基于LF-SD-OCT的光谱仪装置及其LF-SD-OCT成像系统的制作方法

本发明涉及光谱仪，尤其涉及一种基于lf-sd-oct的光谱仪装置及其lf-sd-oct成像系统。

背景技术：

1、在传统工业质检领域，缺陷检出率及ct时间一直都是评估检测方案优劣的关键技术指标。常规的光学检测方案一般是针对样品的不同缺陷，选用工业面阵相机镜头配合不同的打光方式，对样品缺陷进行成像。相比于传统人眼检测方式，这种检测方案在提升质检效率，降低人力成本的同时可根据现场工台及缺陷类型进行灵活调配，以适应不同的检测场景。然而，这种检测方案的原理决定了其无法检测被测样品的内部结构，对于一些透明、半透明或高散射样品，即使使用不同波段的光源提供明暗场照明，仅根据所拍得的2d图像也较难分辨缺陷在深度维度上的具体位置，对后期算法处理也带来了不小的挑战。针对透明、半透明及高散射样品深度方向上的缺陷检测越来越成为工业质检领域的一项亟需解决的难题。

2、光学相干层析(oct)作为一种新型的3d层析成像技术，凭借其高精度、大视野、非接触、无损伤等显著优势，已越来越多地在工业质检领域收到广泛青睐。其技术原理概括来讲是通过测量并采集被测样品在不同深度所返回散射光的振幅和时间差，并加以后续算法处理，以此来重构被测样品在深度方向的结构信息。本技术多适用于透明、半透明等光穿透性较好的材料检测，亦或是表面反射率较强的高散射样品的检测。相较于传统光学检测方案，使用oct技术进行缺陷检测，不仅可以对待测样品的表面进行扫描，还可以对样品内部的结构进行复现，并进一步地确定缺陷处于被测样品深度方向上的具体位置，即“层析”效果，这是常规光学方案所无法比拟的。谱域光学相干层析成像(spectral domain oct,sd-oct)技术是第二代oct技术，相比第一代时域oct技术，在成像速度、信噪比和灵敏度等方面具有明显优势。

3、根据其扫描方式的不同，oct技术又可具体分为点扫描和线扫描两种。其中，线扫描oct技术通过柱透镜产生线形光束投射到被测样品的表面，仅在y方向进行线扫描的同时获取深度方向的数据，以此来生成3d图像。由于线扫描oct技术仅对平面内的一个方向进行扫描，系统的样品臂模块只需一个振镜即可完成对线光束的偏转，大大提高了系统的扫描速度；此外，相比于传统点扫描方式，线扫描oct技术能够避免了振镜在一维的机械抖动所导致的采集数据在x和y方向上的相位不稳定，导致在成像过程中产生运动的伪影，提高了检测精度。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术线扫描oct技术的ct时间长，检测效率慢的技术问题，本发明提供一种基于面阵sd-oct的光谱仪装置，缩短了ct时间，提高了检测效率。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于lf-sd-oct的光谱仪装置，包括：准直透镜、透射式衍射光栅、透镜组、发散透镜以及面阵相机；

3、所述准直透镜的物方焦点与光纤头重合，所述准直透镜的光轴与所述光纤头出射发散光的主光线重合；

4、所述透射式衍射光栅基于分光原理置于所述准直透镜的出射光路上，所述透射式衍射光栅的光轴与所述准直透镜出射的主波长光束的主光线重合；

5、所述透镜组置于所述透射式衍射光栅的出射光路上，所述透镜组由多个透镜组成，多个透镜中至少一个透镜为柱透镜，所述透镜组的光轴与所述透射式衍射光栅出射的主波长光束的主光线重合；

6、所述发散透镜置于所述透镜组的出射光路上，所述发散透镜的光轴与所述透镜组出射的主波长光束的主光线重合；

7、所述面阵相机的感光面垂直于所述发散透镜的光轴，所述面阵相机放置在所述发散透镜的后焦平面上；

8、其中，光纤头出射发散光经过所述准直透镜准直后，光轴经过所述透射式衍射光栅发生转折，得到的准直光束经过所述透镜组整形，使得准直光束在x方向保持不变，同时在y方向进行压缩，最终经所述发散透镜发散汇聚至被所述面阵相机的感光面上。

