光学量测装置及方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明关于一种光学量测装置以及方法。
【背景技术】
[0002] 由于光学量测技术具有非侵入、快速反应等优点，因此常被应用于非接触性的检 测。例如可应用于检测眼球内部的构造或是皮肤下层的组织等等。然而，无论是何种光学量 测技术，皆会遭遇量测机台、受测物的生理反应、或受测者移动所造成的量测误差的问题。
[0003] 以采用光学同调断层法的眼角膜量测装置为例，为了避免上述的误差产生的解决 的方法有二，其一可透过加快量测扫描时间、使得于量测期间的振动的影响降低的方式。或 者，可透过于量测装置中设置两组光源模块，两组光源模块可同时产生两道光束进行光学 同调相干，以补正机台与角膜的相对振动。但前者的作法，即便缩短了扫描时间，依然存在 机台与待测物的相对运动干扰量测结果的情况，且于量测装置中提高扫描时间亦有技术难 度。而后者的光路较复杂，且设置额外的光源模块亦会使得成本增加。
[0004] 因此，如何将量测过程中机台与受测物的相对运动产生的误差排除或降低的方法 及装置为本领域的重要的课题之一。
【发明内容】
[0005] 有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种修正光学量测的光学量测装置以及方 法，进一步而言，透过本发明装置以及方法可以降低量测过程的误差。
[0006] 为达上述目的，本发明提供一种光学量测装置，其包括光源模块、感测单元、参考 镜组、光耦合模块以及处理单元。
[0007] 光源模块提供第一光线以及第二光线。参考镜组其包括致动器以及参考镜，致动 器以扫描速度带动参考镜往复移动。光耦合模块将第一光线传递至参考镜组以及待测物。
[0008] 光源模块传递第一光线至光耦合模块，光耦合模块将部份第一光线传递至待测 物、部份第一光线传递至参考镜组，第一光线被待测物的表面反射后依序传递至光耦合模 块及处理单元，第一光线被参考镜组反射后依序传递至光耦合模块及处理单元。
[0009] 光源模块传递第二光线至待测物，第二光线被待测物的表面反射后传递至感测单 元，据此感测单元传递感测信号给处理单元，处理单元依据感测信号提供相对速度值。依据 相对速度值与参考镜组的扫描速度，计算厚度。
[0010] 在本发明一实施例中，厚度由扫描速度与相对速度值相加后除以待测物折射率的 积分所产生。
[0011] 在本发明一实施例中，处理单元利用以下的公式计算厚度：
[0013] 其中，t是扫描速度，Vs为相对速度值，η为待测物折射率。
[0014] 在本发明一实施例中，处理单元利用以下的公式计算厚度L :
[0016] 其中，t是扫描速度，Vs为相对速度值，η为待测物折射率。
[0017] 在本发明一实施例中，其中于第一时序，被待测物反射的第一光线与被参考镜组 反射的第一光线产生建设性干涉，据此处理单元提供第一光程差。于第二时序，待测物反 射的第一光线与被参考镜组反射的第一光线产生建设性干涉，据此处理单元提供第二光程 差，依据第一与第二光程差，处理单元得以计算第一时序与第二时序的时间差。
[0018] 本发明更可提供一种光学量测方法，用于光学量测装置，且光学量测装置的参考 镜组具有扫描速度，其步骤更包括：藉由光源模块提供光线至待测物表面。光线被待测物表 面反射并传递至感测单元。感测单元传递感测信号给处理单元，感测信号包括光线移动速 度。处理单元依据感测信号提供光源模块与待测物表面的相对速度值。依据相对速度值与 参考镜组的扫描速度，计算待测物的厚度。
[0019] 在本发明一实施例中，其中步骤包括：依据扫描速度与相对速度值相加后除以待 测物折射率的积分，以计算厚度。
[0020] 在本发明一实施例中，其中厚度L为：
[0022] 其中，t是扫描速度，Vs为相对速度值，η为待测物折射率。
[0023] 在本发明一实施例中，厚度L为：
[0025] 其中，Vr是扫描速度，VS为相对速度值，η为待测物折射率。
[0026] 综上所述，本发明可透过光源模块与感测单元，计算出光学量测装置与待测物的 相对速度值，并依据参考镜组的扫描速度与相对速度计算出待测物的厚度，透过此修正，以 排除、降低光学量测装置与待测物相对振动、量测过程中的环境干扰对量测精度的影响，以 达到提商量测精度的目的。
