CN117128850A - 光谱干涉可调的测量装置以及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光谱干涉可调的测量装置以及测量方法，属于光学干涉检测领域，方法包括接收从多个光源发出的入射光；将多个入射光进行合束；对入射光进行准直；将入射光分裂为参考光束和透射光束；将参考光束反射到分束单元；透射光束经移相器、光学透镜传递到待检测对象的表面，光学透镜再将待检测对象发出的测量光束反射到分束单元；参考光束和测量光束在分束单元处发生干涉，生成干涉光；实时调节参考反射单元的反射率从而使得参考光束和测量光束的强度值处于一致或者相近的水平；对干涉光进行汇聚；将汇聚光中的不同波长光进行分离；对汇聚光响应，获得光的光谱信息。通过本申请的处理方案，提高了干涉条纹的对比度，改善了装置的测量精度。

Description

光谱干涉可调的测量装置以及测量方法

技术领域

本发明涉及光学干涉检测领域，具体涉及一种光谱干涉可调的测量装置以及光谱干涉可调的测量方法。

背景技术

相干测量和非相干测量是绝对距离测量中的两种主要方法，具有量程大、精度高等特点。相干测量法基于光的干涉现象进行测量，典型的四大双光束干涉仪包括迈克尔逊干涉仪、马赫-曾德干涉仪、塞纳克干涉仪和菲索干涉仪。相干测量技术又可分为单波长干涉、双波长干涉和多波长干涉（MWLI）测量技术。单波长干涉技术需要依靠导轨、辨向和条纹计数等技术进行测量，受限于半周期相位模糊的不足，难以用于大段差（≥±600μm）、粗糙（Ra≥3μm）光学元件形貌的测量。相比单波长干涉技术，双波长干涉技术虽然扩大了测量范围，但是当等效波长很长时，由于误差放大效应的存在，双波长检测结果愈加难以修正单波长检测结果，影响检测精度。多波长干涉技术是利用多个单波长组成一系列不同大小的合成波长，基于合成波长干涉级的小数部分，通过逐级精化算法即可求解出被测位移值，无需导轨、辨向和条纹计数，且测量精度与单波长干涉技术一致。

多波长干涉技术已被用于物体距离、振动、形貌（如非球面、球面光学元件等）等的测量，适用于抛光、粗糙、镜面、透明、不透明等多种光学材料的测量，技术和市场前景广阔。但是当测量光学元件的形貌时，不同光学元件的反射率不同，而同一个干涉装置中分光镜的分光比是固定的，即参考光的光强固定不变，而测量光的强度会随着被测物面反射率的变化而变化。然而，当测量光与参考光的强度差异较大时，会导致干涉测量装置获得的干涉条纹对比度降低，进而在一定程度上影响测量精度。当测量光强和参考光强的值相等时，条纹对比度最大为1，测量精度相对最好；当测量光强和参考光强的值差异较大时，干涉条纹对比度会急剧恶化，影响测量精度。

发明内容

因此，为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种提高干涉条纹的对比度，改善装置的测量精度的光谱干涉可调的测量装置以及光谱干涉可调的测量方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种光谱干涉可调的测量装置，包括耦合光学单元、第一波分复用器、准直光学单元、分束单元、反射率可调的参考反射单元、测量反射单元、汇聚光学单元、第二波分复用器、以及探测器，多个所述耦合光学单元分别接收从多个光源发出的入射光，并将所述入射光耦合到所述波分复用器；所述第一波分复用器将多个准直后的入射光进行合束；所述准直光学单元对合束后的所述入射光进行准直；所述分束单元将准直后的所述入射光分裂为参考光束和透射光束；所述参考反射单元对所述参考光束进行反射，并将所述参考光束反射到所述分束单元；所述测量反射单元包括移相器和光学透镜，所述透射光束经过所述移相器后，被所述光学透镜传递到待检测对象的表面，所述光学透镜再将所述待检测对象发出的测量光束反射到所述分束单元；所述移相器对透射光束的相位进行调制，实现干涉测量；经所述参考反射单元反射的所述参考光束和所述测量光束在所述分束单元处相遇发生干涉，生成干涉光；所述参考反射单元存在多个反射率不同的区域，实时调节所述参考反射单元的反射率从而使得所述参考光束和所述测量光束的强度值处于一致或者相近的水平；所述汇聚光学单元对所述干涉光进行汇聚，得到汇聚光；所述第二波分复用器将所述汇聚光中的不同波长光进行分离；所述探测器的不同镜头对分离后的所述汇聚光生成光电响应，对所述光电响应进行数据处理，获得所述光的光谱信息。

