CN116642413B - 一种光学模块及光学设备 - Google Patents

一种光学模块及光学设备 Download PDF

Info

Publication number
CN116642413B
CN116642413B CN202310227259.9A CN202310227259A CN116642413B CN 116642413 B CN116642413 B CN 116642413B CN 202310227259 A CN202310227259 A CN 202310227259A CN 116642413 B CN116642413 B CN 116642413B
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
lens
optical
sample
reflecting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202310227259.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116642413A (zh
Inventor
李泠霏
葛宝梁
孔云川
许俊豪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huawei Technologies Co Ltd
Original Assignee
Huawei Technologies Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huawei Technologies Co Ltd filed Critical Huawei Technologies Co Ltd
Priority to CN202310227259.9A priority Critical patent/CN116642413B/zh
Publication of CN116642413A publication Critical patent/CN116642413A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116642413B publication Critical patent/CN116642413B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/106—Beam splitting or combining systems for splitting or combining a plurality of identical beams or images, e.g. image replication
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02015—Interferometers characterised by the beam path configuration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02015—Interferometers characterised by the beam path configuration
    • G01B9/02017—Interferometers characterised by the beam path configuration with multiple interactions between the target object and light beams, e.g. beam reflections occurring from different locations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02015—Interferometers characterised by the beam path configuration
    • G01B9/02029—Combination with non-interferometric systems, i.e. for measuring the object
    • G01B9/0203—With imaging systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02041—Interferometers characterised by particular imaging or detection techniques
    • G01B9/02047—Interferometers characterised by particular imaging or detection techniques using digital holographic imaging, e.g. lensless phase imaging without hologram in the reference path
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/04—Measuring microscopes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
    • G01J9/02—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Abstract

本申请实施例公开了一种光学模块及光学设备，涉及光学技术领域，解决了现有离轴共路干涉光学系统结构设计复杂的问题。该光学模块包括支撑架及均设置在支撑架上的第一反射元件和分光片。其中，分光片与第一反射元件相对，且第一反射元件相对分光片倾斜设置。第一反射元件与分光片之间的区域可以用于设置待检测样品。分光片被配置为：将入射光束中的第一子光束直接反射、将入射光束中的第二子光束透射以及将第一反射光束出射。第一反射光束为发射至第一反射元件的光束的反射光。第一反射元件被配置为：反射第二子光束中透射至第一反射元件的部分光束。

Description

一种光学模块及光学设备
技术领域
本申请涉及光学检测技术领域，尤其涉及一种光学模块及光学设备。
背景技术
数字全息技术可以实现物光波的复振幅分布的采集，从而实现物体的振幅和相位信息的定量获取。所以，广泛应用于生物样品成像，半导体检测、材料表征、增强现实技术(augmented reality，AR)、虚拟现实技术(virtual reality，VR)、工业检测等领域。
数字全息技术主要基于被样品散射的样品光和参考光的干涉，实现将相位信息转化为相机可以采集和记录的光强度信息。根据样品光与参考光在传播方向的不同，可以分为离轴干涉和同轴干涉。在同轴干涉光学系统中，样品光和参考光以同样的角度照射到探测器平面，可充分利用光学系统和相机空间带宽的优势。但是，在成像探测器平面记录的像中，原始像和孪生像同轴，相互干扰且去除复杂。而离轴干涉可以通过空间滤波技术解决孪生像的问题，以实现单幅采集的相位恢复，从而被广泛应用。
但是，现有离轴干涉光学系统多数采用不共路设计，对环境干扰(如外部机械振动、气流扰动等)敏感，对光源的相干性要求高，成像质量低等。而少数离轴干涉光学系统采用共路设计，存在结构设计复杂的问题。
发明内容
本申请实施例提供一种光学模块及光学设备，解决了现有离轴共路干涉光学系统结构设计复杂的问题。
为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：
第一方面，本申请实施例提供一种光学模块。该光学模块包括支撑架、第一反射元件及分光片。其中，第一反射元件具体可以为反射片。分光片与第一反射元件相对，且第一反射元件相对分光片倾斜设置。第一反射元件与分光片之间的区域可以用于设置待检测样品。分光片被配置为：将入射光束中的第一子光束直接反射、将入射光束中的第二子光束透射以及将第一反射光束出射。第一反射光束为发射至第一反射元件的光束的反射光。其中，第一反射元件被配置为：反射第二子光束中透射至第一反射元件的部分光束。
