
步骤1，打开超连续发光光谱光源1，将出射的宽带光耦合到单模光纤环形器2的输入端口1，经光纤传导光束从单模光纤耦合器2的输出端口2出射；
步骤2，调整第一准直透镜3的位置，使得单模光纤耦合器2的输出端口2处于第一准直透镜3的后焦面，保证准直后的光束为平行光；经过第一准直透镜3后，光束在空间域沿着第一准直透镜3的光轴传播；
步骤3，经第一准直透镜3后传播的一部分光束进入参考臂，首先照射到45°柱形反射镜4上，调整45°柱形反射镜4的位置，使45°柱形反射镜4位于平行光束的中心，且入射光和反射面成45°夹角，调节参考物镜5使得反射光束垂直入射至参考物镜5表面，且光束光轴与参考物镜5的中心轴重合；经参考物镜5聚焦后的光束最后入射至参考反射镜6；
步骤4，经第一准直透镜3后传播的其余光束沿光轴继续传播进入样品臂，调节二维扫描振镜7的位置，保证入射光束的光轴和二维扫描振镜7的转轴重合，经两次反射后光束入射至样品物镜8上，调节样品物镜8使入射光束与样品物镜8的表面垂直，且入射光束充满样品物镜8的整个光瞳；所述的二维扫描振镜7的反射镜为中心波长750～850nm，带宽为600nm～1000nm的宽带型反射镜；
步骤5，样品物镜8聚焦后的光束最后落在待测件9上，调整待测件9的高度，使待测件9表面位于样品物镜8的后焦面；
步骤6，由于光的可逆性，参考臂和样品臂的光束分别从参考反射镜6和待测件9，沿原路返回到单模光纤环形器2的输出端口2，两臂光束相遇产生干涉；
步骤7，干涉光束再从单模光纤环形器2的输出端口3出射，发散光束经过第二准直透镜10后形成平行光，该平行光入射至透射光栅11上，然后经透射光栅11分光，各波长的干涉光以不同的出射角发散开来，接着入射至聚焦透镜12；
步骤8，调节聚焦透镜12的位置，使得所有光束都入射至聚焦透镜12的光瞳中心区域，聚焦透镜12将不同角度的干涉光聚焦在光电探测器13的不同像元上，调节光电探测器13的位置和俯仰，使光电探测器13的光敏面位于聚焦透镜12的后焦面且所有光束被接收，光电探测器13每个像元探测到干涉谱I(k)，干涉谱I(k)表达式如下：
I(k)＝|Es+Er|2＝EsEs *+ErEr *+Es *Er+EsEr *
其中，Es和Er分别为样品光和参考光，*为共轭符号；
步骤9，最后光电探测器13将采集到的信号输入计算机14，进行后续图像重建处理，从而得到不同位置的断层图像。
优选地，所述45°柱形反射镜4的直径需选取得当，使得从参考臂返回的光束强度与从样品臂返回的光束强度相当，得到较高的而干涉对比度。所述的待测件9为亚表面缺陷在亚微米量级的玻璃。所述的透射式光栅11工作波长约为800nm，线对数为1200，保证分光精度，从而保证系统的成像深度。所述聚焦透镜12的通光孔径应为两英寸，且焦距选取需保证光束均位于透镜中心区域。所述光电探测器13的光敏面位于聚焦透镜12的后焦面，且选择的像元数保证所有方向的光束都被接收。所述计算机14需选择性能参数较高的配置，保证二维扫描振镜7，光电探测器13的良好控制和后续图像三维重建的顺利进行。
实施例1
本实施例中所述的超连续发光光谱光源1选用英国Fianium公司的SC480，该激光器的出射光总功率约2w，波长带宽约为2000nm，其中最大波长为2400nm。45°柱形反射镜4选用Edmund Optics公司的NT54-092，其柱面直径为2mm。参考物镜5和样品物镜8都选用Thorlabs公司的焦距为10mm，数值孔径为0.4的消色差透镜。二维扫描振镜7选用Thorlabs公司的通光孔径为10mm的GVS012。待测件9为亚表面带有亚微米量级裂纹的玻璃。透射光栅11选用Wasatch公司的1002-1，其线对数为1200，工作波长为830nm。聚焦透镜12选用Thorlabs公司的两英寸消色差透镜。光电探测器13选用E2V公司的线阵EM2。
本发明亚微米量级的玻璃亚表面缺陷检测方法，包括以下步骤：
步骤1，打开超连续发光光谱光源1，光源光谱强度表示为S(k,ω)exp(i(kz-ωt))，然后将出射光耦合到单模光纤环形器2的输入端口1，经光纤传导，光束从单模光纤耦合器2的输出端口2出射；
步骤2，调整第一准直透镜3位置，使得单模光纤耦合器2的输出端口2处于准直透镜3的后焦面，保证准直后的光束为平行光；