在其中一个实施例中，所述参考反射单元包括反射镜转轮，所述反射镜转轮的不同区域对光线的反射率不同。

在其中一个实施例中，所述参考反射单元还包括可调光阑，所述可调光阑的通光孔径根据需要进行实时调节。

在其中一个实施例中，所述反射镜转轮的不同区域均安装有一块反射镜，所述反射镜转轮的所有反射镜的反射率不同。

在其中一个实施例中，相位调制可采用正弦相位调制方法，所述正弦相位调制方法是通过对两束相干光的光程差进行调制实现相位调制的，探测器探测到的干涉信号强度理论公式如下：

式中，I(t)为探测器的信号强度值，为干涉信号的背景强度，A(t)为干涉信号的幅值，φ为起始参考光路与测量光路的相位差，zsin(ωt+θ)为移相器对干涉信号的调制函数，其中z为调制度，θ为调制信号的初相位，t为时间；基于所述干涉信号强度理论公式，计算每个测量点的相位值φ，在单个正弦信号调制周期内，等时间间隔采集四组干涉信号，分别为E₁、 E₂、E₃、E₄，分别对应0~T/4、T/4~T/2、T/2~3T/4、3T/4~T时间段内干涉信号强度的积分值，然后通过下式计算：/>

计算出采样点0时刻的相位值φ，则采样点0时刻的位移值h为：

式中，λ为光源的波长值，然后根据上述方法依次计算后续不同采样点的位移值h。

在其中一个实施例中，在所述准直光学单元和所述分束单元之间还设置有空间调制器，所述空间调制器用于将所述入射光反射至所述分束单元上，并调节在所述分束单元上的所述入射光的光束直径。

在其中一个实施例中，在所述准直光学单元和所述分束单元之间设置有反射镜，所述反射镜用于将所述入射光反射至所述分束单元上，或者将所述入射光反射至所述分束单元上、并将所述干涉光反射给所述准直光学单元。

在其中一个实施例中，所述汇聚光学单元和所述探测器之间还设置有可调耦合器，所述可调耦合器可沿所述汇聚光学单元的光轴方向进行实时移动，从而改变进入所述可调耦合器的光能量的大小。

一种光谱干涉可调的测量方法，包括：采用多个耦合光学单元分别接收从多个光源发出的入射光，并将所述入射光耦合到第一波分复用器；采用所述第一波分复用器将多个准直后的入射光进行合束；采用准直光学单元对合束后的所述入射光进行准直；采用分束单元将准直后的所述入射光分裂为参考光束和透射光束；采用参考反射单元对所述参考光束进行反射，并将所述参考光束反射到所述分束单元；采用测量反射单元将所述透射光束传递给待检测对象，并将从所述待检测对象发出的测量光束反射到所述分束单元；经所述参考反射单元反射的所述参考光束和所述测量光束在所述分束单元处相遇发生干涉，生成干涉光；所述参考反射单元存在多个反射率不同的区域，实时调节所述参考反射单元的反射率从而使得所述参考光束和所述测量光束的强度值处于一致或者相近的水平；采用汇聚光学单元对所述干涉光进行汇聚，得到汇聚光；采用第二波分复用器将所述汇聚光中的不同波长光进行分离；采用探测器的不同镜头对分离后的所述汇聚光生成光电响应，对所述光电响应进行数据处理，获得所述光的光谱信息。

与现有技术相比，本发明的优点在于：将参考反射单元的反射率设计为可调模式，当测量不同反射率的面形时，可以实时调节参考反射单元的反射率，使参考光强和测量光强的强度值处于一致或者相近的水平，从而提高干涉条纹的对比度，改善装置的测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是现有技术中双光束干涉光路原理图；

