一种用于近透明矿物质的大深度OCT扫描装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术所述一种用于近透明矿物质的大深度OCT扫描装置，包括弱相干光源部分，激光光路部分，样品臂光路部分，参考臂光路部分，系统校准单元，系统光信号接收单元和信号处理单元；弱相干光源部分包括弱相干光源和偏振控制器，通过调节偏振控制器，可输出需要的偏振辐射光。本发明专利技术无需破坏近透明矿物质，对环境无特殊要求，对近透明矿物质进行无损探测。本发明专利技术采用独特的激光光路系统，结合电动直线平移单元其长行程的特点，对近透明矿物质内部进行大深度纵向光程扫描，能够更加准确全面的了解近透明矿物质内部的情况，并采用独特的系统校准单元和大深度光程扫描装置，系统探测精度误差可达微米级，准确度高，探测范围大。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及近透明矿物质检测
，特别涉及用于近透明矿物质的大深度OCT扫描装置及方法。
技术介绍
对近透明矿物质的提取或加工过程，需要采用不同类型的探测仪器辅助。在矿物质加工前，需对其进行品质检查。由于近透明矿物质本身内部存在瑕疵(如裂痕和杂质等)，在加工前，若没有检测出瑕疵情况，可能会因为瑕疵问题而导致最终加工出来的产品成色不高甚至变为残次品，对原材料利用率不高，造成极大的损失。对于高精密现代加工而言，高精度的探测装置设备是非常关键的。传统测量方法使用超声回波技术，通过超声发生器发出超声波，通过探测介质分界面返回来的超声波分辨该物质的品质。由于超声波受本身物理属性的限制，其所能探测的最小物质有限，因此超声回波技术无法探测部分微小瑕疵，探测得到的结果是误差很大，无法满足现代高精度加工水平的要求。机器视觉方法通过对被测物体的二维图像进行数字图像处理，可以精确判断其表面瑕疵情况，对于物体内部的情况，需要配合合适的照明系统。但如果被测物体体积稍大或其表面瑕疵比较严重，照明系统不能穿透其内部时，成像系统则无法清楚观测到其内部情况。因此，该方法对于体积稍大或表面瑕疵严重的被测物无法进行探测。光学相干层析成像(OCT，opticalCoherenceTomograph)是另一种高精度的光学探测技术，它是一种新型的高精度非接触成像手段，其优点在于非接触，无损害探测，可穿透到半透明矿物质内部进行内部情况观测，其探测精度非常高。但是其探测的深度非常有限，仅有几毫米，而且其结构复杂，不适合应用于对大体积被测物的测量。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术中的缺点，提供了一种用于近透明矿物质的大深度OCT扫描装置及方法，该方法测量准确，测量范围大，信噪比高。为了解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种用于近透明矿物质的大深度OCT扫描装置，包括弱相干光源部分，激光光路部分，样品臂光路部分，参考臂光路部分，系统校准单元，系统光信号接收单元和信号处理单元；本专利技术利用OCT技术，可获得微米级的探测精度；参考臂光路部分使用电动直线平移单元产生大深度光程扫描，可以在数秒内完成大深度的扫描；独特的系统校准单元，可对样品臂光路部分和参考臂光路部分进行微米级误差校准；巧妙设计光学外差探测光路对弱信号进行探测，实现高精度大深度的探测。所述弱相干光源部分包括弱相干光源和偏振控制器，通过调节偏振控制器，可输出需要的偏振辐射光。进一步，所述激光光路部分，把弱相干光源部分产生的激光光辐射分别分路到所述样品臂光路部分和所述参考臂光路部分，其由多个光纤耦合器组成，所述样品臂光路部分和参考臂光路部分出射的激光束经各路光学系统反射后，沿原路返回激光光路部分合束，再分路到所述系统光信号接收单元。进一步，所述样品臂光路部分包括光纤输出单元和液体透镜，所述液体透镜把所述光纤输出单元出射的激光束会聚到被测物上，使激光束在被测物体上聚焦，然后接收从被测物漫反射的光，使之返回激光光路系统中。进一步，所述参考臂光路部分，包括光纤准直透镜、光纤耦合透镜、直角反射镜和电动直线平移单元，所述激光光路部分分路的激光经过光纤准直透镜，出射到光学延迟线部分，所述光学延迟线部分再把激光束反射，经过所述光纤耦合透镜耦合到所述激光光路部分中去，电动直线平移单元在通电情况下进行直线移动，实现激光束光程扫描功能。进一步，所述系统校准单元包括准直透镜和反射镜，对激光光路部分光学参数的相对光信号进行校正，通过自由空间上的反射镜稳定反射激光束，对激光光路系统分路的所述参考臂光路部分和样品臂光路部分的系统误差进行微米级校正。进一步，所述系统光信号接收单元包括多组PIN光电二极管、差分放大单元和傅里叶频谱整形电路，把所述激光光路部分产生的回返光学外差调制光信号转换成电信号，设置PIN光电二极管工作模式为光伏模式，减少器件噪声，提高信噪比，对由光信号转换而成的电信号作差分放大处理，去除共模的干扰信号，放大有用的差模信号，对电信号进行傅里叶频谱整形处理，得到用于计算的信号。