步骤3，调整45°柱形反射镜4的位置，使其位于平行光束的中心，且入射光和反射面成45°夹角。调节参考物镜5使得反射光束垂直打在其表面，且保证光束光轴与参考物镜5的中心轴重合；
步骤4，调节二维扫描振镜7的位置，保证入射光束的光轴和二维扫描振镜7的转轴重合，经两次反射后光束落在样品物镜8上，调节样品物镜8，保证入射光束与其表面垂直，且充满整个光瞳；
步骤5，调整待测件9的高度，使其表面位于样品物镜8的后焦面；
步骤6，由于光的可逆性，两臂的光束分别从参考反射镜6和样品臂待测件9，沿原路返回到单模光纤环形器2的输出端口2，将两束光分别表示为和两臂光束相遇产生干涉，其中，s(k,ω)表示光源出射的电场振幅，k、ω、t分别指波数、角频率和时间变量，z表示光束从光源到环形器的传播的距离，rr和分别表示参考物和样品的反射率，N表示样品可以看成N层反射面的叠加，n指样品的第n层反射面，zr和分别表示光束在参考臂和样品臂经过的路程；
步骤7，干涉光束再从单模光纤环形器2的输出端口3出射，发散光束经过第二准直透镜10后，以一定角度打在透射光栅11上，然后经其分光，各波长的干涉光以不同的出射角发散开来；
步骤8，调节聚焦透镜12的位置，使得所有光束都打在光瞳中心区域；
步骤9，调节光电探测器13的位置和俯仰等，使其光敏面位于聚焦透镜12的后焦面，且保证所有光束被接收。光电探测器13每个像元所探测到的干涉谱I(k)表达式如下：
I(k)＝<|Es+Er|2>＝<EsEs *+ErEr *+Es *Er+EsEr *>
其中，Es和Er分别为样品光和参考光，*为共轭符号。
分别将参考光和样品光的表达式代入上式，只考虑互相关项Ic(k)，则有：
其中，s(k,ω)表示光源出射的电场振幅，k和ω分别指波数和角频率，rr和分别表示参考物和样品的反射率，N表示样品可以看成N层反射面的叠加，n指样品的第n层反射面，zr和分别表示光束在参考臂和样品臂经过的路程；
步骤10，最后光电探测器13将采集到的信号输入计算机14，进行逆傅里叶变换等后续图像重建处理，从而得到不同位置的断层图像。
综上所述，本发明采用超宽带光源和高数值孔径物镜，实现高分辨率，可达亚微米量级，保证了对亚微米量级的玻璃亚表面裂纹的成像精度。同时本发明的探测深度大于亚微米量级的玻璃亚表面裂纹的深度约200μm，保证了对所有深度的裂纹成像。本发明采用共光路结构，很大程度上消除了系统引入的成像误差，保证了成像系统的稳定性，探测灵敏度和信噪比等。本发明的样品载物台无需机械移动，通过光谱仪一次获取样品的深度信号，保证了实时性，且减小了机械运动引入的成像误差。

Claims (10)

1.一种亚微米量级的玻璃亚表面缺陷检测装置，该装置基于双光束低相干干涉成像原理，包括光源部分、参考臂与样品臂部分、探测臂部分，其中光源部分包括超连续发光光谱光源(1)和单模光纤环形器(2)；参考臂和样品臂部分包括第一准直透镜(3)、参考反射镜(6)、二维扫描振镜(7)、样品物镜(8)和待测件(9)；探测臂部分包括第二准直透镜(10)、聚焦透镜(12)、光电探测器(13)和计算机(14)；其特征在于：所述参考臂和样品臂部分还包括45°柱形反射镜(4)、参考物镜(5)，探测臂部分还包括透射光栅(11)；
所述超连续发光光谱光源(1)发出宽带光束后，进入单模光纤环形器(2)的输入端口1，接着光束从单模光纤耦合器(2)的输出端口2出射，经过第一准直透镜(3)后，光束在空间域沿着第一准直透镜(3)的光轴传播；经第一准直透镜(3)后传播的一部分光束进入参考臂，首先照射到45°柱形反射镜(4)上，经反射落在参考物镜(5)上，经参考物镜(5)聚焦后的光束最后入射至参考反射镜(6)；经第一准直透镜(3)后传播的其余光束沿光轴继续传播进入样品臂，然后经二维扫描振镜(7)反射后入射至样品物镜(8)上，样品物镜(8)聚焦后的光束最后落在待测件(9)上；由于光的可逆性，参考臂和样品臂的光束分别从参考反射镜(6)和待测件(9)，沿原路返回到单模光纤环形器(2)的输出端口2，两臂光束相遇产生干涉；干涉光束再从单模光纤环形器(2)的输出端口3出射，发散光束经过第二准直透镜(10)后形成平行光，该平行光入射至透射光栅(11)上，然后经透射光栅(11)分光，各波长的干涉光以不同的出射角发散开来，接着入射至聚焦透镜(12)，聚焦透镜(12)将不同角度的干涉光聚焦在光电探测器(13)的不同像元上，最后光电探测器(13)将采集到的信号输入计算机(14)，进行后续图像重建处理，从而得到不同位置的断层图像。
