專利名稱：干涉儀連續(xù)變焦成像裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種干涉儀連續(xù)變焦成像裝置，特別是關于一種可廣泛應用于干涉儀儀器裝置、利用干涉原理所產(chǎn)生的相關量測儀器裝置、相關干涉條紋成像裝置以及一般成像裝置等的連續(xù)變焦成像裝置。
干涉系統(tǒng)有許多種，但其原理都極為相似，以工業(yè)界普遍采用的斐佐式(Fizau)干涉儀為例。如


圖1所示，一個干涉儀可分為兩大部份，一是投光系統(tǒng)，一是干涉條紋成像系統(tǒng)，如美國專利US4,201,473。投光系統(tǒng)是由一激光器10、空間濾波器(spatialfilter)12、分光棱鏡(splitter)14、準直鏡(collimator)16、參考平面(reference plane)18及測試平面(test plane)20所組成。而干涉條紋成像系統(tǒng)是測試平面20的反射光與參考平面18的反射光互相干涉產(chǎn)生干涉圖形后經(jīng)準直鏡16至分光棱鏡14垂直反射后，再由旋轉擴散器(rotating diffuser)22、調(diào)焦鏡片(zoomlens)24及衰減片(attenuator)26后，最后傳送至TV攝影機28而讀取到干涉條紋。因此，干涉條紋品質(zhì)的優(yōu)劣是取決于成像系統(tǒng)。
傳統(tǒng)干涉儀成像系統(tǒng)是把干涉條紋影像成像于旋轉擴散器22上，再把旋轉擴散器22上的像當成調(diào)焦鏡片24的物影像，成像于后者攝影機28焦平面上。旋轉擴散器22的目的是在解決因干涉儀光路中產(chǎn)生的噪聲問題，如美國專利US4,201,473；此乃因在整個投光系統(tǒng)與成像系統(tǒng)中，并非只有參考平面18與測試平面20會產(chǎn)生干涉條紋，而是分光棱鏡14、準直鏡16或空間濾波器12等光學組件上的灰塵皆會產(chǎn)生一些微量的反射光線，這些都會產(chǎn)生一些微量的干涉條紋(minor fringe)，而此等噪聲皆是多余的，所以利用擴散器可以消除這些噪聲。
再者，激光本身的輸出功率和相干(coherent)穩(wěn)定性會產(chǎn)生時間上的光斑(time speckle)，這會影響干涉條紋的穩(wěn)定性品質(zhì)，利用擴散器可以平均化這些噪聲。但是擴散器本身并不是十分的平整，使得激光光在該平面也會產(chǎn)生空間的光斑(space speckle)而影響干涉條紋的品質(zhì)。為了解決此一問題必須使擴散器轉動，利用時間與空間的平均化解決此一問題。此種方式是目前最常被采用的方法，但這旋轉擴散器的加入也衍生了許多問題，其詳述如下旋轉擴散器的加入將使得干涉條紋非直接成像于CCD上而增加影像的噪聲，此包含了擴散器本身的穿透率，調(diào)變轉換函數(shù)MTF下降；且由于影像在旋轉擴散器上是一個類似朗伯表面(Labertiansurface)的圖像因此在后面的調(diào)焦鏡片成像于CCD上時，容易產(chǎn)生暈影(Vignetting)的現(xiàn)象，這將導致干涉影像的邊緣與中心亮度差異極大，如圖2所示，造成影像判別困難，若要改善此一缺點則必須設計極為高級的調(diào)焦鏡片，增加成本且不實用。再加上旋轉擴散器必須在儀器中加入馬達以驅動其轉動，如此馬達的同軸穩(wěn)定性就十分的重要，且馬達所引起的震動也會影響其干涉條紋。