图2是现有技术中不同对比度干涉信号示意图；

图3是本发明的一实施例中光谱干涉可调的测量装置示意图；

图4是本发明的一实施例中干涉信号强度积分示意图；

图5是本发明的一实施例中不同通光孔径镜头景深与弥散斑之间关系的示意图；

图6是本发明的实施例中光空间调制器光束直径调制工况示意图；

图7是本发明的实施例中多通道反射镜转轮模块示意图；

图8是本发明的另一实施例中光谱干涉可调的测量装置示意图；

图9是本发明的另一实施例中光谱干涉可调的测量装置示意图；

图中：1、光源；2、光源；3、光源；4、镜头；5、镜头；6、镜头；7、波分复用器；8、准直透镜；9、反射镜；10、空间调制器；11、分光镜；12、汇聚透镜；13、反射镜转轮；14、移相器；15、汇聚透镜；16、待检测对象；17、汇聚透镜；18、波分复用器；19、镜头；20、镜头；21、镜头；22、探测器；23、探测器；24、探测器；25、控制板卡；26、计算机；27、被测物面；28、被测物面；29、被测物面；30、参考反射镜；31、测量反射镜；32、干涉信号1；33干涉信号2；34、可调光阑；35、可调耦合器。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

典型的迈克尔逊干涉仪光路原理如图1所示，光源1发出的光束经准直透镜8准直，光束被分光镜11分光，部分能量被反射，作为参考光，参考光被参考反射镜30反射后回到分光镜11；部分能量透射，作为测量光，测量光被测量反射镜31反射后回到分光镜11。参考光与测量光在分光镜11处相遇发生干涉，干涉信号由汇聚透镜17汇聚后到达探测器22的位置。其中，测量反射镜31可以在水平方向上往返运动，从而实现对干涉信号相位调制的作用，参考反射镜30固定不动。在实际应用中，测量反射镜31可能是对光具有不同透过率的材料，导致其反射的测量光的能量强度不同，该部分测量光与参考光干涉后的条纹对比度会随测量光能量高低的变化而变化。干涉条纹对比度K值计算公式如下所示：

式中，为干涉信号的最大强度值，/>为干涉信号的最小强度值。

如图2所示，当条纹对比度为1时，参考光与测量光的干涉信号曲线如干涉信号1所示，称为完全相干，当条纹对比度＜1时，参考光与测量光的干涉信号曲线如干涉信号2所示，称为部分相干。干涉信号1幅值I_t1的变化大于干涉信号2幅值I_t2的变化。

如图3所示，本申请实施例提供一种光谱干涉可调的测量装置，包括耦合光学单元、第一波分复用器、准直光学单元、分束单元、反射率可调的参考反射单元、测量反射单元、汇聚光学单元、第二波分复用器、以及探测器。

光源1、2、3为三种波长的光源（波长数量可以≥3个，图中仅示意3个）。三个光源

多个耦合光学单元分别接收从多个光源发出的入射光，并将所述入射光耦合到所述波分复用器。图中镜头4、5、6将入射光耦合进波分复用器7的光纤中。

第一波分复用器7将多个准直后的入射光进行合束。

准直光学单元8对合束的入射光进行准直。光源1、2、3发出的光线被镜头4、5、6耦合进波分复用器7的光纤中，然后出射光线由准直透镜8准直。

在图3的光谱干涉可调的测量装置为了缩短光路，在准直光学单元和分束单元之间设置了具有反射功能的光学元件，该光学元件可以是反射镜9或者具有反射功能的空间调制器10，反射镜9或者空间调制器10与入射光的光路之间存在夹角。

分束单元将准直后的入射光分裂为参考光束和透射光束。分束单元可以是分光镜11，也可以是其他能将光进行分束的光学元件。分光镜11和反射镜9或者空间调制器10平行。分光镜11将部分光线反射，这部分光为参考光束；部分光被分光镜11透射，这部分光为透射光束，透射光束可以照射到待检测对象16的表面，然后光线被反射，得到测量光束。

参考反射单元对参考光束进行反射，并将参考光束反射到分束单元。参考反射单元存在多个反射率不同的区域，实时调节参考反射单元的反射率可以使得参考光束和测量光束的强度值处于一致或者相近的水平。参考反射单元可以包含反射镜转轮13，在一个实施例中，参考反射单元可以包含反射镜转轮13和汇聚透镜12。参考光束被汇聚透镜12汇聚到反射镜转轮13上，然后被反射镜转轮13反射。当参考反射单元不包含汇聚透镜12时，参考光束直接被反射镜转轮13反射。反射镜转轮13可以旋转，该转轮上的不同区域对光线的反射率不同，通过旋转转轮可以将不同反射率的表面对准光束，从而达到调节反射光线能量大小的目的。

