一种光程改变装置及光学干涉系统
技术领域
本发明涉及光路干涉
技术领域
，尤其涉及一种光程改变装置及光学干涉系统。背景技术
迈克尔逊干涉仪是光学干涉仪中最常见的一种。迈克耳逊干涉仪的原理是一束入射光经过分光镜分为两束后各自被对应的平面镜反射回来，因为这两束光频率相同、振动方向相同且相位差恒定(即满足干涉条件)，所以能够发生干涉。当两束光的光程差在其相干长度范围内，即会发生干涉。
目前用于眼科测量眼轴长的光学生物测量仪就是运用了该原理，然而为了兼顾轴向分辨率，眼科光学生物测量仪一般采用3dB带宽为50nm的宽带SLD光源，其相干长度只有十几微米，这就要求其参考臂具有连续改变光程的能力，以匹配光源的微米级相干长度。
目前基于以上方法的光学生物测量仪，其参考臂改变光程采用直线滑轨方式，光程改变的速度慢，且难于实现连续改变光程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够方便改变光程、速度快、效率高、光程改变幅度大的光程改变装置及光学干涉系统。
本发明技术方案提供一种光程改变装置，包括驱动电机、设置在所述驱动电机上的转盘机构、设置在所述转盘机构上的至少一个参考臂、设置在所述转盘机构的一侧的第一准直器和设置在所述第一准直器的下方的第一反射镜；
所述参考臂固定安装在所述转盘机构上，且能够与所述转盘机构一体转动；
所述参考臂包括有用于改变光程的三角反光镜，所述三角反光镜包括有两两相交的第一反光镜片、第二反光镜片和第三反光镜片；
其中，当所述三角反光镜处于所述第一准直器与所述第一反射镜的光路上时，从所述第一准直器射出的光能够依次经所述第一反光镜片、所述第二反光镜片和所述第三反光镜片反射至所述第一反射镜，由所述第一反射镜所反射的光能够依次经所述第三反光镜片、所述第二反光镜片和所述第一反光镜片反射回到所述第一准直器。
在其中一项可选技术方案中，所述第三反光镜片反射至所述第一反射镜的出射光线与所述第一反射镜垂直。
在其中一项可选技术方案中，所述第一反射镜与所述第一准直器的光孔的轴线垂直；
所述第三反光镜片反射至所述第一反射镜的出射光线与所述光孔的轴线平行。
在其中一项可选技术方案中，所述第一反光镜片、所述第二反光镜片和所述第三反光镜片两两垂直相交连接；
所述第一反光镜片处于所述第二反光镜片和所述第三反光镜片的顶部；
其中，在沿着所述转盘机构的径向上，所述第一反光镜片从内向外逐渐向上倾斜，且所述第一反光镜片的内侧边缘和外侧边缘分别与所述转盘机构的基准平面平行；
在垂直方向上，所述第一准直器的光孔高于所述第一反光镜片的内侧边缘且低于所述第一反光镜片的外侧边缘；
所述第三反光镜片与所述第一反光镜片的内侧边缘连接；
在沿着所述转盘机构的旋转方向上，所述第二反光镜片与所述第一反光镜片的后端边缘连接。
在其中一项可选技术方案中，所述第一反射镜通过伸缩式的调节机构安装在支撑部上。
在其中一项可选技术方案中，所述转盘机构包括圆盘和设置在所述圆盘的顶面上的安装凸台；
所述圆盘与所述驱动电机的输出轴连接，所述参考臂安装在所述安装凸台的侧面上。
在其中一项可选技术方案中，所述参考臂还包括有保护壳体，所述三角反光镜安装在所述保护壳体中，所述保护壳体通过紧固件与所述安装凸台连接。
在其中一项可选技术方案中，所述保护壳体包括两两相交的第一板件、第二板件和第三板件；
所述第一反光镜片与所述第一板件粘接，所述第二反光镜片与所述第二板件粘接，所述第三反光镜片与所述第三板件粘接；
所述安装凸台的侧面具有安装斜面，在沿着所述圆盘的径向上，所述安装斜面从内向外逐渐向下倾斜；
所述第一板件和所述第二板件上分别设置有连接耳片，每个所述连接耳片分别通过所述紧固件与所述安装凸台连接，所述第三板件与所述安装斜面贴合。
在其中一项可选技术方案中，所述转盘机构上沿着圆周方向间隔地均布有多个所述参考臂。
本发明技术方案还提供一种光学干涉系统，包括光源、环形器、探测器、耦合器、第二准直器、第二反射镜和前述任一技术方案所述的光程改变装置；
所述光源、所述环形器、所述耦合器、所述第二准直器和所述第二反射镜依次间隔布置；
所述环形器、所述耦合器和所述第二准直器依次通过光纤连接；
所述环形器和所述耦合器分别通过光纤与所述探测器连接；
所述耦合器通过光纤与所述第一准直器连接。
采用上述技术方案，具有如下有益效果：