当上述光学模块应用于成像或成像检测功能的光学设备时，光学设备中光源模块出射的光束入射至光学模块的分光片内。分光片可以将光源模块出射的光束中第一子光束直接反射而形成参考光、及将光源模块出射的光束中第二子光束透射至待检测样品。若待检测样品的透明度较高，则可以将待检测样品设置在第一反射元件靠近分光片的一侧表面上、分光片靠近第一反射元件的一侧表面上、第一反射元件上靠近分光片的一侧表面上或者第一反射元件与分光片之间的其他位置。入射在待检测样品上的第二子光束中大部分光束可以直接经待检测样品透射，再经第一反射元件反射回分光片。分光片可以将这部分光束透射出去而形成样品光。若待检测样品的透明度较差，则可以将待检测样品设置在第一反射元件靠近分光片的一侧表面上。入射在待检测样品上的第二子光束中部分光束可以被待检测样品吸收，第二子光束中剩余的部分光束可以被待检测样品反射回分光片。再通过分光片将这部分光束透射出去，而形成样品光。对于上述两种不同类型的待检测样品，由于第一反射元件相对分光片倾斜设置，所以，样品光与参考光均可以以一定的角度进行干涉成像，实现了离轴干涉。并且，样品光仅在到待检测样品的光路上与参考光不共路，而其他光路均相同，参考光和样品光的分离和汇聚发生在紧挨待检测样品的前后平面附近，除了物平面附近外，两束光完全共路，可以最大程度地保证样品光和参考光的共路性。因此，具有本申请实施例光学模块的光学设备对环境干扰敏感性低，抗振动能力好，对光源的相干性要求低，成像分辨率高，光学设备记录的像中孪生像解决较方便。并且，光学模块的结构简单，仅添加了较少的光学元件即可实现反射式离轴干涉共路功能，有利于实现小型化、轻量化设计的光学设备。
在第一方面的一些实施例中，上述支撑架包括第一支撑台和第二支撑台，第一支撑台与第二支撑台相对设置。第一反射元件设置在第一支撑台上靠近第二支撑台的位置。分光片设置在第二支撑台上靠近第一支撑台的位置。并且，第二支撑台相对第一支撑台倾斜设置，且第一支撑台与第二支撑台固定连接，以使第二支撑台上的分光片可以相对第一支撑台上的第一反射元件倾斜设置。例如，第一支撑台为矩形支撑台，第一支撑台的一侧表面上开设有用于容置第一反射元件的卡接槽。类似地，第二支撑台也为矩形支撑架。该第二支撑台上开设有通孔，分光片可以固定在第二支撑台上，并盖设在通孔靠近第一支撑台一侧的开口上。入射光束可以通过通孔照射在分光片上。上述第一支撑台的结构和第二支撑台的结构均较简单。
在第一方面的另一些实施例中，上述第一支撑台与第二支撑台可旋转连接，如通过转轴可旋转连接。第一支撑台与第二支撑台之间的角度可调，以使分光片与第一反射元件之间的角度可调。所以，样品光和参考光的离轴干涉角度调节方便，且调节范围可以较大。通过调节第一支撑台与第二支撑台的角度，可以实现不同角度下的共路式离轴干涉、干涉角度的控制以及干涉条纹的空间频率控制。
并且，在第一方面的一些实施例中，上述第一反射元件与分光片之间的夹角θ满足为：0°＜θ≤40°，在保证参考光与样品光的光程差较小的基础上，实现多种角度下的共路式离轴干涉。
在第一方面的一些实施例中，上述分光片的透射率的取值范围为20％-80％。分光片的反射率的取值范围为20％-80％。分光片的透射率和反射率在上述范围进行选择，可以调控使得干涉条纹的衬度接近达到1。从而，获得高分辨率的干涉条纹。
可以理解的是，上述第一反射元件需要较高的反射率。在第一方面的一些实施例中，上述第一反射元件的反射率的取值范围为80％-100％。从透明度较高的待检测样品透射出去的光束可以多数被第一反射元件反射回分光片，在反射片上的光损失较少，所形成的样品光的光强较高。
在第一方面的一些实施例中，上述支撑架还包括固定结构，固定结构设置在第一支撑台或第二支撑台上。或者，固定结构设置在第一支撑台和第二支撑台上。固定结构可以将待检测样品固定在第一反射元件靠近分光片的一侧表面上，或者将待检测样品固定在分光片靠近第一反射元件的一侧表面上，以便于进行成像检测操作。示例的，以固定结构设置在第一支撑台为例，该固定结构可以为与第一支撑台活动连接的压板(或挡板)，压板可以将待检测样品固定在第一反射元件靠近分光片的一侧表面上。
第二方面，本申请实施例还包括一种光学设备，该光学设备包括光源模块、分束元件、光学模块及成像模块。其中，分束元件和光学模块依次位于光源模块的出光光路上。光学模块、成像模块分别位于分束元件的反射光路和透射光路上。该光学模块包括支撑架、第一反射元件及分光片。其中，第一反射元件具体可以为反射片。分光片与第一反射元件相对，且第一反射元件相对分光片倾斜设置。第一反射元件与分光片之间的区域可以用于设置待检测样品。分光片被配置为：将分束元件出射光束中的第一子光束直接反射以形成参考光、将入射光束中的第二子光束透射以及将第一反射光束出射以形成样品光。第一反射光束为发射至第一反射元件的光束的反射光。第一反射元件被配置为：将第二子光束中透射至第一反射元件的部分光束反射以形成样品光。分束元件用于将光源模块发射的光束透射至光学模块中的分光片、以及将分光片出射的参考光和样品光反射至成像模块。或者，分束元件用于将光源模块发射的光束反射至分光片，以及将分光片出射的参考光和样品光透射至成像模块。成像模块用于将接收的光束进行干涉成像。由于上述实施例的光学设备中的光学模块与上述实施例所述的光学模块结构相同，两者能够解决相同的技术问题，获得相同的技术效果，此处不再赘述。
在第二方面的一些实施例中，上述支撑架包括第一支撑台和第二支撑台，第一支撑台与第二支撑台相对设置。第一反射元件设置在第一支撑台上靠近第二支撑台的位置。分光片设置在第二支撑台上靠近第一支撑台的位置。并且，第二支撑台相对第一支撑台倾斜设置，且第一支撑台与第二支撑台固定连接，以使第二支撑台上的分光片可以相对第一支撑台上的第一反射元件倾斜设置。例如，第一支撑台为矩形支撑台，第一支撑台的一侧表面上开设有用于容置第一反射元件的卡接槽。类似地，第二支撑台也为矩形支撑架。该第二支撑台上开设有通孔，分光片可以固定在第二支撑台上，并盖设在通孔靠近第一支撑台一侧的开口上。入射光束可以通过通孔照射在分光片上。上述第一支撑台的结构和第二支撑台的结构均较简单。
在第二方面的另一些实施例中，上述第一支撑台与第二支撑台可旋转连接，如通过转轴可旋转连接。第一支撑台与第二支撑台之间的角度可调，以使分光片与第一反射元件之间的角度可调。所以，样品光和参考光的离轴干涉角度调节方便，且调节范围可以较大。通过调节第一支撑台与第二支撑台的角度，可以实现不同角度下的共路式离轴干涉、干涉角度的控制以及干涉条纹的空间频率控制。
并且，在第二方面的一些实施例中，上述第一反射元件与分光片之间的夹角θ满足为：0°＜θ≤40°，在保证参考光与样品光的光程差较小的基础上，实现多种角度下的共路式离轴干涉。
在第二方面的一些实施例中，上述分光片的透射率的取值范围为20％-80％。分光片的反射率的取值范围为20％-80％。分光片的透射率和反射率在上述范围进行选择，可以调控使得干涉条纹的衬度接近达到1。从而，获得高分辨率的干涉条纹。
可以理解的是，上述第一反射元件需要较高的反射率。在第二方面的一些实施例中，上述第一反射元件的反射率的取值范围为80％-100％。从透明度较高的待检测样品透射出去的光束可以多数被第一反射元件反射回分光片，在反射片上的光损失较少，所形成的样品光的光强较高。
在第二方面的一些实施例中，上述支撑架还包括固定结构，固定结构设置在第一支撑台或第二支撑台上。或者，固定结构设置在第一支撑台和第二支撑台上。固定结构可以将待检测样品固定在第一反射元件靠近分光片的一侧表面上，或者将待检测样品固定在分光片靠近第一反射元件的一侧表面上，以便于进行成像检测操作。示例的，以固定结构设置在第一支撑台为例，该固定结构可以为与第一支撑台活动连接的压板(或挡板)，压板可以将待检测样品固定在第一反射元件靠近分光片的一侧表面上。