2.根据权利要求1所述的亚微米量级的玻璃亚表面缺陷检测装置，其特征在于，所述超连续发光光谱光源(1)的出射波长范围为400～2400nm的宽带光。
3.根据权利要求1所述的亚微米量级的玻璃亚表面缺陷检测装置，其特征在于，所述的单模光纤环形器(2)能够传导中心波长750～850nm、带宽大于400nm的光束。
4.根据权利要求1所述的亚微米量级的玻璃亚表面缺陷检测装置，其特征在于，所述第一准直物镜(3)的焦距选择标准为：使得准直后的光束直径最大，且完全打在样品臂的二维扫描振镜(7)和样品物镜(8)上。
5.根据权利要求1所述的亚微米量级的玻璃亚表面缺陷检测装置，其特征在于，所述的参考物镜(5)与样品物镜(8)的型号和尺寸完全相同，且数值孔径均大于0.35。
6.根据权利要求1所述的亚微米量级的玻璃亚表面缺陷检测装置，其特征在于，所述二维扫描振镜(7)的反射镜为中心波长750～850nm、带宽为600nm～1000nm的宽带型反射镜。
7.根据权利要求1所述的亚微米量级的玻璃亚表面缺陷检测装置，其特征在于，所述第二准直透镜(10)的焦距选取需要满足以下要求：使得准直后的平行光束完全入射至透射式光栅(11)上。
8.一种亚微米量级的玻璃亚表面缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，打开超连续发光光谱光源(1)，将出射的宽带光耦合到单模光纤环形器(2)的输入端口1，经光纤传导光束从单模光纤耦合器(2)的输出端口2出射；
步骤2，调整第一准直透镜(3)的位置，使得单模光纤耦合器(2)的输出端口2处于第一准直透镜(3)的后焦面，保证准直后的光束为平行光；经过第一准直透镜(3)后，光束在空间域沿着第一准直透镜(3)的光轴传播；
步骤3，经第一准直透镜(3)后传播的一部分光束进入参考臂，首先照射到45°柱形反射镜(4)上，调整45°柱形反射镜(4)的位置，使45°柱形反射镜(4)位于平行光束的中心，且入射光和反射面成45°夹角，调节参考物镜(5)使得反射光束垂直入射至参考物镜(5)表面，且光束光轴与参考物镜(5)的中心轴重合；经参考物镜(5)聚焦后的光束最后入射至参考反射镜(6)；
步骤4，经第一准直透镜(3)后传播的其余光束沿光轴继续传播进入样品臂，调节二维扫描振镜(7)的位置，保证入射光束的光轴和二维扫描振镜(7)的转轴重合，经两次反射后光束入射至样品物镜(8)上，调节样品物镜(8)使入射光束与样品物镜(8)的表面垂直，且入射光束充满样品物镜(8)的整个光瞳；
步骤5，样品物镜(8)聚焦后的光束最后落在待测件(9)上，调整待测件(9)的高度，使待测件(9)表面位于样品物镜(8)的后焦面；
步骤6，由于光的可逆性，参考臂和样品臂的光束分别从参考反射镜(6)和待测件(9)，沿原路返回到单模光纤环形器(2)的输出端口2，两臂光束相遇产生干涉；
步骤7，干涉光束再从单模光纤环形器(2)的输出端口3出射，发散光束经过第二准直透镜(10)后形成平行光，该平行光入射至透射光栅(11)上，然后经透射光栅(11)分光，各波长的干涉光以不同的出射角发散开来，接着入射至聚焦透镜(12)；
步骤8，调节聚焦透镜(12)的位置，使得所有光束都入射至聚焦透镜(12)的光瞳中心区域，聚焦透镜(12)将不同角度的干涉光聚焦在光电探测器(13)的不同像元上，调节光电探测器(13)的位置和俯仰，使光电探测器(13)的光敏面位于聚焦透镜(12)的后焦面且所有光束被接收，光电探测器(13)每个像元探测到干涉谱I(k)；
步骤9，最后光电探测器(13)将采集到的信号输入计算机(14)，进行后续图像重建处理，从而得到不同位置的断层图像。
9.根据权利要求8所述的亚微米量级的玻璃亚表面缺陷检测方法，其特征在于，步骤4所述的二维扫描振镜(7)的反射镜为中心波长750～850nm，带宽为600nm～1000nm的宽带型反射镜。
10.根据权利要求8所述的亚微米量级的玻璃亚表面缺陷检测方法，其特征在于，步骤8所述光电探测器(13)每个像元所探测到的干涉谱I(k)表达式如下：