本发明提供的光程改变装置及光学干涉系统，转盘机构在驱动电机的带动下转动，转盘机构带动参考臂不断循环旋转，第一准直器的准直光首先打到三角反光镜的第一反光镜片，并由第一反光镜片将光反射到第二反光镜片上，再由第二反光镜片将光反射到第三反光镜片上，最后由第三反光镜片将光反射到第一反射镜上，经第一反射镜反射的光能够沿着原光路返回到第一准直器，从而增加了光程。回到第一准直器的光可进入耦合器与第一路光发生干涉，起到增强光信号的左右，更容易被探测器监测到光信号。
随着驱动电机的旋转，光路每经过一套三角反光镜，光程就可以改变超过55mm，光程改变幅度大。驱动电机旋转一周，就能完成一个或多个周期的光程改变，通过改变驱动电机的旋转速度，就可以任意提高光程的改变速度以及循环周期数。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的光程改变装置的立体图；
图2为参考臂安装在转盘机构上的俯视图；
图3为参考臂安装在转盘机构上的立体图；
图4为转盘机构安装在驱动电机上的立体图；
图5为具有三角反光镜和保护壳体的参考臂的立体图；
图6为三角反光镜和保护壳体的爆炸图；
图7为第一反射镜通过伸缩式的调节机构安装在支撑部上的示意图；
图8为本发明一实施例提供的光学干涉系统的示意图。
具体实施方式
下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图1-3所示，本发明一实施例提供的一种光程改变装置，包括驱动电机1、设置在驱动电机1上的转盘机构2、设置在转盘机构2上的至少一个参考臂3、设置在转盘机构2的一侧的第一准直器4和设置在第一准直器4的下方的第一反射镜5。
参考臂3固定安装在转盘机构2上，且能够与转盘机构2一体转动。
参考臂3包括有用于改变光程的三角反光镜31，三角反光镜31包括有两两相交的第一反光镜片311、第二反光镜片312和第三反光镜片313。
其中，当三角反光镜31处于第一准直器4与第一反射镜5的光路上时，从第一准直器4射出的光能够依次经第一反光镜片311、第二反光镜片312和第三反光镜片313反射至第一反射镜5，由第一反射镜5所反射的光能够依次经第三反光镜片313、第二反光镜片312和第一反光镜片311反射回到第一准直器4。
本发明提供的光程改变装置用于连续改变光程。
该光程改变装置包括驱动电机1、转盘机构2、至少一个参考臂3、第一准直器4和第一反射镜5。
转盘机构2安装在驱动电机1的输出轴上，驱动电机1为步进电机，驱动电机1可以带动转盘机构2转动。
参考臂3为光学结构，其用于改变光程以供后续干涉使用。参考臂3固定安装在转盘机构2上，其能够随着转盘机构2一体转动。
参考臂3包括有三角反光镜31，其用于改变光程。三角反光镜31由两两相交的第一反光镜片311、第二反光镜片312和第三反光镜片313组成。
第一准直器4处于转盘机构2的外侧，其用于光束准直。
第一反射镜5处于第一准直器4的下方，其用于对第三反光镜片313的出射光进行反射。
如图1所示，当三角反光镜31转动至第一准直器4与第一反射镜5之间的光路上时，从第一准直器4射出的光沿着箭头a射向第一反光镜片311，然后由第一反光镜片311将光沿着箭头b反射至第二反光镜片312，再由第二反光镜片312将光沿着箭头c反射至第三反光镜片313，最后由第三反光镜片313将光沿着箭头d反射至第一反射镜5。而第一反射镜5又将光逆着箭头d反射至第三反光镜片313，第三反光镜片313将光逆着箭头c反射至第二反光镜片312，第二反光镜片312将光逆着箭头b反射至第一反光镜片311，第一反光镜片311将光逆着箭头a反射至第一准直器4。
光从第一准直器4射出到反射回第一准直器4的过程为一个光程改变周期。假设，光从第一准直器4至第一反光镜片311的光程为L1，光从第一反光镜片311至第二反光镜片312的光程为L2，光从第二反光镜片312至第三反光镜片313的光程为L3，光从第三反光镜片313至第一反射镜5的光程为L4，则在一个光程改变周期中，改变的光程L＝2(L1+L2+L3+L4)。可以根据需要设定第一反光镜片311、第二反光镜片312和第三反光镜片313的尺寸及角度，使得光路每经过一套三角反光镜32反射，光程就可以改变超过55mm，光程改变幅度大，可以提供更好的干涉效果。
驱动电机1每旋转一周，就能完成一个或多个周期的光程改变，通过改变驱动电机1的旋转速度，就可以任意提高光程的改变速度以及循环周期数。