反射镜转轮13可以仅包含一个反射镜，该反射镜的不同区域对光线的反射率不同；反射镜转轮13也可配置多个反射镜，不同的反射镜对光线的反射率不同，同一个反射镜的不同区域对光线的反射率可以不同也可以相同。

测量反射单元将透射光束传递给待检测对象，并将从待检测对象发出的测量光束反射到分束单元。测量反射单元包括移相器14和光学透镜15，透射光束经过移相器14后，被光学透镜15传递到待检测对象的表面，光学透镜15再将待检测对象发出的测量光束反射到分束单元11；移相器14对透射光束的相位进行调制，实现干涉测量。

移相器14可以对测量光线的相位进行调制，实现干涉测量。移相器14可以是电光调制晶体等能实现相位调制的模块。因为移相器14的目的是使参考光路和测量光路上的光线产生相位差，从而实现待检测对象16的位移测量，所以移相器14可放置在参考光路或者测量光路上。待检测对象16移动会导致干涉信号发生相应的变化，进而实现待检测对象16的位移、面形等的测量。

经参考反射单元反射的参考光束和测量光束在分束单元处相遇发生干涉，生成干涉光。反射镜转轮13反射的参考光和待检测对象16反射的测量光在分光镜11处发生干涉。参考反射单元的反射率可调，从而使得参考光束和测量光束的强度值处于一致或者相近的水平。

汇聚光学单元对干涉光进行汇聚，得到汇聚光。干涉光被反射镜9反射到汇聚透镜17处。

第二波分复用器18将汇聚光中的不同波长光进行分离。

探测器的不同镜头对分离后的汇聚光生成光电响应，对光电响应进行数据处理，获得光的光谱信息。汇聚光被耦合进波分复用器18的光纤中，波分复用器18将三种波长的光分离，然后不同波长的光线分别被探测器的镜头19、20、21汇聚到对应的子探测器22、23、24上。

在一个实施例中，干涉信号在控制板卡25上完成处理，干涉信号与待检测对象16的位移值之间存在一定关系，通过相应算法可求解出待检测对象16的位移值，并将该位移值传输到计算机26中进行显示。控制板卡25可以是具有微处理功能的芯片等，例如，MCU或者SCU。控制板卡25可以调控光源1、2、3输出的光强。

上述装置，将参考反射单元的反射率设计为可调模式，当测量不同反射率的面形时，可以实时调节参考反射单元的反射率，使参考光强和测量光强的强度值处于一致或者相近的水平，从而提高干涉条纹的对比度，改善装置的测量精度。

在一个实施例中，相位调制可采用正弦相位调制方法，正弦相位调制方法是通过对两束相干光的光程差进行调制实现相位调制的，探测器探测到的干涉信号强度理论公式如下：

式中，I(t)为探测器的信号强度值，为干涉信号的背景强度，A(t)为干涉信号的幅值，φ为起始参考光路与测量光路的相位差，zsin(ωt+θ)为移相器对干涉信号的调制函数，其中z为调制度，θ为调制信号的初相位，t为时间。

基于干涉信号强度理论公式，计算每个测量点的相位值φ。为了降低误差的影响，z取值为2.45，θ取值为0.98。通过参数优化后，可计算每个测量点的相位值φ，。

探测器探测到的干涉信号强度如图4所示，其中，在单个正弦信号调制周期内，等时间间隔采集四组干涉信号，分别为E₁、 E₂、E₃、E₄，分别对应0~T/4、T/4~T/2、T/2~3T/4、3T/4~T时间段内干涉信号强度的积分值，然后通过下式计算：

计算出采样点0时刻的相位值φ，则采样点0时刻的位移值h为：

式中，λ为光源的波长值，然后根据上述方法依次计算后续不同采样点的位移值h。多波长干涉技术测量位移可以采用逐级精化算法实现大量程、高精度的测量。

在一个实施例中，在准直光学单元和分束单元之间还设置有空间调制器10，空间调制器用于反射入射光，并调节入射光的光束直径，可以根据需求进行实时控制。空间调制器10可以实时调整反射光线的光束直径，所以经汇聚透镜15汇聚的光束直径也会发生变化，如图5中示意的光束直径D1和光束直径D2。