利用這種傳統(tǒng)方法將增加許多組件，使得體積、重量及成本皆增加，并提高組裝的困難度，如美國專利US4,577,131及US5,473,434皆具有此項缺失。而為了能使變倍過程中能保持干涉條紋亮度穩(wěn)定，還必須加入衰減片作微調(diào)，而且大部份的設計都以兩段式調(diào)整為主(分別調(diào)整調(diào)焦鏡片24及衰減片26)，無連動裝置進而造成量測上的復雜性與差異。因此，本實用新型即在針對上述的多個困擾，提出一種干涉儀連續(xù)變焦成像裝置，以有效解決傳統(tǒng)的缺失。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種干涉儀連續(xù)變焦成像裝置，它能縮短干涉條紋的光程，降低了光程中的噪聲干擾，以改善干涉條紋的品質(zhì)而得到高品質(zhì)的干涉條紋影像。
本實用新型的另一目的是提供一種無使用旋轉擴散器的干涉儀連續(xù)變焦成像裝置，所以無馬達的設計，克服同軸穩(wěn)定、震動的問題，并具有縮小體積、減少組件、降低成本及組裝容易等的功效。
本實用新型再一目的是提供一種干涉儀連續(xù)變焦成像裝置，可調(diào)整連續(xù)變焦裝置的放大倍率，并可配合連動的衰減片來達到自動調(diào)光的功效。
本實用新型又一目的是提供一種可增廣儀器運用領域的干涉儀連續(xù)變焦成像裝置，它能增加操作便利性，并同時降低儀器組裝的復雜性。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的，一種干涉儀連續(xù)變焦成像裝置，包括二平面，其反射光互相干涉產(chǎn)生干涉圖形；一準直裝置，將該干涉圖形的平行光轉換為收斂光；一偏振分光棱鏡組，包含一1/4波片，并將該干涉圖形引導至成像信道上；光學路徑調(diào)整功能裝置導引該平行光從該準直裝置至該偏振分光棱鏡組；一連續(xù)變焦裝置，用以調(diào)整該成像信道上的該干涉圖形的放大倍率并輸出一物影像；一電荷耦合器件，用以將該物影像成像于其上并轉換成電子訊號。
下面結合具體實施例配合并參考附圖對本實用新型進行詳細說明，以便更容易了解本實用新型的目的、技術內(nèi)容、特點及其所達成的功效。
附圖標號說明10激光器；12空間濾波器；14分光棱鏡；16準直鏡；18參考平面；20測試平面；22旋轉擴散器；24調(diào)焦鏡片；26衰減片；28攝影機；30激光器；32反射塊；34反射鏡；36衰減片；38反射鏡；40偏振分光棱鏡組；42桿式反射鏡；44主反射鏡；46準直裝置；48參考平面；50測試平面；52、54平面反射鏡；56連續(xù)變焦裝置；58調(diào)焦鏡片；60電荷耦合器件；62折射率漸變透鏡；64連動裝置；66連動齒輪；68旋扭。
圖3為本實用新型的干涉儀的結構示意圖，如圖所示，投光裝置是包括一激光器30，其內(nèi)建有空間濾波器(圖中未示出)，該激光器30輸出一氦氖激光束后，經(jīng)內(nèi)建的空間濾波器擴大激光束并達到濾波效果后，由反射塊32及反射鏡34反射至衰減片(attenuator)36，利用衰減片36進行調(diào)光后再透過反射鏡38反射至一包含有1/4波片的偏振分光棱鏡組(polarizing beamsplitter，PBS)40并穿透之，穿透的偏振光依序經(jīng)由桿式反射鏡(rod mirror)42與主反射鏡(primary mirror)44調(diào)整方向的反射后，即可將光線射入準直裝置46中，準直裝置通常由準直鏡片(collimation lens)所組成，進而使光線進入?yún)⒖计矫?referenceplane)48及測試平面(test plane)50之間。
