光學(xué)量測(cè)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明關(guān)于一種光學(xué)量測(cè)裝置以及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于光學(xué)量測(cè)技術(shù)具有非侵入、快速反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，因此常被應(yīng)用于非接觸性的檢 測(cè)。例如可應(yīng)用于檢測(cè)眼球內(nèi)部的構(gòu)造或是皮膚下層的組織等等。然而，無論是何種光學(xué)量 測(cè)技術(shù)，皆會(huì)遭遇量測(cè)機(jī)臺(tái)、受測(cè)物的生理反應(yīng)、或受測(cè)者移動(dòng)所造成的量測(cè)誤差的問題。
[0003] 以采用光學(xué)同調(diào)斷層法的眼角膜量測(cè)裝置為例，為了避免上述的誤差產(chǎn)生的解決 的方法有二，其一可透過加快量測(cè)掃描時(shí)間、使得于量測(cè)期間的振動(dòng)的影響降低的方式?；?者，可透過于量測(cè)裝置中設(shè)置兩組光源模塊，兩組光源模塊可同時(shí)產(chǎn)生兩道光束進(jìn)行光學(xué) 同調(diào)相干，以補(bǔ)正機(jī)臺(tái)與角膜的相對(duì)振動(dòng)。但前者的作法，即便縮短了掃描時(shí)間，依然存在 機(jī)臺(tái)與待測(cè)物的相對(duì)運(yùn)動(dòng)干擾量測(cè)結(jié)果的情況，且于量測(cè)裝置中提高掃描時(shí)間亦有技術(shù)難 度。而后者的光路較復(fù)雜，且設(shè)置額外的光源模塊亦會(huì)使得成本增加。
[0004] 因此，如何將量測(cè)過程中機(jī)臺(tái)與受測(cè)物的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的誤差排除或降低的方法 及裝置為本領(lǐng)域的重要的課題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于上述課題，本發(fā)明的目的為提供一種修正光學(xué)量測(cè)的光學(xué)量測(cè)裝置以及方 法，進(jìn)一步而言，透過本發(fā)明裝置以及方法可以降低量測(cè)過程的誤差。
[0006] 為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種光學(xué)量測(cè)裝置，其包括光源模塊、感測(cè)單元、參考 鏡組、光耦合模塊以及處理單元。
[0007] 光源模塊提供第一光線以及第二光線。參考鏡組其包括致動(dòng)器以及參考鏡，致動(dòng) 器以掃描速度帶動(dòng)參考鏡往復(fù)移動(dòng)。光耦合模塊將第一光線傳遞至參考鏡組以及待測(cè)物。
[0008] 光源模塊傳遞第一光線至光耦合模塊，光耦合模塊將部份第一光線傳遞至待測(cè) 物、部份第一光線傳遞至參考鏡組，第一光線被待測(cè)物的表面反射后依序傳遞至光耦合模 塊及處理單元，第一光線被參考鏡組反射后依序傳遞至光耦合模塊及處理單元。
[0009] 光源模塊傳遞第二光線至待測(cè)物，第二光線被待測(cè)物的表面反射后傳遞至感測(cè)單 元，據(jù)此感測(cè)單元傳遞感測(cè)信號(hào)給處理單元，處理單元依據(jù)感測(cè)信號(hào)提供相對(duì)速度值。依據(jù) 相對(duì)速度值與參考鏡組的掃描速度，計(jì)算厚度。
[0010] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，厚度由掃描速度與相對(duì)速度值相加后除以待測(cè)物折射率的 積分所產(chǎn)生。
[0011] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，處理單元利用以下的公式計(jì)算厚度：
[0013] 其中，t是掃描速度，Vs為相對(duì)速度值，η為待測(cè)物折射率。
[0014] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，處理單元利用以下的公式計(jì)算厚度L :
[0016] 其中，t是掃描速度，Vs為相對(duì)速度值，η為待測(cè)物折射率。
[0017] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，其中于第一時(shí)序，被待測(cè)物反射的第一光線與被參考鏡組 反射的第一光線產(chǎn)生建設(shè)性干涉，據(jù)此處理單元提供第一光程差。于第二時(shí)序，待測(cè)物反 射的第一光線與被參考鏡組反射的第一光線產(chǎn)生建設(shè)性干涉，據(jù)此處理單元提供第二光程 差，依據(jù)第一與第二光程差，處理單元得以計(jì)算第一時(shí)序與第二時(shí)序的時(shí)間差。