9、进一步，具体地，所述透镜组还包括第一柱透镜，所述第一柱透镜的光轴和所述柱透镜的光轴重合。

10、进一步，具体地，所述透镜组还包括聚焦透镜，所述聚焦透镜的光轴和所述柱透镜的光轴重合。

11、进一步，具体地，所述柱透镜的表面上镀有增透膜。

12、进一步，具体地，所述发散透镜的凹面朝向所述柱透镜的后焦平面。

13、进一步，具体地，所述第一柱透镜的表面上镀有增透膜。

14、进一步，具体地，所述聚焦透镜的表面上镀有增透膜。

15、进一步，具体地，所述面阵相机为靶面尺寸为1英寸，像素大小为6μm的全局面阵相机。

16、一种lf-sd-oct成像系统，包括：光谱宽带光源、准直器、第三柱透镜、光纤耦合器、样品臂、如上所述的基于lf-sd-oct的光谱仪装置以及中央处理模块；

17、所述光谱宽带光源发出的光经准直器准直，再通过第三柱透镜对准直光束进行整形，整形后的光束输入至光纤耦合器，得到的光源分为两路光源，分别为第一路光源和第二路光源，所述第一路光源通过所述光纤耦合器的第一输出端进入样品臂，所述第二路光源通过所述光纤耦合器的第二输出端进入参考臂，将经过所述样品臂产生的反射光和所述参考臂反射的延迟光经过所述光纤耦合器耦合，得到干涉光，所述干涉光经过所述光纤耦合器的第三输出端进入光谱仪，经所述光谱仪内的面阵相机采集得到所述3d原始层析信号。

18、进一步，具体地，所述光谱宽带光源为可见光波段且光谱带宽小于50nm的暖光led。

19、本发明的有益效果是，本发明基于lf-sd-oct的光谱仪装置，通过设置的透镜组将原本的准直光束在一个方向进行压缩，同时保持正交方向的光束大小不变，以实现对光束进行整形，产生线型光束，使系统的扫描方式由原本的点扫描转换成线扫描，通过设置的面阵相机来接收线形干涉光谱信号，并通过光学设计保证了聚焦在相机感光面处的y向rms光斑尺寸小于相机本身的像元大小，从而改善系统的衍射圈入能量，确保了纵向分辨率以及成像深度，在满足工业质检检测需求的前提下，提高了扫描成像速度。

技术特征：

1.一种基于lf-sd-oct的光谱仪装置，其特征在于，包括：准直透镜(11)、透射式衍射光栅(12)、透镜组(13)、发散透镜(14)以及面阵相机(15)；

2.如权利要求1所述的基于lf-sd-oct的光谱仪装置，其特征在于，所述透镜组(13)还包括第一柱透镜(131)，所述第一柱透镜(131)的光轴和所述柱透镜(132)的光轴重合。

3.如权利要求1所述的基于lf-sd-oct的光谱仪装置，其特征在于，所述透镜组(13)还包括聚焦透镜(133)，所述聚焦透镜(133)的光轴和所述柱透镜(132)的光轴重合。

4.如权利要求1所述的基于lf-sd-oct的光谱仪装置，其特征在于，所述柱透镜(132)的表面上镀有增透膜。

5.如权利要求1所述的基于lf-sd-oct的光谱仪装置，其特征在于，所述发散透镜(14)的凹面朝向所述柱透镜(132)的后焦平面。

6.如权利要求2所述的基于lf-sd-oct的光谱仪装置，其特征在于，所述第一柱透镜(131)的表面上镀有增透膜。

7.如权利要求3所述的基于lf-sd-oct的光谱仪装置，其特征在于，所述聚焦透镜(133)的表面上镀有增透膜。

8.如权利要求1所述的基于lf-sd-oct的光谱仪装置，其特征在于，所述面阵相机(15)为靶面尺寸为1英寸，像素大小为6μm的全局面阵相机。

9.一种lf-sd-oct成像系统，其特征在于，包括：光谱宽带光源、准直器、第三柱透镜、光纤耦合器、样品臂、如权利要求1至8中任一项所述的基于lf-sd-oct的光谱仪装置以及中央处理模块；

10.如权利要求9所述的lf-sd-oct成像系统，其特征在于，所述光谱宽带光源为可见光波段且光谱带宽小于50nm的暖光led。

技术总结
本发明涉及光谱仪技术领域，尤其涉及一种基于LF‑SD‑OCT的光谱仪装置及其LF‑SD‑OCT成像系统。装置包括：准直透镜、透射式衍射光栅、透镜组、发散透镜以及面阵相机；光纤头出射发散光经过准直透镜准直后，光轴经过透射式衍射光栅发生转折，得到的准直光束经过透镜组整形，使得准直光束在X方向保持不变，同时在Y方向进行压缩，最终经发散透镜发散汇聚至被面阵相机的感光面上。本发明的一种基于面阵SD‑OCT的光谱仪装置，缩短了CT时间，提高了检测效率。

技术研发人员：李惠芬,霍天成,侯大为,潘正颐,李子豪
受保护的技术使用者：常州微亿智造科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12