本申请实施例的光学设备可以为光学成像设备，也可以为光学检测设备。在第二方面的一些实施例中，上述光学设备为显微镜。所以，该光学设备还包括显微物镜和镜筒透镜。其中，显微物镜位于分束元件到分光片之间的光路上。显微物镜可以将分束元件出射的光束汇聚至分光片。镜筒透镜位于显微物镜到分束元件之间的光路上，镜筒透镜和显微物镜之间距离是固定的，叫光学筒长。镜筒透镜用于将显微物镜出射的光束进行准直，也就是转换为平行光，从而与显微物镜构成远心光学系统。该显微镜中的光学模块结构简单，可以实现小型化和轻量化设计。镜筒透镜可安装在显微镜的壳体内。
对于一些有外形尺寸要求的显微镜，在第二方面的一些实施例中，上述镜筒透镜的出射光路与显微物镜的出射光路呈夹角。上述光学设备还包括第二反射元件，第二反射元件位于镜筒透镜到显微物镜之间的光路上。第二反射元件可以将镜筒透镜出射的光束反射至显微物镜、及将显微物镜出射的光束反射至镜筒透镜。显微镜在各个方向上的尺寸较均衡，有利于实现显微镜的小型化。具体地，上述第二反射元件可以为反射镜。
在第二方面的一些实施例中，上述成像模块包括相机，相机位于分束元件的反射光路或透射光路上，且用于将接收的光束进行干涉成像。成像模块的组件少。若要获得较高的成像分辨率的干涉图样，则可以选择具有较小像素的相机或者在图像处理时结合高分辨的图像恢复算法来实现。
基于此，在第二方面的一些实施例中，上述成像模块还包括间隔设置的第一透镜和第二透镜。第一透镜和第二透镜依次位于分束元件到相机的光路上。并且，第一透镜与第二透镜之间的间距等于第一透镜的焦距和第二透镜的焦距之和。相机位于第二透镜的焦距处。第一透镜和第二透镜构成4F系统，4F系统可以使成像模块获得较高的成像分辨率的干涉图样。其中，第一透镜的焦距可以小于第二透镜的焦距，以构成4F放大系统。第一透镜的焦距也可以大于第二透镜的焦距，以以构成4F缩小系统。
此外，在第二方面的一些实施例中，上述成像模块还包括第一光阑，第一光阑位于第一透镜和第二透镜的焦距处。第一光阑可以将干涉图样中的干扰项滤除，在傅里叶面上选择需要的反射级次的样品光和参考光通过。
根据不同的干扰项滤除需求，可以设计不同结构的光阑。在第二方面的一些实施例中，上述第一光阑包括两个光阑孔，两个光阑孔间隔设置。两个光阑孔可以分别选择参考光和第i次反射的样品光通过。其中，1≤i≤N。在另一些实施例中，上述第一光阑包括一个光阑孔，该光阑孔可以允许某个频率区域的光束通过。
在第二方面的其他的一些实施例中，上述第一光阑包括光学基板和一个或多个遮挡图案。所有遮挡图案形成在光学基板上。遮挡图案可以将特定反射级数的样品光滤除。
上述光源模块的实施方式有多种。例如，光源模块包括光源和准直透镜。其中，准直透镜位于光源的出光光路上。分束元件位于准直透镜的出射光路上。从光源出射的光束可以通过准直透镜进行准直转换为平行光。再将准直后的平行光出射至分束元件。光源模块可以提供照度均匀的光束。
此外，在第二方面的另一些实施例中，上述光源模块包括光源、第一准直透镜和第二准直透镜。其中，第一准直透镜与第二准直透镜依次间隔分布在光源的出光光路上。第一准直透镜与第二准直透镜之间的间距为第一准直透镜的焦距与第二准直透镜的焦距之和。第一准直透镜的焦距小于第二准直透镜的焦距。光源位于第一准直透镜的焦距处。第一准直透镜与第二准直透镜构成4F放大系统或缩小系统。4F放大系统可以实现光源的扩束与准直，或实现光源的缩束与准直。
并且，在第二方面的一些实施例中，光源模块还包括第二光阑，第二光阑位于第一准直透镜和第二准直透镜的焦距处。第二光阑可以抑制杂散光，提高光源的准直性。
附图说明
为了说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图进行说明。
图1为本申请实施例光学设备的模块连接示意图；
图2为本申请实施例光学设备中光学模块各组件的连接示意图；
图3为本申请实施例待检测样品设置在反射片上的光学模块的光路示意图之一；
图4为本申请实施例待检测样品设置在分光片上的光学模块的光路示意图；
图5为本申请实施例待检测样品设置在反射片上的光学模块的光路示意图之二；
图6为本申请实施例第一支撑台和第二支撑台固定连接的光学模块的结构示意图；
图7为本申请实施例第一支撑台和第二支撑台可旋转连接的光学模块的结构示意图；
图8为本申请实施例光学模块中分光片的结构示意图；
图9为本申请实施例具有第一种成像模块的光学设备的结构示意图；
图10为本申请实施例具有第二种成像模块的光学设备的结构示意图；
图11中(a)和(b)分别为本申请实施例光学设备中两种具有两个光阑孔的第一光阑的结构示意图；
图12中(a)和(b)分别为本申请实施例光学设备中两种具有一个光阑孔的第一光阑的结构示意图；
图13a为本申请实施例光学设备中第一光阑的截面示意图；
图13b为本申请实施例光学设备中具有遮挡图案的第一光阑的俯视图；
图14为本申请实施例具有第三种成像模块的光学设备的结构示意图；
图15为本申请实施例具有第一种光源模块的光学设备的结构示意图；
图16为本申请实施例具有第二种光源模块的光学设备的结构示意图；
图17为本申请实施例具有第三种光源模块的光学设备的结构示意图；
图18为本申请实施例具有显微物镜和镜筒透镜的光学设备的结构示意图；
图19为本申请实施例具有显微物镜、镜筒透镜及第二反射元件的光学设备的结构示意图。
附图标号：
1000-光学设备，100-光源模块，101-光源，102-准直透镜，1021-第一准直透镜，1022-第二准直透镜，103-第二光阑，200-分束元件，300-光学模块，301-支撑架，3011-第一支撑台，3012-第二支撑台，302-第一反射元件，303-分光片，3031-透明基板，3032-镀膜层，304-转轴，400-成像模块，401-相机，402-第一透镜，403-第二透镜，404-第一光阑，4041、4041a、4041b光阑孔，404a-光学基板，404b-环形光阑圈，404c-遮挡图案，500-显微物镜，600-镜筒透镜，700-第二反射元件，2000-待检测样品。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。
以下，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
此外，本申请中，“上”、“下”、“左”、“右”、“水平”以及“竖直”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是指的机械构造，物理构造的连接。如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。还可理解为元器件物理接触并电导通，也可理解为线路构造中不同元器件之间通过PCB铜箔或导线等可传输电信号的实体线路进行连接的形式。
为了便于理解和说明本申请实施例的技术方案，以下先对光学中的同轴干涉、离轴干涉、共路光学系统、非共路光学系统进行简单介绍。
同轴干涉是指样品光和参考光之间不存在倾角发生干涉。离轴干涉是指样品光和参考光以一定的倾角发生干涉。离轴干涉光学系统通过在样品光和参考光之间引入倾角，使干涉图产生载波。从而，将恢复相位所需的项与干扰项分离，利用一幅干涉图即可恢复出待测物体的相位。
在共路光学系统中，样品光和参考光能够在相同的光路中传播。而在非共路光学系统中，通过分束元件分离出样品光和参考光，样品光和参考光在不同的光路中传播、或者传播路径中有一部分在不同光路中、或传播过程中经过的光学元件不同。
本申请实施例提供一种光学设备，该光学设备主要应用在检测领域和成像领域，尤其是生物样品成像、半导体检测、材料表征、物质检测分析等微观物体成像或成像检测领域。所以，该光学设备具体可以为显微镜、干涉成像设备、需要成像的虚拟现实设备或增强现实设备等。该光学设备还可以作为无透镜光学设备、或光源角度可调的三维成像光学设备等。