所述信号处理单元，包括模数转换单元和PC上位机，对系统光信号接收单元输出的电信号进行模数转换，再传到PC上位机进行计算，经PC上位机计算后输出结果。一种用于近透明矿物质的大深度OCT扫描方法，测量步骤如下：(1)启动系统：开启系统电源，点亮弱相干光源，打开光学延迟线开关、系统校准单元开关；(2)放置被测物：把被测物放到待测平台上，在上位机把该系统设置为工作模式，使其开始工作；(3)动态获取近透明矿物质内部的光学调制信号：基于系统校准单元，样品臂光路部分和参考臂光路部分的误差以作校准，可在上位机上看到精准的其内部情况，其中信号波形情况解释如下：a)信号产生为高斯峰，其为近透明矿物质前后表面以及内部瑕疵的情况；b)除去近透明矿物质前后表面的信号波形，信号波形的强度代表瑕疵的深度，信号越强，瑕疵越严重，反之亦然；c)瑕疵产生的信号峰，对应在信号轴出现的位置，代表其在近透明矿物质内部所在的空间位置；(4)数次采样：对被测近透明矿物质作数次采集，得出的结果再取均值计算；(5)计算：对最终得到的结果计算，得出瑕疵信号的位置，以及瑕疵的严重程度。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术是非接触光学弱相干探测技术，无需破坏近透明矿物质，对环境也无特殊要求，可以对近透明矿物质进行无损探测。2.本专利技术采用独特的激光光路系统，结合电动直线平移单元其长行程的特点，对近透明矿物质内部进行大深度纵向光程扫描，能够更加准确全面的了解近透明矿物质内部的情况。3.本专利技术采用了液体透镜作为聚焦透镜，其特点在于可以快速实现不同位置连续聚焦，配合大深度OCT扫描装置，很好地解决探测时激光束离焦情况，提高系统探测灵敏度。4.本专利技术采用独特的大深度OCT扫描校准单元，很好的解决了传统OCT扫描系统的扫描误差问题，特别是微小瑕疵情况下，其具有精确的定位判断，更小的扫描误差等优势。5.本专利技术采用了多路光电接收单元，能够输出多路光信息信号，结合差分放大电路提高电路系统的稳定性，增强系统的信噪比。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制，在附图中：图1为本专利技术所述一种用于近透明矿物质的大深度OCT扫描装置原理图。图2为液体透镜工作图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于近透明矿物质的大深度OCT扫描装置，其特征在于：包括弱相干光源部分，激光光路部分，样品臂光路部分，参考臂光路部分，系统校准单元，系统光信号接收单元和信号处理单元；所述弱相干光源部分包括弱相干光源和偏振控制器，通过调节偏振控制器，可输出需要的偏振辐射光。

【技术特征摘要】
1.一种用于近透明矿物质的大深度OCT扫描装置，其特征在于：包括弱相
干光源部分，激光光路部分，样品臂光路部分，参考臂光路部分，系统校准单
元，系统光信号接收单元和信号处理单元；
所述弱相干光源部分包括弱相干光源和偏振控制器，通过调节偏振控制器，
可输出需要的偏振辐射光。
2.根据权利要求1所述一种用于近透明矿物质的大深度OCT扫描装置，
其特征在于：所述激光光路部分，把弱相干光源部分产生的激光光辐射分别分
路到所述样品臂光路部分和所述参考臂光路部分，其由多个光纤耦合器组成，
所述样品臂光路部分和参考臂光路部分出射的激光束经各路光学系统反射后，
沿原路返回激光光路部分合束，再分路到所述系统光信号接收单元。
3.根据权利要求1所述一种用于近透明矿物质的大深度OCT扫描装置，
其特征在于：所述样品臂光路部分包括光纤输出单元和液体透镜，所述液体透
镜把所述光纤输出单元出射的激光束会聚到被测物上，使激光束在被测物体上
聚焦，然后接收从被测物漫反射的光，使之返回激光光路系统中。
4.根据权利要求1所述一种用于近透明矿物质的大深度OCT扫描装置，其
特征在于：所述参考臂光路部分，包括光纤准直透镜、光纤耦合透镜、直角反
射镜和电动直线平移单元，所述激光光路部分分路的激光经过光纤准直透镜，
出射到光学延迟线部分，所述光学延迟线部分再把激光束反射，经过所述光纤
耦合透镜耦合到所述激光光路部分中去，电动直线平移单元在通电情况下进行
直线移动，实现激光束光程扫描功能。
5.根据权利要求1所述一种用于近透明矿物质的大深度OCT扫描装置，其
特征在于：所述系统校准单元包括准直透镜和反射镜，对激光光路部分光学参

\t数的相对光信号进行校正，通过自由空间上的反射镜稳定反射激光束，对激光
光路系统分路的所述参考臂光路部分和样品臂光路部分的系统误差进行微米级
校正。
6...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾亚光，韩定安，叶欣荣，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：发明
国别省市：广东;44