接續(xù)說明干涉儀的連續(xù)變焦成像裝置，此部份是包括該參考平面48的反射光與測試平面50的反射光互相干涉產(chǎn)生干涉圖形；該干涉圖形的平行光經(jīng)準直裝置46將其轉換為具有干涉條紋的收斂光，之后利用該主反射鏡44和桿式反射鏡42所形成的光學路徑調(diào)整功能裝置導引該干涉條紋從該準直裝置46至該偏振分光棱鏡組40，偏振分光棱鏡組40垂直反射該干涉條紋，將其引導至成像信道上，成像信道上的平面反射鏡52、54將干涉條紋收斂光引導至一連續(xù)變焦裝置56內(nèi)，且連續(xù)變焦裝置56是由二調(diào)焦鏡片(zoom lens)58組成，以調(diào)整該二調(diào)焦鏡片58間的距離而放大該物影像，此連續(xù)變焦裝置56的放大倍率是連續(xù)變倍介于1倍(1X)至6倍(6X)之間，用以調(diào)整該成像信道上的干涉光的放大倍率并輸出一物影像，由于該連續(xù)變焦裝置56是直接置于一電荷耦合器件(chargecoupled device，CCD)60的焦平面，故可將該物影像直接成像于電荷耦合器件60上并轉換成電子訊號。
其中，在該反射鏡38與該偏振分光棱鏡組40之間的光學路徑上更設有一組折射率漸變透鏡62，以達到擴束及勻光的目的。且上述的衰減片36除了位于該投光裝置的光學路徑上的外，亦可將該衰減片36直接設置于該連續(xù)變焦裝置56與該電荷耦合器件60之間的光學路徑上；或是位于該成像的光學路徑上皆可，衰減片36的作用主要是在使光束的振幅減少，且其相位及頻率皆不失真的，進而達到調(diào)光作用。
另外，為了使操作更加容易，本實用新型將該衰減片36利用一連動裝置64連接至該連續(xù)變焦裝置56，以形成一自動調(diào)光的結構，如圖4所示，衰減片36是利用數(shù)個連動齒輪66所組成的連動裝置64而連接至連續(xù)變焦裝置56，且該連動裝置64與連續(xù)變焦裝置56之間并設有一旋扭68，用以調(diào)整連續(xù)變焦裝置56內(nèi)的二調(diào)焦鏡片的間距，并利用連動裝置64同時調(diào)整該衰減片36的位置，故可達到自動調(diào)光的目的；若僅調(diào)整衰減片36的位置，則連續(xù)變焦裝置56是不會有任何改變。因此，本實用新型加入連動裝置64的設計將使得在調(diào)焦的過程中同時保持干涉條紋影像的亮度品質(zhì)，并可進一步達自動化的作用。
本實用新型雖無使用旋轉擴散片，但仍可保留傳統(tǒng)使用旋轉擴散片的優(yōu)點，其原因如下1.由于組裝環(huán)境與鏡片清潔的改善使得不相關的干涉條紋可消除到最小，無須再用旋轉擴散片來去消除。
2.時間上的光斑(time speckle)可由電荷耦合器件CCD的積分時間加以平均化。
3.由于已無使用旋轉擴散片，所以加入該片而伴隨的空間的光斑(space speckle)當然也自然消失。
本實用新型除了具有上述的優(yōu)點外，更增加了下列數(shù)項優(yōu)點1.因連續(xù)變焦裝置(調(diào)焦鏡片)直接置于CCD焦平面與偏振分光棱鏡組(Splltter)之間，縮短了干涉條紋的光程，降低了光程中的噪聲干擾。
2.因為由偏振分光棱鏡組到連續(xù)變焦裝置的光線是同軸光與傳統(tǒng)擴散器上的朗伯(Lambertian)光不同，使得在CCD焦平面的干涉條紋幾乎無暈影(Vignetting)現(xiàn)象產(chǎn)生，使得干涉影像的邊緣與中心亮度幾乎一樣，而得高品質(zhì)的干涉條紋影像，如圖5所示。
3.因為無旋轉擴散片的結構，所以也不必有馬達的設計，減少了同軸穩(wěn)定、震動的問題；并且使體積縮小、組件變少、成本降低、組裝容易，更適合工廠上的應用。