光束直径通过空间调制器10进行调制，当光束直径为D1时，光线经过汇聚透镜15后，焦点落在被测物面28上，假设干涉装置的测量范围为L（当被测物面超出该测量范围时，将有极少的光线可以返回汇聚透镜15，信噪比不能满足高精度的测量需求），则被测物面27和被测物面29就是测量范围的边界，d1为测量边界处光束的弥散斑直径。类似地，当入射光束直径为D2时（D2小于D1），在L的测量范围内，光束的最大弥散斑直径为d2。

由光学理论可知，在L的测量范围内，随着光束弥散斑直径的增大，光学系统耦合到的光能量会降低，导致探测器探测到的干涉信号的条纹对比度降低，影响测量精度。因此，在测量范围L内，光束的弥散斑直径越小越好。然而，常用干涉测量装置中的通光孔径一般为固定值，为了获得更小的弥散斑直径，光束直径D2相比D1更有优势（D2小于D1），但是当入射光直径变小时，入射到探测器的光能量也随之减弱，导致在测量范围L内干涉测量装置并不能获得整体最优的信噪比。为了同时兼顾大测量范围和整体高信噪比的需求，需要根据被测物面28的位置实时调节入射光的光束直径，当被测物面处于28的位置时，可将光束直径调节为D1（通过伺服控制，由空间调制器10进行调节），此时入射能量最大，获得的条纹对比度和信噪比最优。

当被测物面处于27或者29的位置时，控制板卡25控制空间调制器10对光束直径进行调制，可将光束直径调节为D2，虽然牺牲了一部分入射光能量，但是有效改善了条纹的对比度，抑制背景光强的干扰，对于提升测量精度和信噪比有促进作用。根据被测物面与镜头焦面之间的位置关系，实时调节入射光的光束直径，可以获得测量范围L内整体最优的信噪比值，而只采用光束直径D1的干涉装置在测量大离焦量的物面时，信噪比低于发明装置的信噪比，而只采用光束直径D2的干涉装置在测量小离焦量的物面时，信噪比低于本申请实施例中装置的信噪比，本申请实施例中装置在测量焦面处、小离焦量范围、大离焦量范围物面时的整体适应能力更优。

如图6所示，空间调制器10可以对反射光束的直径进行调节，可以是液晶空间光调制器（SLM）或数字微镜器件（DMD）等。图中示意出了三种光束直径模式M1、M2、M3，M1光束直径最大，M2光束直径次之，M3光束直径最小。假设干涉装置测量被测物面28处时的距离为0，被测物面28位于镜头的最佳焦面上，此时的光束直径最大，为模式M1，干涉装置耦合到的能量最大，信噪比最高。当干涉装置的测量位移读数的绝对值大于0时，则需要根据被测物面的位置实时减小空间调制器10反射光的光束直径，以获得最优的信噪比。被测物面的位置与光束直径大小之间的最佳匹配参数需要进行预先标定，当干涉装置在线测量时，可根据干涉装置的位移读数实时调控空间调制器10反射光束直径的大小，从而在一定程度上解决干涉装置在大范围测量时条纹对比度和测量精度低的问题。

如图7所示，在一个实施例中，参考反射单元包括反射镜转轮，反射镜转轮的不同区域对光线的反射率不同。在一个实施例中，反射镜转轮的不同区域均安装有一块反射镜，反射镜转轮的所有反射镜的反射率不同。反射镜转轮13上安装有一块反射镜，该反射镜表面不同区域的反射率不同，举例如下：R1反射率为90%，R2为80%，R3为70%，R4为60%，R5为50%，R6为40%，R7为30%，R8为20%，R9为10%，R10为5%，R11为1%，R12为0.5%，覆盖了大部分被测面反射率的范围，也可以根据需求配置特定反射率的反射面。可以通过电机控制反射镜转轮13的旋转，可将不同反射率的区域移动到光线入射的位置，从而完成调节参考光束反射光强的目的。