[0018] 本發(fā)明更可提供一種光學(xué)量測(cè)方法，用于光學(xué)量測(cè)裝置，且光學(xué)量測(cè)裝置的參考 鏡組具有掃描速度，其步驟更包括：藉由光源模塊提供光線至待測(cè)物表面。光線被待測(cè)物表 面反射并傳遞至感測(cè)單元。感測(cè)單元傳遞感測(cè)信號(hào)給處理單元，感測(cè)信號(hào)包括光線移動(dòng)速 度。處理單元依據(jù)感測(cè)信號(hào)提供光源模塊與待測(cè)物表面的相對(duì)速度值。依據(jù)相對(duì)速度值與 參考鏡組的掃描速度，計(jì)算待測(cè)物的厚度。
[0019] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，其中步驟包括：依據(jù)掃描速度與相對(duì)速度值相加后除以待 測(cè)物折射率的積分，以計(jì)算厚度。
[0020] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，其中厚度L為：
[0022] 其中，t是掃描速度，Vs為相對(duì)速度值，η為待測(cè)物折射率。
[0023] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，厚度L為：
[0025] 其中，Vr是掃描速度，VS為相對(duì)速度值，η為待測(cè)物折射率。
[0026] 綜上所述，本發(fā)明可透過光源模塊與感測(cè)單元，計(jì)算出光學(xué)量測(cè)裝置與待測(cè)物的 相對(duì)速度值，并依據(jù)參考鏡組的掃描速度與相對(duì)速度計(jì)算出待測(cè)物的厚度，透過此修正，以 排除、降低光學(xué)量測(cè)裝置與待測(cè)物相對(duì)振動(dòng)、量測(cè)過程中的環(huán)境干擾對(duì)量測(cè)精度的影響，以 達(dá)到提商量測(cè)精度的目的。
[0027] 此外，本發(fā)明亦可使得光學(xué)量測(cè)裝置不須額外裝設(shè)或設(shè)計(jì)抗震結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化光學(xué)量 測(cè)裝置的設(shè)計(jì)、降低成本。且，本發(fā)明透過既有的光學(xué)量測(cè)設(shè)備的架構(gòu)，進(jìn)行量測(cè)以及修正， 僅須于處理單元內(nèi)導(dǎo)入修正，即可在不須額外裝設(shè)補(bǔ)正單元亦不須汰換既有設(shè)備的情況 下，大幅的改善量測(cè)精度，實(shí)為經(jīng)濟(jì)且效果顯著。
【附圖說明】
[0028] 圖1為本發(fā)明的一種光學(xué)量測(cè)方法的步驟流程圖。
[0029] 圖2為光學(xué)量測(cè)裝置的架構(gòu)示意圖。
[0030] 圖3為光學(xué)量測(cè)裝置的感測(cè)單元應(yīng)用的示意圖。
[0031] 圖4為感測(cè)單元量測(cè)結(jié)果的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 以下將參照相關(guān)附圖，說明依本發(fā)明較佳實(shí)施例的一種光學(xué)量測(cè)裝置以及方法， 其中相同的構(gòu)件、步驟將以相同的參照符號(hào)加以說明。且，以下實(shí)施例及附圖中，與本發(fā)明 非直接相關(guān)的組件、步驟均已省略而未繪示；且附圖中各組件間的尺寸關(guān)系僅為求容易了 解，非用以限制實(shí)際比例。
[0033] 請(qǐng)一并參考圖1至圖4,圖1為本發(fā)明的一種光學(xué)量測(cè)方法的步驟流程圖。圖2為 光學(xué)量測(cè)裝置的架構(gòu)示意圖。圖3為光學(xué)量測(cè)裝置的感測(cè)單元應(yīng)用的示意圖。圖4為感測(cè) 單元量測(cè)結(jié)果的示意圖。
[0034] 為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種光學(xué)量測(cè)裝置1，其包括光源模塊10、感測(cè)單元 11、光耦合模塊12、參考鏡組13以及處理單元14。
[0035] 光源模塊10提供第一光線L1以及第二光線L2。且若應(yīng)用于人眼的角膜、視網(wǎng)膜 量測(cè)時(shí)，為了顧及被量測(cè)者的舒適程度，則此光源模塊10可為一寬帶雷射光源（例如本實(shí) 施例的中心光源的波長(zhǎng)可介于1030nm，且頻寬可為20至40nm，但不以不可見光為限制）。 此寬帶雷射光源可透過窄頻雷射光源射入激發(fā)材料以提供，但不以此方法為限。
[0036] 參考鏡組13可至少包括致動(dòng)器133 (micro-actuator)以及參考鏡132,參考鏡 132可透過致動(dòng)器133往復(fù)移動(dòng)（例如可透過傳動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)，圖未繪出），且致動(dòng)器133以 掃描速度t帶動(dòng)參考鏡132的移動(dòng)，實(shí)際上的掃描速度可透過馬達(dá)的轉(zhuǎn)速換算得知。其中， 參考鏡132與致動(dòng)器133可為兩個(gè)獨(dú)立構(gòu)件或是整合成單一構(gòu)件（例如可將參考鏡132貼 附于致動(dòng)器133上）。