该光学设备可以采用数字全息技术来实现样品光的复振幅分布的采集。从而，实现了物体的振幅和相位信息的定量获取。如图1所示，光学设备1000包括光源模块100、分束元件200、光学模块300及成像模块400。光源模块100用于提供光源。分束元件200、光学模块300依次位于光源模块100的出光光路上。分束元件200具体可以为分光棱镜。分束元件200用于将光源模块100发射的光束透射至光学模块300。成像模块400位于分束元件200的反射光路上。光学模块300内设有待检测样品2000。光源模块100发射光束至分束元件200，分束元件200将光束透射。分束元件200透射的光束入射至光学模块300形成参考光和样品光，并出射至分束元件200。分束元件200将光学模块300出射的光束反射至成像模块400。成像模块400用于将接收到的光束中样品光和参考光进行干涉成像。所以，成像模块400至少包含有相机，相机可以对样品光和参考光进行干涉成像。
需要说明的是，此处图1中光源模块100和成像模块400的相对位置也可以互换，即光学模块300位于分束元件200的反射光路上，成像模块400位于分束元件200的透射光路上。光源模块100发出的入射光束经过分束元件200反射后进入光学模块300，光学模块300出射的信号光束经过分束元件200透射至成像模块400。
考虑到若光学设备1000采用不共路的光学系统设计，受环境噪声、振动等的干扰对样品光和参考光的影响不同，使得干涉图的误差较大，且对光源的相干性要求较高，成像质量低。并且，若光学设备1000采用同轴干涉的光学系统设计，则成像模块400记录的干涉图样的像中原始像和孪生像同轴，相互干扰且去除复杂。所以，为了解决上述问题，本申请实施例的光学设备1000采用离轴共路干涉设计。
参照图2和图3，该光学设备1000中的光学模块300包括支撑架301、第一反射元件302及分光片303。其中，第一反射元件302和分光片303均设置在支撑架301上。第一反射元件302与分光片303相对，且第一反射元件302相对分光片303倾斜设置。第一反射元件302具体可以为反射片、反射膜或反射棱镜等。第一反射元件302与分光片303之间的区域用于设置待检测样品2000样品。所以，待检测样品2000可以设置在第一反射元件302靠近分光片303的一侧表面上，也可以设置在分光片303靠近第一反射元件302的一侧表面上，也可以设置在第一反射元件302与分光片303之间的其他位置，具体可以根据待检测样品2000的透明度进行选择。分光片303被配置为：将分束元件200出射中光束的第一子光束直接反射以形成参考光、将分束元件200出射光束中的第二子光束透射以及将第一反射光束出射以形成样品光。第一反射光束为发射至第一反射元件302的光束的反射光。所以，发射至第一反射元件302的光束可以是第二子光束中经待检测样品2000透射至第一反射元件302上的光束。第一反射元件302被配置为：反射第二子光束中透射至第一反射元件302的部分光束。
所以，参照图4，分束元件200透射的光源光束S进入分光片303后，分光片303可以将入射光束S中的第一子光束直接反射而形成参考光C，入射光束S中的第二子光束透射至待检测样品2000。若待检测样品2000透明度较差，则可以将待检测样品2000设置在第一反射元件302靠近分光片303的一侧表面上。入射在待检测样品2000上的第二子光束中部分光束可以被待检测样品2000吸收，第二子光束中剩余部分光束可以被待检测样品2000反射回分光片303。分光片303将反射回来的光束透射出去，而形成样品光W。若待检测样品2000的透明度较高，则可以将待检测样品2000设置在第一反射元件302靠近分光片303的一侧表面上，也可以将待检测样品2000设置在分光片303靠近第一反射元件302的一侧表面上，或者将待检测样品2000设置在第一反射元件302与分光片303之间的其他区域均可。如图3所示，入射在待检测样品2000上的第二子光束中大部分光束可以直接透射出去，再经第一反射元件302反射回分光片303并透射出去，而形成样品光W。对于上述两种不同类型的待检测样品2000，由于第一反射元件302相对分光片303倾斜设置，所以，样品光W与参考光C均具有夹角，可以以一定的角度发生干涉。从而，实现离轴干涉。参考光C和样品光W的分离和汇聚发生在紧挨待检测样品2000的前后平面附近，除了物平面附近外，两束光完全共路，可以最大程度地保证样品光W和参考光C的共路性，因此，本申请实施例具有离轴共路干涉光学系统的光学设备1000对环境干扰敏感性低，抗振动能力好，对光源的相干性要求低，对机械部件的稳定性要求低，解决了成像模块400记录的像中孪生像的问题。并且，光学模块300仅仅通过一个第一反射元件302和一个分光片303实现了系统中最为核心的分光、反射、干涉三个物理过程，简化了光路。光学模块300的结构简单，仅需要较少的组件即可实现反射式离轴干涉功能，有利于设计小型化、轻量化的光学设备。
基于以上光学模块300的设计，以图5所示的光学模块300为例，上述光学模块300中分光片303的入射光束的光场复振幅为E0。在分光片303处直接反射形成的参考光C的光场复振幅为ER。假设分光片303的反射率为r1，分光片303的透射率为t1，则ER满足：
ER＝r1·E0
选择经第一反射元件302一次反射的样品光W1作为干涉样品光，假设分光片303和第一反射元件302之间的夹角为θ。对于透明度较高的待检测样品2000(待检测样品2000表面的反射光和透射光的影响可以忽略)，反射片303的反射率为r2，穿过待检测样品2000并经过反射片303一次反射并从分光片303出射的样品光的光场复振幅Es1为：
所以，干涉样品光与参考光C形成的干涉场的光强分布I(x，y)满足：
其中，x、y是空间坐标，Es1(x,y)是经第一反射元件302一次反射的样品光W的光强分布，ER(x,y)是参考光C的光强分布，是/>的共轭函数，/>是ER(x,y)的共轭函数。φs是样品导致的相位差，k0xsin(2θ)是离轴干涉引入的调制项。
透明度较高的待检测样品2000不管是设置在第一反射元件302或分光片303处，上述公式均适用。
而对于透明度较低的待检测样品2000，反射的样品光W大部分为来自待检测样品2000表面的反射光。待检测样品2000的反射率为r3，所以，经待检测样品2000一次反射的样品光的光场复振幅Es1满足：
对应地，干涉样品光与参考光C形成的干涉场的光强分布I(x，y)满足：
从图5可以看出，经第一反射元件302进行一次反射的样品光W1出射的角度与参考光C之间呈2θ的角度。经第一反射元件302进行两次反射的样品光W2与参考光C之间呈4θ的角度。经第一反射元件302进行N次反射的样品光WN与参考光C之间呈2Nθ的夹角。所有经第一反射元件302反射回分光片303的样品光W均可以与参考光C发生干涉。其他反射次数i(i≥2)形成的干涉图样光强度依然可以用上述公式描述，区别是上述调制项k0xsin(2θ)用k0xsin(2iθ)代替，反射和透射系数用多次反射和透射率相乘后的复合透射反射率代替。由于不同反射级数的样品光W的出射角度不同，为了避免相互干扰，可以采用各种滤除方法进行滤除。
例如，在一些示例中，对相机401接收的干涉图样在图像处理时进行傅里叶变换，选择特定的干涉项的级次，滤除不需要的干涉项。
又如，在另一些示例中，选择部分反射级数的样品光W作为干涉光。通过设计第一反射元件302和分光片303之间的角度，使得一次反射的样品光W与参考光的干涉图样的空间频率满足光学设备1000的空间带宽范围，二次反射的样品光与参考光的干涉图样的空间频率不再满足光学设备1000的空间带宽范围；或者，通过设计第一反射元件302和分光片303之间的角度，使得一次反射的样品光与参考光C的干涉图像的空间频率满足成像模块400中相机401的由采样定律限制的空间采样频率上限，二次反射的样品不再满足相机401的由采样定律限制的空间采样频率上限。从而，滤除二次或二次以上反射级数的样品光W。
在一些实施例中，上述支撑架301包括相对设置的第一支撑台3011和第二支撑台3012，第一支撑台3011和第二支撑台3012可以为一体结构或者通过机械连接方式连接。第一支撑台3011与第二支撑台3012相对且具有间隔。第一反射元件302可以设置在第一支撑台3011上靠近第二支撑台3012的位置。分光片303可以设置在第二支撑台3012上靠近第一支撑台3011的位置。