在其中一个实施例中，如图1所示，第三反光镜片313反射至第一反射镜5的出射光线与第一反射镜5垂直，使得射向第一反射镜5的所有光束都被第一反射镜5反射回第三反光镜片313，然后经第三反光镜片313、第二反光镜片312和第一反光镜片311依次反射回到第一准直器4。
可以通过调节第一反射镜5的角度或位置实现第三反光镜片313反射至第一反射镜5的出射光线与第一反射镜5垂直。
可以通过图8所示的探测器600来判断第三反光镜片313反射至第一反射镜5的出射光线与第一反射镜5是否垂直。
回到第一准直器4的光会进入耦合器300中，并与从第二准直器400返回的光汇集发生干涉。
当第一准直器4射出的所有光都被反射回到第一准直器4时，则耦合器300中的干涉信号最强。
当探测器600监测到光信号最强时，则表明第三反光镜片313反射至第一反射镜5的出射光线与第一反射镜5垂直。
在其中一个实施例中，如图1所示，第一反射镜5与第一准直器4的光孔41的轴线垂直，第三反光镜片313反射至第一反射镜5的出射光线与光孔41的轴线平行，确保第一准直器4向第一反光镜片311的入射光线与第三反光镜片313向第一反射镜5的出射光线平行，且分别与第一反射镜5，以使得全部的光都被第一反射镜5反射回。
可以通过调节三角反光镜31在转盘机构2上的倾斜角度，实现第三反光镜片313反射至第一反射镜5的出射光线与光孔41的轴线平行。
在其中一个实施例中，如图1-3所示，第一反光镜片311、第二反光镜片312和第三反光镜片313两两垂直相交连接。
第一反光镜片311处于第二反光镜片312和第三反光镜片313的顶部。
其中，在沿着转盘机构2的径向上，第一反光镜片311从内向外逐渐向上倾斜，且第一反光镜片311的内侧边缘和外侧边缘分别与转盘机构2的基准平面平行。
在垂直方向上，第一准直器4的光孔41高于第一反光镜片311的内侧边缘且低于第一反光镜片311的外侧边缘。
第三反光镜片313与第一反光镜片311的内侧边缘连接。
在沿着转盘机构2的旋转方向上，第二反光镜片312与第一反光镜片311的后端边缘连接。
本实施例中，三角反光镜31的夹角为直角，也即是第一反光镜片311、第二反光镜片312和第三反光镜片313两两垂直相交连接。
安装时，第一反光镜片311处于第二反光镜片312和第三反光镜片313的上方。第三反光镜片313处于第一反光镜片311的内侧边缘。在沿着转盘机构2的旋转方向上，将第一反光镜片311及第二反光镜片312先经过第一准直器4的一端称之为前端，将后经过第一准直器4的一端称之为后端。第二反光镜片312与第一反光镜片311和第二反光镜片312的后端边缘连接。
为了使得从第一准直器4射出的光射向第一反光镜片311，将第一反光镜片311倾斜布置，具体地：在沿着转盘机构2的径向上，第一反光镜片311从内向外逐渐向上倾斜，并且第一反光镜片311的内侧边缘和外侧边缘分别与转盘机构2的基准平面平行。也即是说，第一反光镜片311的内侧边缘低于其外侧边缘，并且在沿着转盘机构2的旋转方向上，第一反光镜片311不倾斜。转盘机构2的基准平面可为圆盘21的顶面或地面，表示第一反光镜片311的前后的两端边缘的高度一致。
第二反光镜片312保持与转盘机构2的基准平面垂直，第三反光镜片313的反光面的朝外朝上倾斜。
在垂直方向上，第一准直器4的光孔41在第一反光镜片311的内侧边缘与外侧边缘之间，使得从第一准直器4射出的光可射向第一反光镜片311，然后依次经第二反光镜片312和第三反光镜片313反射，并射向第一反射镜5。
在其中一个实施例中，如图7所示，第一反射镜5通过伸缩式的调节机构7安装在支撑部6上。
伸缩式的调节机构7可为螺杆或气缸或油缸等伸缩机构。调节机构7的伸缩端71与第一反射镜5连接，带动第一反射镜5移动。
具体地，第一反射镜5的基座与伸缩端71连接。
根据需要，第一反射镜5的基座与两个调节机构7连接，两个调节机构7的伸缩端71连接在第一反射镜5的基座的对角上，在两个伸缩端71伸缩量不同时，可以调整第一反射镜5的角度。
伸缩端71通过球销与第一反射镜5的基座连接，第一反射镜5相对于伸缩端71可摆动。
在其中一个实施例中，如图2-4所示，转盘机构2包括圆盘21和设置在圆盘21的顶面上的安装凸台22。
圆盘21与驱动电机1的输出轴连接，参考臂3安装在安装凸台22的侧面上。