[0037] 光耦合模塊12可將光源模塊10的第一光線L1傳遞至參考鏡組13以及待測(cè)物E。 光奉禹合模塊12將部份第一光線L1傳遞至參考鏡組13,以及光稱合模塊12將部份第一光線 L1傳遞至參考鏡組13待測(cè)物E。本實(shí)施例的光耦合模塊12可為分光器，但不以分光器為 限制。例如可將光源模塊10的50%的光線反射進(jìn)入?yún)⒖肩R組13,而其余50%的光線穿透 進(jìn)入待測(cè)物E，以達(dá)成光耦合的效果。
[0038] 另外，參考鏡組13更可包含第一透鏡組131，第一透鏡組131可由至少一透鏡所 組成，其用以使光耦合模塊12傳遞的第一光線L1傳遞至參考鏡132。本實(shí)施例的光學(xué)量 測(cè)裝置1亦可包含第二透鏡組15,透過第二透鏡組15可使光耦合模塊12將的第一光線L1 傳遞至待測(cè)物E。
[0039] 接著，參考鏡組13與待測(cè)物E將分別反射第一光線L1，從參考鏡組13離開的第 一光線L1將會(huì)依序經(jīng)過第一透鏡組131、光耦合模塊12后進(jìn)入處理單元14。而從待測(cè)物 E離開的第一光線L1將會(huì)依序經(jīng)過第二透鏡組15、光耦合模塊12后進(jìn)入處理單元14。
[0040] 此外，本實(shí)施例的待測(cè)物E為一個(gè)球狀體，且以眼球?yàn)槔荆灰粤繙y(cè)眼球?yàn)橄?制，本領(lǐng)域的通常技術(shù)者應(yīng)可藉由本發(fā)明的設(shè)計(jì)概念應(yīng)用于其它的待測(cè)物。承前，以量測(cè)眼 球的角膜為例，于第一時(shí)序，可先調(diào)整第二透鏡組15,使所述第一光線L1匯聚于角膜的外 表面，此時(shí)致動(dòng)器133將帶動(dòng)參考鏡132往復(fù)移動(dòng)，當(dāng)被參考鏡組13反射的第一光線L1的 光程差與被待測(cè)物E反射的第一光線L1的光程差為整數(shù)倍時(shí)，所述第一光線L1產(chǎn)生建設(shè) 性干涉，紀(jì)錄所述光程差，并定義此為第一光程差。
[0041] 接著，于第二時(shí)序，再調(diào)整第二透鏡組15,使所述第一光線L1匯聚于角膜的內(nèi)表 面，并重復(fù)上述步驟，使得被參考鏡組13反射的第一光線L1的光程差與被待測(cè)物E反射的 第一光線L1的光程差為整數(shù)倍，所述第一光線L1產(chǎn)生建設(shè)性干涉，此時(shí)紀(jì)錄第二光程差。 處理單元14可藉此兩個(gè)光程差推算出第一光線L1于待測(cè)物E中移動(dòng)的時(shí)間（亦即處理單 元14得以計(jì)算出第一時(shí)序與第二時(shí)序的時(shí)間差）。
[0042] 本實(shí)施例可藉由光源模塊10提供第二光線L2至待測(cè)物E表面（步驟S1)。第二 光線L2將會(huì)被待測(cè)物E表面反射并傳遞至感測(cè)單元11 (步驟S2)。以角膜量測(cè)為例，第二 光線L2將會(huì)傳遞至角膜的外表面并被反射。
[0043] 感測(cè)單元11可為光學(xué)感測(cè)單元，例如位置型敏感型偵測(cè)器（position sensitive detector, PSD)。透過感測(cè)單元11可量測(cè)待測(cè)物E相對(duì)光源模塊10的相對(duì)位置進(jìn)而計(jì)算 出待測(cè)物E或光源模塊10的相對(duì)振動(dòng)情況。以角膜量測(cè)為例，此處的感測(cè)單元11可測(cè)出 工作平臺(tái)或眼睛閃動(dòng)的變化。
[0044] 詳細(xì)而言，感測(cè)單元11將會(huì)傳遞感測(cè)信號(hào)給處理單元14,感測(cè)信號(hào)可包括光線移 動(dòng)速度（步驟S3)。處理單元14依據(jù)感測(cè)信號(hào)提供光源模塊10與待測(cè)物E表面的相對(duì)速 度值（步驟S4)。詳細(xì)而言，感測(cè)單元11將第二光線L2聚焦于感測(cè)單元11的位置轉(zhuǎn)換成 一個(gè)感測(cè)信號(hào)，并傳遞至處理單元14,因此處理單元14可知道于一單位時(shí)間內(nèi)，第二光線 L2的位移變化量（感測(cè)單元11初始量測(cè)到的為一個(gè)位置對(duì)時(shí)間的信號(hào)），透過低通濾波處 理不必要的光噪聲后，即可對(duì)時(shí)間一次微分求得光線移動(dòng)速度（圖4)。此處的「光線移動(dòng) 速度」即為待測(cè)物E相對(duì)光源模塊10的相對(duì)速度值Vs，亦可理解為待測(cè)物E相對(duì)光源模塊 10的相對(duì)振動(dòng)情況。
[0045] 以下將對(duì)厚度L的計(jì)算以及修正方式進(jìn)行說明。
[0046] 本實(shí)施例的修正公式應(yīng)用了都卜勒公式的進(jìn)行修正，鑒于光為一種具有高傳播速 度的波動(dòng)，故除了須考慮到波源（光源模塊10)與觀察者（光學(xué)量測(cè)裝置1)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān) 系以外，亦須考慮狹義相對(duì)論帶來的效應(yīng)。