而为实现第一支撑台3011上的第一反射元件302相对第二支撑台3012上的分光片303倾斜设置，既可以通过设计第一支撑台3011上用于固定第一反射元件302的结构的角度、第二支撑台3012上用于固定分光片303的结构的角度来实现，还可以通过设计第一支撑台3011与第二支撑台3012的相对角度来实现。
示例的，第二支撑台3012上用于固定分光片303的第一表面相对第一支撑台3011上用于固定第一反射元件302的第二表面倾斜设置，且第一表面与第二表面的夹角为θ，以使第一反射元件302相对分光片303倾斜。
示例的，根据样品光W与参考光C的干涉角度需要，如图6所示，第一支撑台3011与第二支撑台3012呈夹角θ固定连接，以使第一反射元件302相对分光片303倾斜。
并且，上述夹角θ的取值满足：0°＜θ≤40°，在满足样品光W和参考光C光程差较小的基础上，满足光学系统的分辨率和整套系统空间带宽的要求。
示例的，如图7所示，第一支撑台3011与第二支撑台3012可旋转连接，如通过转轴304可旋转连接。所以，样品光W和参考光C的离轴干涉角度调节方便，且调节范围可以较大。同理，第一支撑台3011与第二支撑台3012之间的夹角θ可以在满足：0°＜θ≤40°的范围内自由调节。
可以理解的是，在一些示例中，上述光学模块300中还包括锁紧装置，锁紧装置可以将第一支撑台3011与第二支撑台3012锁定，以保证在成像过程中第一支撑台3011与第二支撑台3012位置相对固定。例如，该锁紧装置可以为锁紧卡爪，锁紧卡爪可以分别将第一支撑台3011、第二支撑台3012固定。
由于分光片303与第一反射元件302之间的角度决定了样品光W和参考光C的离轴干涉角度，决定了成像模块400采样图经过傅里叶变换后频谱图上的频域信息，所以，通过第一支撑台3011与第二支撑台3012的角度调节来实现第一反射元件302与分光片303的夹角的角度调整，可以实现不同角度下的共路式离轴干涉。并且，通过对第一支撑台3011与第二支撑台3012的角度控制来实现分光片303和第一反射元件302的夹角控制，从而，实现了干涉角度的控制以及干涉条纹的空间频率控制。
需要说明的是，返回参照图3，上述第二支撑台3012上的分光片303可以水平设置。相应地，第一支撑台3011上的第一反射元件302倾斜设置。因此，为了避免流动性较差的待检测样品2000因倾斜而导致样品流动，返回参照图4，待检测样品2000可以设置在第二支撑台3012上的分光片303。从而，待检测样品2000可以水平设置。而对于流动性较差的待检测样品2000，如图3所示，待检测样品2000可以设置在第一支撑台3011上第一反射元件302靠近分光片303的一侧，也可以放置在第二支撑台3012上分光片303靠近第一反射元件302的一侧。所以，该光学模块300既可以用于透明、稀疏的生物样品进行探测成像，还可以用于透明度低或者不透明的样品，如半导体器件样品等进行探测成像。并且，还适用于大面积的样品扫描成像。
基于此，对于上述水平设置且位于第二支撑台3012上方的分光片303，待检测样品2000可以直接放置在分光片303上，而不需要额外的结构件辅助固定。但是，对于待检测样品2000设置在第一反射元件302与分光片303之间的其他区域，则需要辅助结构将待检测样品2000固定在所需位置。
因此，在本申请的一些实施例中，上述支撑架301还包括固定结构(附图中未示出)，固定结构设置在第一支撑台3011上。固定结构可以将待检测样品2000固定在第一支撑台3011上的第一反射元件302靠近分光片303的一侧表面上，以满足第一反射元件302处于非水平位置或位于第一支撑台3011的非上方位置时固定待检测样品2000的需要。或者，固定结构设置在第二支撑台3012上。固定结构可以将待检测样品2000固定在第二支撑台3012上的分光片303靠近第一反射元件302的一侧表面上。从而，可以满足分光片303处于非水平设置或位于第二支撑台3012的非上方位置时固定待检测样品2000的需要。或者，固定结构还可以既设置在第一支撑台3011，也设置在第二支撑台3012上，以满足各种情况下将待检测样品2000固定在第一反射元件302或分光片303上的需要。
上述固定结构的实现方案可以有多种。示例的，在一些实施例中，该固定结构可以为压板。以固定结构设置在第一支撑台3011为例，压板与第一支撑台3011活动连接，如滑动连接或可旋转连接。在将待检测样品2000放置在第一支撑台3011上后，移动或转动压板，使压板将待检测样品2000压紧在第一支撑台3011上的第一反射元件302上。并且，压板还可以将第一反射元件302压紧在第一支撑台3011上。需要说明的是，该固定结构也可以为压爪或挡板，这两种结构固定待检测样品2000的方式与上述挡板类似，此处不再详细说明。
此外，分光片303的透射率和反射率的不同选择可以获得不同衬度的干涉条纹。在本申请的一些实施例中，上述分光片303的透射率的取值范围为20％-80％，分光片303的反射率的取值范围为20％-80％。所以，通过在上述范围对分光片303的透射率和反射率的调节，以使干涉条纹的衬度可以接近1。从而，获得高分辨率的干涉条纹。例如，分光片303的透射率为40％，分光片303的反射率为60％。
为获得处于上述范围透射率和反射率的分光片303，可以采用多种方式来实现。在一些实施例中，如图8所示，上述分光片303包括透明基板3031和镀膜层3032，镀膜层3032贴合在透明基板3031的一侧表面上。镀膜层3032可以实现部分反射、部分透射的功能。
其中，该透明基板3031可以为透明玻璃基板，也可以为透明石英基板，本申请对此不做限制。而镀膜层3032可以仅包括一层镀膜，也可以包含有多个镀膜层3032，本申请对此不做限制。该镀膜层3032可以为介质镀膜层，也可以为金属镀膜层。
在另一些实施例中，上述分光片303包括透明基板3031，透镜基板3041的一侧表面具有纳米级超表面层。也就是说，分光片303为超透镜。纳米级超表面层可以实现部分反射、部分透射的功能。
并且，本申请实施例中的第一反射元件302也需具有高反射，从而样品光W的光强较高。在一些示例中，第一反射元件302的反射率的取值范围为80％-100％。所以，从透明度较高的待检测样品2000透射出去的光束可以多数被第一反射元件302反射回分光片303，光损失较少。
以上主要说明了光学模块300中各组件的设计。本申请实施例光学设备1000中的成像模块400的组成也可以有多种。
示例的，如图9所示，该成像模块400包括上述相机401、及间隔设置的第一透镜402和第二透镜403。第一透镜402和第二透镜403依次位于分束元件200到相机401的光路上。第一透镜402与第二透镜403之间的间距等于第一透镜402的焦距和第二透镜403的焦距之和。相机401位于第二透镜403的焦距处。第一透镜402和第二透镜403均用于实现像的放大或缩小。所以，第一透镜402和第二透镜403可以构成4F系统。该4F系统可以为放大系统，也可以为缩小系统。若第一透镜402和第二透镜403构成4F放大系统，则第一透镜402的焦距小于第二透镜403的焦距。若第一透镜402和第二透镜403构成4F缩小系统，则第一透镜402的焦距大于第二透镜403的焦距。
对于具有该成像模块400的光学设备1000，光学设备1000中光学模块300的空间带宽和成像模块400的空间带宽设计为与上述夹角θ满足的干涉条纹空间频率相对应。即光学模块300的空间带宽和成像模块400的空间带宽使得不需要的多次反射级数的样品光W不与参考光C发生干涉，或者不需要的反射级数的样品光所形成的干涉图样对应的空间频率在系统设计的空间带宽范围以外，不能被成像模块400采集。或者，光学设备1000中光学模块300出射至分束元件200的杂散光较少。又或者，成像模块400采集的干涉条纹中的干扰项可以在软件图像后处理过程中被去除。
需要说明的是，上述第一透镜402和第二透镜403可以为双凸透镜，也可以为平凸透镜，或者复合透镜，本申请对此不做限制。而上述相机401可以为互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)传感器或者电荷耦合器件(chargecoupled device，CCD)相机，也可以是其他类型的相机，本申请对此不做限制。