I(k)＝|Es+Er|2＝EsEs *+ErEr *+Es *Er+EsEr *
其中，Es和Er分别为样品光和参考光，*为共轭符号。
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107966453B (zh) * 2016-10-20 2020-08-04 上海微电子装备（集团）股份有限公司 一种芯片缺陷检测装置及检测方法
CN106770128B (zh) * 2017-01-11 2023-06-27 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 快速三维探测光学元件亚表面缺陷的检测装置及检测方法
CN106855521B (zh) * 2017-03-06 2023-07-14 南京市计量监督检测院 一种铁轨轨腰表面裂纹微形变检测装置及检测方法
CN109115804B (zh) * 2017-06-22 2021-03-26 南京理工大学 一种定量检测玻璃亚表面缺陷的装置及方法
CN107860776A (zh) * 2017-11-22 2018-03-30 佛山科学技术学院 一种镜片缺陷检测装置及方法
FR3086748B1 (fr) * 2018-10-02 2023-10-13 Sciences Et Techniques Ind De La Lumiere Comparateur optique avec dynamisation du point de mesure
CN109283186A (zh) * 2018-10-12 2019-01-29 成都精工华耀科技有限公司 一种轨道可视化巡检双光谱二维与三维融合成像系统
WO2020132960A1 (zh) * 2018-12-26 2020-07-02 合刃科技（深圳）有限公司 缺陷检测方法及缺陷检测系统
CN110575142A (zh) * 2019-09-16 2019-12-17 南京波斯泰克光电科技有限公司 一种单光谱仪多光束光学相干层析成像仪
CN111208144B (zh) * 2020-03-05 2022-11-22 上海御微半导体技术有限公司 一种缺陷检测系统和缺陷检测方法
CN111609819B (zh) * 2020-04-10 2022-03-25 桂林电子科技大学 一种超光滑表面粗糙度测量系统
KR102293955B1 (ko) * 2020-07-08 2021-08-26 주식회사 휴비츠 3차원 자동 단층 촬영 검사 장치 및 영상 획득 방법
CN112325765B (zh) * 2020-10-23 2022-04-05 苏州中科全象智能科技有限公司 一种面阵点扫描分光白光干涉仪
CN113267142B (zh) * 2021-05-17 2022-08-19 东北大学秦皇岛分校 一种表面轮廓成像装置及成像方法
CN113587845B (zh) * 2021-07-29 2022-07-26 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 大口径透镜轮廓检测装置及检测方法
CN113720861A (zh) * 2021-09-16 2021-11-30 中国科学院微电子研究所 透明样品的亚表面缺陷检测方法
CN113607747B (zh) * 2021-10-11 2021-12-10 常州微亿智造科技有限公司 基于光学相干断层扫描的覆膜产品检测系统及检测方法
CN114486912A (zh) * 2022-01-17 2022-05-13 合肥知常光电科技有限公司 一种基于线光谱共焦技术的光学元件缺陷检测装置及方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006124860A1 (en) * 2005-05-13 2006-11-23 The General Hospital Corporation Arrangements, systems and methods capable of providing spectral-domain optical coherence reflectometry for a sensitive detection of chemical and biological sample