在实际测量中，待检测对象16的材料、膜层、粗糙程度等不同，反射率也不同，导致测量光被待检测对象16反射的能量强度也不同。当测量光强和参考光强的值差异较大时，干涉条纹对比度会急剧恶化，影响测量精度。当测量光强和参考光强的值相等时，条纹对比度最大为1，测量精度相对最好。因此，为了使干涉装置可以方便地适用不同反射率待检测对象测量（无需更换测量镜头）的目的，需要调节参考面的反射率。在测量已知反射率的面形时，直接将反射率最接近待检测对象反射率的区域转动到入射光束的位置，此时探测器获得的干涉条纹的对比度相对最优；在测量未知反射率的面形时，先将最小反射率的区域转动到入射光束的位置，然后逐渐转动反射镜转轮13，依次将不同反射率的区域转动到入射光束的位置，探测器探测干涉信号的峰峰值（幅值）强度，确定干涉信号峰峰值最大时的反射区域，将该区域转动到入射光束的位置，完成后续面形的测量任务，此时探测器获得的干涉条纹的对比度相对最优。

在一些实施例中，空间调制器10与反射镜转轮13可以单独对光束进行调制，也可协同进行调制。

在一些实施例中，如图8所示，光束直径的调节方式为光阑调节，光源模块和探测器模块可以通过光纤等导光元件耦合到一起，可以进一步提升光路配置的灵活性。参考反射单元还包括可调光阑34。可调光阑的通光孔径根据需要进行实时调节。

由光源发出的光经准直透镜8、反射镜9、分光镜11后，被分为参考光束和透射光束，被分光镜11反射的参考光束经过可调光阑34后到达反射镜转轮13，可调光阑34的通光孔径可以根据需要进行实时调节。由反射镜转轮13和待检测对象16反射的测量光束在分光镜11处发生干涉，干涉信号经过反射镜9、准直透镜8后进入光纤，然后到达探测器模块。控制板卡25完成对干涉信号的处理，并将待检测对象16的位移值传输至计算机26。

通过实时调节可调光阑34的通光孔径，可以实时控制参考光路的返回能量，在测量不同离焦量的物面时，使参考光路和测量光路的返回能量始终保持在一致或相近的水平，从而改善干涉装置的信噪比，提高测量精度。

可以通过控制板卡25分析干涉信号峰峰值和对比度的大小，当干涉信号峰峰值降低或者升高时，说明从待检测对象16反射回来的光能量降低或者升高，需要对应调节可调光阑34的通光孔径，使从反射镜转轮13反射回来的光能量对应地降低或升高。

在一个实施例中，如图9所示，汇聚光学单元和探测器之间还设置有可调耦合器，可调耦合器可沿汇聚光学单元的光轴方向进行实时移动，从而改变进入可调耦合器的光能量的大小。可调耦合器35可对耦合进探测器模块的光的有效数值孔径进行调节，从而改善干涉条纹对比度，提高测量精度。可调耦合器35可位于汇聚透镜17及探测器21~23之间的光路上。最优实施例为位于17的焦面附近。

干涉光束经反射镜9、汇聚透镜17后，到达可调耦合器35，可调耦合器35在控制板卡25的作用下可沿汇聚透镜17的光轴方向进行实时移动，改变进入可调耦合器35的光能量的大小，进而改善不同离焦面测量时的对比度和信噪比，提高测量精度。

当可调耦合器35位于汇聚透镜17的焦面时，可调耦合器35将所有的光能量耦合进光纤，当干涉信号峰峰值降低或者升高时，说明从待检测对象16反射回来的光能量降低或者升高，需要通过控制板卡25进行伺服调节，实时移动可调耦合器35，使光路中靠近光轴的部分光线进入光纤或者全部光线进入光纤，同样可以达到改善干涉条纹对比度的目的。

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，可轻易想到的变化或替换，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权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种光谱干涉可调的测量装置，其特征在于，包括耦合光学单元、第一波分复用器、准直光学单元、分束单元、反射率可调的参考反射单元、测量反射单元、汇聚光学单元、第二波分复用器、以及探测器，

多个所述耦合光学单元分别接收从多个光源发出的入射光，并将所述入射光耦合到所述第一波分复用器；

所述第一波分复用器将多个准直后的入射光进行合束；

所述准直光学单元对合束后的所述入射光进行准直；

所述分束单元将准直后的所述入射光分裂为参考光束和透射光束；

所述参考反射单元对所述参考光束进行反射，并将所述参考光束反射到所述分束单元；

所述测量反射单元包括移相器和光学透镜，所述移相器对所述透射光束的相位进行调制，所述透射光束经过所述移相器后，被所述光学透镜传递到待检测对象的表面，所述光学透镜再将所述待检测对象发出的测量光束反射到所述分束单元；