对于成像模块400可以采集到光学模块300的多次反射光的场景，在一些实施例中，如图10所示，该成像模块400还包括第一光阑404，第一光阑404位于第一透镜402和第二透镜403的焦距处(傅里叶平面上)。第一光阑404具体为孔径光阑。第一光阑404可以将干涉图样中的干扰项的去除。并且，根据不同的干扰项滤除需求，可以设计不同结构的光阑。
在一些实施例中，如图11中(a)和(b)所示，第一光阑404包括两个光阑孔4041a和4041b，光阑孔4041a和光阑孔4041b间隔设置。光阑孔4041a和光阑孔4041b位置不同，可以滤除不同反射级数的光束，选择不同的光束进行干涉。图11中(a)示出的光阑孔4041a和光阑孔4041b选择的光束分别为参考光C和一次反射的样品光W。图11中(b)示出的光阑孔4041a和光阑孔4041b选择的光束分别为参考光C和第N次反射的样品光W。
在另一些实施例中，如图12中(a)和(b)所示，第一光阑404仅包括一个光阑孔4041。该光阑孔4041可以允许某个范围的光束通过。例如，图12中(a)示出的光阑孔4041为矩形，且位于偏离整个光阑中心的左侧位置。光阑孔4041允许参考光C和前j次反射的样品光W通过。其中，j满足：1≤j＜N。图12中(b)示出的光阑孔4041为正方形，且位于整个光阑的中心位置。该光阑孔4041允许某个频率区域的光束通过，如某个频率区域的光束包括参考光C和前k次的样品光W。其中，k满足：1≤k＜N。
在其他一些实施例中，如图13a和13b所示，第一光阑404包括光学基板404a、一个或多个遮挡图案404c。所有遮挡图案404c均形成在光学基板404a上。遮挡图案404c的位置和形状不同，可以滤除不同反射级数的光束。图13b示出的遮挡图案404c为两个，且均为圆形。这两个遮挡图案404c可以滤除特定两个反射级数的样品光W。
需要说明的是，在一些示例中，图13a和13b示出的光学基板404a还可以形成环形光阑圈404b，环形光阑圈404b形成在光学基板404a。光学基板404a上位于所有遮挡图案404c与环形光阑圈404b之间的区域为光阑孔4041。环形光阑圈404b为第一光阑404的轮廓线。
此外，如图14所示，本申请实施例的成像模块400还可以仅包括上述相机401。相机401位于分束元件200的反射光路或透射光路上。分束元件200将光学模块300出射的光束反射至相机401。该成像模块400的结构简单，干涉图样可以不经过放大和滤波直接被相机401进行采集。为获得较高的成像分辨率的干涉图样，需要选择具有较小像素的相机401，或者结合高分辨的图像恢复算法来实现。
以上主要说明了成像模块400的组成。本申请实施例中的光源模块100也可以有多种设计方案。例如，如图15所示，光源模块100仅包括光源101和准直透镜102，准直透镜102位于光源101的出光光路上。上述分束元件200位于准直透镜102的出射光路上。从而，从光源101出射的光束可以通过准直透镜102进行准直转换为平行光。再将平行光出射至分束元件200。
需要说明的是，由于光学设备1000为共路设计，降低了对光源101相干度的要求，所以，既可以选择高相干度的激光光源，也可以选择部分相干光源。比如单色LED灯或者其他具有一定相干性的单色光源，或经过窄带滤光片滤光的复色光源等。并且，光源101的波长可以是可见光到近红外波段(350nm～1550nm)的任一波长。
又如，如图16所示，光源模块100包括光源101、及间隔设置的第一准直透镜1021和第二准直透镜1022。其中，第一准直透镜1021和第二准直透镜1022依次位于光源101的出光光路上。第一准直透镜1021与第二准直透镜1022的间距为第一准直透镜1021的焦距和第二准直透镜1022的焦距之和。第一准直透镜1021的焦距小于第二准直透镜1022的焦距。光源101位于第一准直透镜1021的焦距处。所以，第一准直透镜1021与第二准直透镜1022构成4F系统，可以实现光源101的扩束与准直，或者实现光源101的缩束与准直。
并且，为了抑制杂散光，提高光源101准直性，在一些实施例中，如图17所示，光源模块100还包括第二光阑103，第二光阑103位于第一准直透镜1021和第二准直透镜1022的焦距处。
具有上述结构的光学设备1000可以为光学成像设备，也可以为光学检测设备。若光学设备1000为显微镜，则该光学设备1000除了包括上述模块，如图18所示，还包括显微物镜500和镜筒透镜600。其中，显微物镜500位于分束元件200到分光片303之间的光路上，且用于将分束元件200出射的照明光束汇聚至物平面，并将物平面附近的信号光束放大后出射至分束元件200处。镜筒透镜600位于显微物镜500到分束元件200之间的光路上，且用于将显微物镜500出射的光束准直。从而，使显微镜也具有上述技术效果，有利于显微镜的小型化、轻量化。具体地，上述镜筒透镜600可安装在显微镜的壳体内。镜筒透镜的焦距参数600与显微物镜500的光学参数匹配，构建远心光学系统。
可以理解的是，对于光学设备1000为显微镜，上述光源101可以是显微镜上的自带组件(显微镜主体光源具有一定的相干性)，也可以是组装上去的扩展组件。
在一些示例中，如图18所示，上述显微物镜500和镜筒透镜600可以与分束元件200、光学模块300位于同一方向的光路上。
在其他一些示例中，如图19所示，镜筒透镜600的出射光路与显微物镜500的出射光路呈夹角。光学设备1000还包括第二反射元件700，第二反射元件700位于镜筒透镜600到显微物镜500之间的光路上。第二反射元件700用于将镜筒透镜600出射的光束反射至显微物镜500、及将显微物镜500的出射光束反射至镜筒透镜600。具有上述结构组成的显微镜在各个方向上的尺寸较均匀，有利于实现小型化。具体地，第二反射元件700可以为反射镜。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (21)

1.一种光学模块，其特征在于，包括：
支撑架；
均设置在所述支撑架上的第一反射元件和分光片，所述第一反射元件与所述分光片相对，且所述第一反射元件相对所述分光片倾斜设置；所述第一反射元件与所述分光片之间的区域用于设置待检测样品；
所述分光片被配置为：将入射光束中的第一子光束反射，将入射光束中的第二子光束透射以及将第一反射光束出射；所述第一反射光束为发射至所述第一反射元件的光束的反射光；其中，所述第一反射元件被配置为：反射所述第二子光束中透射至所述第一反射元件的部分光束。
2.根据权利要求1所述的光学模块，其特征在于，所述支撑架包括相对设置的第一支撑台和第二支撑台，所述第一反射元件设置在所述第一支撑台上靠近所述第二支撑台的位置，所述分光片设置在所述第二支撑台上靠近所述第一支撑台的位置；
所述第一支撑台与所述第二支撑台可旋转连接；或者，所述第一支撑台倾斜固定在第二支撑台上。
3.根据权利要求1或2所述的光学模块，其特征在于，所述第一反射元件与所述分光片之间的夹角θ满足：0°＜θ≤40°。
4.根据权利要求1或2所述的光学模块，其特征在于，所述分光片的透射率的取值范围为20％-80％，所述分光片的反射率的取值范围为20％-80％。
5.根据权利要求1或2所述的光学模块，其特征在于，所述第一反射元件的反射率的取值范围为80％-100％。
6.根据权利要求2所述的光学模块，其特征在于，所述支撑架还包括：
固定结构，所述固定结构设置在所述第一支撑台和所述第二支撑台中的至少一个上；所述固定结构用于将所述待检测样品固定在所述第一反射元件靠近所述分光片的一侧表面或所述分光片靠近所述第一反射元件的一侧表面上。
7.一种光学设备，其特征在于，包括光源模块、成像模块及依次位于所述光源模块的出光光路上的分束元件和光学模块，所述成像模块、所述光学模块分别位于所述分束元件的反射光路和透射光路上；
所述光学模块包括支撑架及均设置在所述支撑架上的第一反射元件和分光片，所述第一反射元件与所述分光片相对，且所述第一反射元件相对所述分光片倾斜设置；所述第一反射元件与所述分光片之间的区域用于支撑待检测样品；所述分光片、所述第一反射元件依次位于所述分束元件的出光光路上；