CN102499648A (zh) * 2011-11-16 2012-06-20 清华大学 一种基于菲涅尔光谱仪的频域光学相干层析成像系统
CN103439295A (zh) * 2013-08-16 2013-12-11 中国科学院上海光学精密机械研究所 全深度频域多普勒光学相干层析成像方法
WO2014018950A1 (en) * 2012-07-27 2014-01-30 Thorlabs, Inc. Agile imaging system
CN104568777A (zh) * 2015-01-12 2015-04-29 南京理工大学 基于频谱编码的共焦显微成像装置及方法
CN104568842A (zh) * 2015-01-12 2015-04-29 南京理工大学 结合fdoct测量生物组织群延迟色散的装置及方法
CN104769481A (zh) * 2012-10-12 2015-07-08 统雷有限公司 紧凑、低色散以及低像差自适应光学扫描系统
CN204882405U (zh) * 2015-06-30 2015-12-16 浙江大学 基于oct复信号的玻璃表面真伪缺陷识别系统

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006124860A1 (en) * 2005-05-13 2006-11-23 The General Hospital Corporation Arrangements, systems and methods capable of providing spectral-domain optical coherence reflectometry for a sensitive detection of chemical and biological sample
CN102499648A (zh) * 2011-11-16 2012-06-20 清华大学 一种基于菲涅尔光谱仪的频域光学相干层析成像系统
WO2014018950A1 (en) * 2012-07-27 2014-01-30 Thorlabs, Inc. Agile imaging system
CN104769481A (zh) * 2012-10-12 2015-07-08 统雷有限公司 紧凑、低色散以及低像差自适应光学扫描系统
CN103439295A (zh) * 2013-08-16 2013-12-11 中国科学院上海光学精密机械研究所 全深度频域多普勒光学相干层析成像方法
CN104568777A (zh) * 2015-01-12 2015-04-29 南京理工大学 基于频谱编码的共焦显微成像装置及方法
CN104568842A (zh) * 2015-01-12 2015-04-29 南京理工大学 结合fdoct测量生物组织群延迟色散的装置及方法
CN204882405U (zh) * 2015-06-30 2015-12-16 浙江大学 基于oct复信号的玻璃表面真伪缺陷识别系统

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Photothermal spectral-domain optical coherence reflectometry for direct measurement of hemoglobin concentration of erythrocytes;JinyeongYim等;《Biosensors andBioelectronics》;20140203;第57卷;第59-64页
基于谱域光学相干反射测量术的生物组织折射率测量技术;刘智等;《激光与光电子学进展》;20120119;第49卷;第041202-1-6页
手持式牙齿在体谱域光学相干层析成像系统研究;刘浩等;《中国激光》;20160228;第43卷(第2期);第0204003-1-7页

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