以上所述的實施例僅是用于說明本實用新型的技術思想及特點，其目的在使本領域的熟練技術人員能夠了解本實用新型的內(nèi)容并據(jù)以實施，而不是用來限定本實用新型的范圍。因此，凡依本實用新型所揭示的精神所作的均等變化或修飾，仍應涵蓋在本實用新型的范圍之內(nèi)。
權利要求1.一種干涉儀連續(xù)變焦成像裝置，其特征在于包括二平面，其反射光互相干涉產(chǎn)生干涉圖形；一準直裝置，將該干涉圖形的平行光轉換為收斂光；一偏振分光棱鏡組，包含一1/4波片，并將該干涉圖形引導至成像信道上；光學路徑調(diào)整功能裝置導引該平行光從該準直裝置至該偏振分光棱鏡組；一連續(xù)變焦裝置，用以調(diào)整該成像信道上的該干涉圖形的放大倍率并輸出一物影像；以及一電荷耦合器件，用以將該物影像成像于其上并轉換成電子訊號。
2.如權利要求1所述的干涉儀連續(xù)變焦成像裝置，其特征在于該二平面產(chǎn)生的干涉圖形由一測試平面的反射光與一參考平面的反射光互相干涉所形成。
3.如權利要求1所述的干涉儀連續(xù)變焦成像裝置，其特征在于該光學路徑調(diào)整功能裝置是利用至少一反射鏡將該平行光由該準直裝置引導至該偏振分光棱鏡組。
4.如權利要求1所述的干涉儀連續(xù)變焦成像裝置，其特征在于還包括一折射率漸變透鏡，該折射率漸變透鏡介于該準直裝置與該偏振分光棱鏡組之間的光學路徑上，用以擴束及勻光。
5.如權利要求1所述的干涉儀連續(xù)變焦成像裝置，其特征在于該連續(xù)變焦裝置可調(diào)整二調(diào)焦鏡片之間的距離而放大該物影像，其放大倍率是連續(xù)變倍，介于1倍(1X)至6倍(6X)之間。
6.如權利要求1所述的干涉儀連續(xù)變焦成像裝置，其特征在于該二平面的反射光是由該干涉儀的投光裝置提供。
7.如權利要求1所述的干涉儀連續(xù)變焦成像裝置，其特征在于還包括一個位于該連續(xù)變焦裝置與該電荷耦合器件之間的光學路徑上的衰減片。
8.如權利要求1所述的干涉儀連續(xù)變焦成像裝置，其特征在于還包括一個位于該成像的光學路徑上的衰減片。
9.如權利要求6所述的干涉儀連續(xù)變焦成像裝置，其特征在于還包括一個位于該投光裝置的光學路徑上的衰減片。
10.如權利要求7、8或9所述的干涉儀連續(xù)變焦成像裝置，其特征在于該衰減片利用一連動裝置連接至該連續(xù)變焦裝置，以形成一自動調(diào)光的結構。
11.如權利要求10所述的干涉儀連續(xù)變焦成像裝置，其特征在于該衰減片可單獨調(diào)整，且所述連動裝置不會反向影響該連續(xù)變焦成像裝置。
專利摘要本實用新型是一種干涉儀連續(xù)變焦成像裝置，包括參考平面及測試平面的二反射光互相干涉產(chǎn)生干涉圖形；一準直裝置將該干涉圖形的平行光轉換為收斂光，并經(jīng)光學路徑調(diào)整功能裝置導引至一偏振分光棱鏡組，進而引導至一連續(xù)變焦裝置，其是用以調(diào)整該干涉條紋的收斂光的放大倍率并輸出一物影像，再將該物影像成像于電荷耦合器件上。本實用新型是可改善干涉條紋品質(zhì)，且無使用旋轉擴散器，故具有減少組件、降低成本縮小體積的特性；另外，本實用新型亦利用連動裝置連接連續(xù)變焦裝置與衰減片，以達到自動調(diào)光與操作便利的特性。
文檔編號G02B15/14GK2548118SQ0223379
公開日2003年4月30日 申請日期2002年5月23日 優(yōu)先權日2002年5月23日
發(fā)明者歐陽盟, 薛新國, 曾新淼, 郭世炫, 劉信烓, 簡義本, 鐘錦銘 申請人:光群雷射科技股份有限公司