所述分光片被配置为：将所述分束元件出射的光束中第一子光束反射以形成参考光，将所述分束元件出射的光束中第二子光束透射以及将第一反射光束出射以形成样品光；所述第一反射光束为发射至所述第一反射元件的光束的反射光；所述第一反射元件被配置为：将所述第二子光束中透射至所述第一反射元件的部分光束反射以形成样品光；
所述分束元件配置为：将所述光源模块发射的光束透射至所述光学模块中的分光片、以及将所述光学模块中的分光片出射的参考光和样品光反射至所述成像模块；或者，将所述光源模块发射的光束反射至所述光学模块中的分光片、以及将所述光学模块中的分光片出射的参考光和样品光透射至所述成像模块；所述成像模块用于将接收的光束进行干涉成像。
8.根据权利要求7所述的光学设备，其特征在于，所述支撑架包括相对设置的第一支撑台和第二支撑台，所述第一反射元件设置在所述第一支撑台上靠近所述第二支撑台的位置，所述分光片设置在所述第二支撑台上靠近所述第一支撑台的位置；
所述第一支撑台与所述第二支撑台可旋转连接；或者，所述第一支撑台倾斜固定在第二支撑台上。
9.根据权利要求7或8所述的光学设备，其特征在于，所述第一反射元件与所述分光片之间的夹角θ满足：0°＜θ≤40°。
10.根据权利要求7或8所述的光学设备，其特征在于，所述分光片的透射率的取值范围为20％-80％，所述分光片的反射率的取值范围为20％-80％。
11.根据权利要求7或8所述的光学设备，其特征在于，所述第一反射元件的反射率的取值范围为80％-100％。
12.根据权利要求8所述的光学设备，其特征在于，所述支撑架还包括：
固定结构，所述固定结构设置在所述第一支撑台和所述第二支撑台中的至少一个上；所述固定结构用于将所述待检测样品固定在所述第一反射元件靠近所述分光片的一侧表面或所述分光片靠近所述第一反射元件的一侧表面上。
13.根据权利要求7、8、12中任一项所述的光学设备，其特征在于，所述光学装置还包括：
显微物镜，所述显微物镜位于所述分束元件到所述分光片之间的光路上，且用于将所述分束元件出射的光束汇聚至所述分光片；
镜筒透镜，所述镜筒透镜位于所述显微物镜到所述分束元件之间的光路上，且用于将所述显微物镜出射的光束准直。
14.根据权利要求13所述的光学设备，其特征在于，所述镜筒透镜的出射光路与所述显微物镜的出射光路具有夹角；所述光学设备还包括：
第二反射元件，所述第二反射元件位于所述镜筒透镜到所述显微物镜之间的光路上，且用于将所述镜筒透镜出射的光束反射至所述显微物镜、及将所述显微物镜出射的光束反射至所述镜筒透镜。
15.根据权利要求7、8、12、14中任一项所述的光学设备，其特征在于，所述成像模块包括：
相机，所述相机位于所述分束元件的反射光路或透射光路上，且用于将接收的光束进行干涉成像。
16.根据权利要求15所述的光学设备，其特征在于，所述成像模块还包括：
间隔设置的第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和所述第二透镜依次位于所述分束元件到所述相机的光路上；所述第一透镜与所述第二透镜之间的间距等于所述第一透镜的焦距和所述第二透镜的焦距之和；所述相机位于所述第二透镜的焦距处。
17.根据权利要求16所述的光学设备，其特征在于，所述成像模块还包括：
第一光阑，所述第一光阑位于所述第一透镜和所述第二透镜的焦距处。
18.根据权利要求17所述的光学设备，其特征在于，所述第一光阑包括一个光阑孔或两个间隔设置的光阑孔；
或所述第一光阑包括光学基板、及形成在所述光学基板上的至少一个遮挡图案。
19.根据权利要求7、8、12、14、16-18中任一项所述的光学设备，其特征在于，所述光源模块包括：
光源；
准直透镜，所述准直透镜位于所述光源的出光光路上。
20.根据权利要求7、8、12、14、16-18中任一项所述的光学设备，其特征在于，所述光源模块包括：
光源；
第一准直透镜和第二准直透镜，所述第一准直透镜与所述第二准直透镜依次间隔分布在所述光源的出光光路上，且所述第一准直透镜与所述第二准直透镜之间的间距为所述第一准直透镜的焦距和所述第二准直透镜的焦距之和，所述第一准直透镜的焦距小于所述第二准直透镜的焦距；所述光源位于所述第一准直透镜的焦距处。
21.根据权利要求20所述的光学设备，其特征在于，所述光源模块还包括：
第二光阑，所述第二光阑位于所述第一准直透镜和所述第二准直透镜的焦距处。
CN202310227259.9A 2023-02-28 2023-02-28 一种光学模块及光学设备 Active CN116642413B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310227259.9A CN116642413B (zh) 2023-02-28 2023-02-28 一种光学模块及光学设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310227259.9A CN116642413B (zh) 2023-02-28 2023-02-28 一种光学模块及光学设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116642413A CN116642413A (zh) 2023-08-25
CN116642413B true CN116642413B (zh) 2024-03-01

Family

ID=87621851

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310227259.9A Active CN116642413B (zh) 2023-02-28 2023-02-28 一种光学模块及光学设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116642413B (zh)

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2070892A7 (zh) * 1969-12-17 1971-09-17 Balzers Patent Beteilig Ag
CN101183041A (zh) * 2007-11-30 2008-05-21 上海微电子装备有限公司 一种干涉仪及其使用方法
CN101806579A (zh) * 2009-02-16 2010-08-18 华为技术有限公司 反射镜位置采样、标定方法及装置和激光器
CN102109330A (zh) * 2010-11-26 2011-06-29 中国科学院上海技术物理研究所 一种光束方位和偏振角度共光路检测装置及方法
CN102176086A (zh) * 2011-01-19 2011-09-07 哈尔滨工业大学 偏振光平面镜参考共光路补偿的二维光电自准直方法与装置
CN102889853A (zh) * 2012-09-29 2013-01-23 哈尔滨工程大学 分光同步移相共光路干涉显微检测装置及检测方法
CN103245285A (zh) * 2013-04-22 2013-08-14 哈尔滨工程大学 一种反射式点衍射载波同步移相干涉检测装置及检测方法
CN204177342U (zh) * 2014-08-28 2015-02-25 哈尔滨工程大学 一种基于反射光栅的相移点衍射干涉检测装置
WO2015052715A1 (en) * 2013-10-07 2015-04-16 Ramot At Tel-Aviv University Ltd. Polarization-independent differential interference contrast optical arrangement
CN106770288A (zh) * 2016-12-09 2017-05-31 江苏大学 一种共光路干涉相位显微一次成像系统及方法
CN106796102A (zh) * 2015-02-11 2017-05-31 华为技术有限公司 一种测量物体尺寸的方法及装置