经所述参考反射单元反射的所述参考光束和所述测量光束在所述分束单元处相遇发生干涉，生成干涉光；所述参考反射单元存在多个反射率不同的区域，实时调节所述参考反射单元的反射率从而使得所述参考光束和所述测量光束的强度值处于一致或者相近的水平；

所述汇聚光学单元对所述干涉光进行汇聚，得到汇聚光；

所述第二波分复用器将所述汇聚光中的不同波长光进行分离；

所述探测器的不同镜头对分离后的所述汇聚光生成光电响应，对所述光电响应进行数据处理，获得所述光的光谱信息。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述参考反射单元包括反射镜转轮，所述反射镜转轮的不同区域对光线的反射率不同。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述参考反射单元还包括可调光阑，

所述可调光阑的通光孔径根据需要进行实时调节。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述反射镜转轮的不同区域均安装有一块反射镜，所述反射镜转轮的所有反射镜的反射率不同。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，相位调制可采用正弦相位调制方法，所述正弦相位调制方法是通过对两束相干光的光程差进行调制实现相位调制的，探测器探测到的干涉信号强度理论公式如下：

式中，I(t)为探测器的信号强度值，为干涉信号的背景强度，A(t)为干涉信号的幅值，φ为起始参考光路与测量光路的相位差，zsin(ωt+θ)为移相器对干涉信号的调制函数，其中z为调制度，θ为调制信号的初相位，t为时间；

基于所述干涉信号强度理论公式，计算每个测量点的相位值φ，

在单个正弦信号调制周期内，等时间间隔采集四组干涉信号，分别为E₁、 E₂、E₃、E₄，分别对应0~T/4、T/4~T/2、T/2~3T/4、3T/4~T时间段内干涉信号强度的积分值，然后通过下式计算：

计算出采样点0时刻的相位值φ，则采样点0时刻的位移值h为：

式中，λ为光源的波长值，然后根据上述方法依次计算后续不同采样点的位移值h。

6.根据权利要求1~5任一项所述的装置，其特征在于，在所述准直光学单元和所述分束单元之间还设置有空间调制器，

所述空间调制器用于将所述入射光反射至所述分束单元上，并调节在所述分束单元上的所述入射光的光束直径。

7.根据权利要求1~5任一项所述的装置，其特征在于，在所述准直光学单元和所述分束单元之间设置有反射镜，

所述反射镜用于将所述入射光反射至所述分束单元上，或者将所述入射光反射至所述分束单元上、并将所述干涉光反射给所述准直光学单元。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述汇聚光学单元和所述探测器之间还设置有可调耦合器，所述可调耦合器可沿所述汇聚光学单元的光轴方向进行实时移动，从而改变进入所述可调耦合器的光能量的大小。

9.一种光谱干涉可调的测量方法，其特征在于，包括：

采用多个耦合光学单元分别接收从多个光源发出的入射光，并将所述入射光耦合到第一波分复用器；

采用所述第一波分复用器将多个准直后的入射光进行合束；

采用准直光学单元对合束后的所述入射光进行准直；

采用分束单元将准直后的所述入射光分裂为参考光束和透射光束；

采用参考反射单元对所述参考光束进行反射，并将所述参考光束反射到所述分束单元；

采用测量反射单元将所述透射光束传递给待检测对象，并将从所述待检测对象发出的测量光束反射到所述分束单元；

经所述参考反射单元反射的所述参考光束和所述测量光束在所述分束单元处相遇发生干涉，生成干涉光；所述参考反射单元存在多个反射率不同的区域，实时调节所述参考反射单元的反射率从而使得所述参考光束和所述测量光束的强度值处于一致或者相近的水平；

采用汇聚光学单元对所述干涉光进行汇聚，得到汇聚光；

采用第二波分复用器将所述汇聚光中的不同波长光进行分离；

采用探测器的不同镜头对分离后的所述汇聚光生成光电响应，对所述光电响应进行数据处理，获得所述光的光谱信息。