本实施例中，转盘机构2包括圆盘21和安装凸台22，安装凸台22连接在圆盘21的顶面上，安装凸台22处于圆盘21的中部，参考臂3通过紧固件23(例如螺栓)安装在安装凸台22的侧面上。
在其中一个实施例中，如图1-6所示，参考臂3还包括有保护壳体32，三角反光镜31安装在保护壳体32中，保护壳体32通过紧固件23与安装凸台22连接。
本实施例中，通过在三角反光镜31的外侧装配保护壳体32，可以起到对三角反光镜31的保护作用。安装时，保护壳体32通过紧固件23与安装凸台22连接。
在其中一个实施例中，如图1-6所示，保护壳体32包括两两相交的第一板件321、第二板件322和第三板件323。
第一反光镜片311与第一板件321粘接，第二反光镜片312与第二板件322粘接，第三反光镜片313与第三板件323粘接。
安装凸台22的侧面具有安装斜面221，在沿着圆盘21的径向上，安装斜面221从内向外逐渐向下倾斜。
第一板件321和第二板件322上分别设置有连接耳片324，每个连接耳片324分别通过紧固件23与安装凸台22连接，第三板件323与安装斜面221贴合。
本实施例中，保护壳体32由第一板件321、第二板件322和第三板件323两两相交连接组成。第一反光镜片311粘接在第一板件321的底面上，第二反光镜片312粘接第二板件322的内侧表面上，第三反光镜片313粘接在第三板件323的内侧表面上。为了便于实现保护壳体32与安装凸台22的装配，安装凸台22的侧面配置有安装斜面221，安装凸台22的顶部窄、下部宽，使得安装斜面221在沿着圆盘21的径向上逐渐向下倾斜。在安装斜面221的底部一角和顶部一角分别开设有安装孔222，第一板件321和第二板件322上分别设置有连接耳片324，每个连接耳片324分别通过紧固件23与安装凸台22连接，紧固件23的端部紧固在安装孔222中。安装后，第三板件323与安装斜面221贴合。
在其中一个实施例中，如图1-3所示，转盘机构2上沿着圆周方向间隔地均布有多个参考臂3。
多个参考臂3沿着转盘机构2的圆周方向均匀分布，驱动电机1每带动转盘机构2转动一周，每个参考臂3都可对光程进行一次改变，提高了对光程改变的效率，并可实现连续改变光程。
如图8所示，本发明实施例提供的一种光学干涉系统，包括光源100、环形器200、探测器600、耦合器300、第二准直器400、第二反射镜500和前述任一实施例所述的光程改变装置。
光源100、环形器200、耦合器300、第二准直器400和第二反射镜500依次间隔布置。
环形器200、耦合器300和第二准直器400依次通过光纤连接。
环形器200和耦合器300分别通过光纤与探测器600连接。
耦合器300通过光纤与第一准直器4连接。
本实施例提供的光学干涉系统，可用于医疗设备中。
该光学干涉系统包括光源100、环形器200、探测器600、耦合器300、第二准直器400、第二反射镜500和光程改变装置。
有关光程改变装置的结构、构造及工作原理，请参考前面对光程改变装置的描述部分，在此不再赘述。
光源100是SLD光源，属于宽带光源，用于提供干涉光源。
环形器200用于保护光源100，以避免反射光对光源100造成损害。
耦合器300用于分光与合光，分光比可根据需要进行任意设定。
第二准直器400用于准直光束。
第二反射镜500用于将第二准直器400射出的光反射回第二准直器400。
探测器600用于监测光信号。
光源100发出的光经过环形器200后进入耦合器300中。耦合器300将光束分为两路，第一路光束经第二准直器400传播，第二路光束经第一准直器4传播。其中，第一路光束用于实际检测或检查，例如眼轴长度的检查等，第二路光束用于改变光程，以与回传的第一路光束在耦合器300中发生干涉，然后探测器600可以监测较强的光信号，以利后续精准操作。
第一路光束和第二路光束在耦合器300干涉之后，一路光束直接传到探测器600。另一路光束传到环形器200，然后再传到探测器600，不会有反射光照向光源100，因此，环形器200可以避免反射光对光源100造成损害。
根据需要，可以将上述各技术方案进行结合，以达到最佳技术效果。
以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。
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