CN110346038A (zh) * 2019-05-30 2019-10-18 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种激光光束分离装置及方法
CN110488435A (zh) * 2019-08-27 2019-11-22 奥普镀膜技术（广州）有限公司 一种基于发散光路应用的有源光学组件
CN110631510A (zh) * 2019-09-12 2019-12-31 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种基于迈克尔逊结构的高精度测角装置及测角方法
CN113758901A (zh) * 2020-06-04 2021-12-07 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 衍射层析显微成像系统及方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6427399B2 (ja) * 2014-04-14 2018-11-21 Dmg森精機株式会社 変位検出装置

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3697153A (en) * 1969-12-17 1972-10-10 Balzers Patent Beteilig Ag Multilayer optical interference filter with wideband spectral transmission region and reduced ripple
FR2070892A7 (zh) * 1969-12-17 1971-09-17 Balzers Patent Beteilig Ag
CN101183041A (zh) * 2007-11-30 2008-05-21 上海微电子装备有限公司 一种干涉仪及其使用方法
CN101806579A (zh) * 2009-02-16 2010-08-18 华为技术有限公司 反射镜位置采样、标定方法及装置和激光器
CN102109330A (zh) * 2010-11-26 2011-06-29 中国科学院上海技术物理研究所 一种光束方位和偏振角度共光路检测装置及方法
CN102176086A (zh) * 2011-01-19 2011-09-07 哈尔滨工业大学 偏振光平面镜参考共光路补偿的二维光电自准直方法与装置
CN102889853A (zh) * 2012-09-29 2013-01-23 哈尔滨工程大学 分光同步移相共光路干涉显微检测装置及检测方法
CN103245285A (zh) * 2013-04-22 2013-08-14 哈尔滨工程大学 一种反射式点衍射载波同步移相干涉检测装置及检测方法
WO2015052715A1 (en) * 2013-10-07 2015-04-16 Ramot At Tel-Aviv University Ltd. Polarization-independent differential interference contrast optical arrangement
CN204177342U (zh) * 2014-08-28 2015-02-25 哈尔滨工程大学 一种基于反射光栅的相移点衍射干涉检测装置
CN106796102A (zh) * 2015-02-11 2017-05-31 华为技术有限公司 一种测量物体尺寸的方法及装置
CN106770288A (zh) * 2016-12-09 2017-05-31 江苏大学 一种共光路干涉相位显微一次成像系统及方法
CN110346038A (zh) * 2019-05-30 2019-10-18 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种激光光束分离装置及方法
CN110488435A (zh) * 2019-08-27 2019-11-22 奥普镀膜技术（广州）有限公司 一种基于发散光路应用的有源光学组件
CN110631510A (zh) * 2019-09-12 2019-12-31 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种基于迈克尔逊结构的高精度测角装置及测角方法
CN113758901A (zh) * 2020-06-04 2021-12-07 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 衍射层析显微成像系统及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
相移干涉技术及相移获取方法研究进展;徐媛媛;时刻;王亚伟;刘景业;朱琼;尚梦园;潘熳颖;;激光与光电子学进展(第02期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN116642413A (zh) 2023-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7599071B2 (en) Determining positional error of an optical component using structured light patterns
EP2724361B1 (en) Illumination control
JP3350918B2 (ja) ２次元配列型共焦点光学装置
CN101806625B (zh) 静态傅立叶变换干涉成像光谱全偏振探测装置
US8934097B2 (en) Laser beam centering and pointing system
CN101114135A (zh) 一种用于光刻设备的对准系统
CN101114134A (zh) 用于投影扫描光刻机的对准方法及微器件制造方法
KR20100134609A (ko) 물체의 표면 형태를 측정하기 위한 장치 및 방법
KR20050098952A (ko) 종방향 차분 간섭 공초점 현미경 검사
JP4090860B2 (ja) ３次元形状測定装置
KR20140002609A (ko) 계측을 위한 광학계 대칭화
US20130248728A1 (en) Beam regulating apparatus for an euv illumination beam
JP4721685B2 (ja) 形状測定方法及び形状測定装置
WO2021205783A1 (ja) 観察装置および観察方法
CN116642413B (zh) 一种光学模块及光学设备
JP3204816U (ja) 赤外顕微鏡
CN106575030A (zh) 具有分束器组件的显微镜
Pedichini et al. SHARK-VIS ready for the stars: instrument description and final laboratory performance test
KR20170096719A (ko) 이미지 처리 장치 및 그 처리 방법
CN111580259B (zh) 光学成像系统、成像方法及显微镜
CN114322748A (zh) 一种偏振同步相移点衍射干涉仪
US8988752B2 (en) Beam control apparatus for an illumination beam and metrology system comprising an optical system containing such a beam control apparatus
CN219390835U (zh) 检测设备
CN217689633U (zh) 一种用于宽光谱光电综合检测的光路结构
CN101963528A (zh) 超大视场静态偏振傅立叶变换成像光谱实现方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant