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原文传递大量程无接触光学间距测量系统及其测量方法

专利名称：	大量程无接触光学间距测量系统及其测量方法
摘要：	本发明公开了一种大量程无接触光学间距测量系统及其测量方法，该系统包括：光源、与光源的输出端连接的第一光纤耦合器、与第一光纤耦合器的两个输出端口分别连接的第一环形器和第二环形器、与第一环形器的第二端口连接的参考臂、与第二环形器的第二端口连接的样品臂及与第一环形器的第三端口和第二环形器的第三端口均连接的信号探测与数据采集单元。本发明通过多次间隔测距，在大量程下实现了高精度的间距测量，该精度仅依赖于SS‑OCT系统，不会受到参考臂机械导轨精度影响，解决了现有光学间距测量技术量程与精度矛盾的问题。在系统搭建方面，多反射面结构无严格精度要求，SS‑OCT主体部分皆由光纤连接组成，搭建方便，可靠性较高。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	中国科学院苏州生物医学工程技术研究所
发明人：	史国华;樊金宇;邢利娜;潘道伟;高峰
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-01T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-05T00:00:00+0800
申请号：	CN201910155886.X
公开号：	CN109975246A
代理机构：	北京远大卓悦知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	韩飞
分类号：	G01N21/45(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	215163 江苏省苏州市高新区科技城科灵路88号
主权项：	1.一种大量程无接触光学间距测量系统，其特征在于，包括：光源、与所述光源的输出端连接的第一光纤耦合器、与所述第一光纤耦合器的两个输出端口分别连接的第一环形器和第二环形器、与所述第一环形器的第二端口连接的参考臂、与所述第二环形器的第二端口连接的样品臂及与所述第一环形器的第三端口和第二环形器的第三端口均连接的信号探测与数据采集单元；所述样品臂包括与所述第二环形器的第二端口连接的第二耦合器、沿入射光路依次设置在所述第二耦合器的第一输出端口上的第一准直器和多层反射面组件、沿入射光路依次设置在所述第二耦合器的第二输出端口上的第二准直器和待测样品。 2.根据权利要求1所述的大量程无接触光学间距测量系统，其特征在于，所述参考臂包括沿入射光路依次设置的偏振器、第三准直器、光阑、反射镜，所述反射镜设置于大量程导轨上。 3.根据权利要求2所述的大量程无接触光学间距测量系统，其特征在于，所述信号探测与数据采集单元包括与所述第一环形器的第三端口和第二环形器的第三端口均连接的第三耦合器、与所述第三耦合器连接的平衡探测器、与所述平衡探测器连接的数据采集设备及与所述数据采集设备连接的电子计算机。 4.根据权利要求3所述的大量程无接触光学间距测量系统，其特征在于，所述多层反射面组件包括多块透镜，其前端和后端面对应光程能覆盖所有样品区域，且相邻面之间间隔取较大值，且处于系统单次成像范围内。 5.根据权利要求4所述的大量程无接触光学间距测量系统，其特征在于，所述光源为扫频激光器。 6.根据权利要求5所述的大量程无接触光学间距测量系统，其特征在于，所述第一环形器和第二环形器均包括3个端口：第一端口、第二端口和第三端口；从第一端口进入的光只能从第二端口输出，从第二端口进入的光只能从第三端口输出，从第三端口进入的光只能从第一端口输出；其中，所述第一环形器的第一端口与所述第一耦合器连接，其第二端口与所述参考臂连接，其第三端口与所述第三耦合器连接；其中，所述第二环形器的第一端口与所述第一耦合器连接，其第二端口与所述样品臂连接，其第三端口与所述第三耦合器连接。 7.根据权利要求6所述的大量程无接触光学间距测量系统，其特征在于，所述扫频激光器1发出的光经过所述第一耦合器后被分为两束，其中一束经所述第一环形器后进入样品臂，依次经所述偏振器、第三准直器和光阑后照射到反射镜上；另一束光经所述第二环形器后到达所述第二耦合器，被所述第二耦合器分出的两束光分别经过所述第一准直器和第二准直器后输出到所述多层反射面组件与待测样品上；从所述反射面组件与待测样品反射的光由原路返回，进入所述第二环形器的第二端口，并通过所述第二环形器的第三端口进入所述第三耦合器；从所述反射镜反射的光由原路返回，进入所述第一环形器的第二端口，并通过所述第一环形器的第三端口进入所述第三耦合器；两束反射光输出至所述第三耦合器中后进行干涉，干涉信号再被分为两路后进入所述光电平衡探测器转为电信号，再由所述数据采集设备采集记录，最后传输至所述电子计算机保存数据。 8.根据权利要求7所述的大量程无接触光学间距测量系统，其特征在于，其测量方法包括以下步骤： 1)系统初始化，移动导轨使所述反射镜移动至所述第三准直器的近端处； 2)移动导轨，使SS-OCT窗口中同时含有样品第一个面F1与所述多层反射面组件中的两个辅助镜面的峰值，并记录第一个面F1和远处辅助峰值的相对间距d1；其中，靠近0光程处称为近处辅助峰值，远离0光程处称为远处辅助峰值； 3)移动导轨，使下一个辅助峰值出现，原远处辅助峰值在现窗口内变为近处辅助峰值； 4)如果两辅助峰值间有样品反射面F2，记录其与近处辅助峰值的间距d3,此时样品的反射面F1与F2的间隔D＝d1+d3；若两辅助峰值间无样品反射面，则记录两辅助峰值的间距d2i，作为下次测量的间距增量，再重复步骤3)，直至两辅助峰值间出现样品反射面F2，记录此时F2与近处辅助峰值的间距d3,此时样品的反射面F1与F2的间隔D＝d1+d21+d22+…+d2i+d3,其中，d2i表示第i次出现两辅助峰值间无样品反射面时，两辅助峰值的间距。
所属类别：	发明专利