[0027] 此外，本发明亦可使得光学量测装置不须额外装设或设计抗震结构，简化光学量 测装置的设计、降低成本。且，本发明透过既有的光学量测设备的架构，进行量测以及修正， 仅须于处理单元内导入修正，即可在不须额外装设补正单元亦不须汰换既有设备的情况 下，大幅的改善量测精度，实为经济且效果显著。
【附图说明】
[0028] 图1为本发明的一种光学量测方法的步骤流程图。
[0029] 图2为光学量测装置的架构示意图。
[0030] 图3为光学量测装置的感测单元应用的示意图。
[0031] 图4为感测单元量测结果的示意图。
【具体实施方式】
[0032] 以下将参照相关附图，说明依本发明较佳实施例的一种光学量测装置以及方法， 其中相同的构件、步骤将以相同的参照符号加以说明。且，以下实施例及附图中，与本发明 非直接相关的组件、步骤均已省略而未绘示；且附图中各组件间的尺寸关系仅为求容易了 解，非用以限制实际比例。
[0033] 请一并参考图1至图4,图1为本发明的一种光学量测方法的步骤流程图。图2为 光学量测装置的架构示意图。图3为光学量测装置的感测单元应用的示意图。图4为感测 单元量测结果的示意图。
[0034] 为达上述目的，本发明提供一种光学量测装置1，其包括光源模块10、感测单元 11、光耦合模块12、参考镜组13以及处理单元14。
[0035] 光源模块10提供第一光线L1以及第二光线L2。且若应用于人眼的角膜、视网膜 量测时，为了顾及被量测者的舒适程度，则此光源模块10可为一宽带雷射光源（例如本实 施例的中心光源的波长可介于1030nm，且频宽可为20至40nm，但不以不可见光为限制）。 此宽带雷射光源可透过窄频雷射光源射入激发材料以提供，但不以此方法为限。
[0036] 参考镜组13可至少包括致动器133 (micro-actuator)以及参考镜132,参考镜 132可透过致动器133往复移动（例如可透过传动平台移动，图未绘出），且致动器133以 扫描速度t带动参考镜132的移动，实际上的扫描速度可透过马达的转速换算得知。其中， 参考镜132与致动器133可为两个独立构件或是整合成单一构件（例如可将参考镜132贴 附于致动器133上）。
[0037] 光耦合模块12可将光源模块10的第一光线L1传递至参考镜组13以及待测物E。 光奉禹合模块12将部份第一光线L1传递至参考镜组13,以及光稱合模块12将部份第一光线 L1传递至参考镜组13待测物E。本实施例的光耦合模块12可为分光器，但不以分光器为 限制。例如可将光源模块10的50%的光线反射进入参考镜组13,而其余50%的光线穿透 进入待测物E，以达成光耦合的效果。
[0038] 另外，参考镜组13更可包含第一透镜组131，第一透镜组131可由至少一透镜所 组成，其用以使光耦合模块12传递的第一光线L1传递至参考镜132。本实施例的光学量 测装置1亦可包含第二透镜组15,透过第二透镜组15可使光耦合模块12将的第一光线L1 传递至待测物E。
[0039] 接着，参考镜组13与待测物E将分别反射第一光线L1，从参考镜组13离开的第 一光线L1将会依序经过第一透镜组131、光耦合模块12后进入处理单元14。而从待测物 E离开的第一光线L1将会依序经过第二透镜组15、光耦合模块12后进入处理单元14。
[0040] 此外，本实施例的待测物E为一个球状体，且以眼球为例示，但不以量测眼球为限 制，本领域的通常技术者应可藉由本发明的设计概念应用于其它的待测物。承前，以量测眼 球的角膜为例，于第一时序，可先调整第二透镜组15,使所述第一光线L1汇聚于角膜的外 表面，此时致动器133将带动参考镜132往复移动，当被参考镜组13反射的第一光线L1的 光程差与被待测物E反射的第一光线L1的光程差为整数倍时，所述第一光线L1产生建设 性干涉，纪录所述光程差，并定义此为第一光程差。
[0041] 接着，于第二时序，再调整第二透镜组15,使所述第一光线L1汇聚于角膜的内表 面，并重复上述步骤，使得被参考镜组13反射的第一光线L1的光程差与被待测物E反射的 第一光线L1的光程差为整数倍，所述第一光线L1产生建设性干涉，此时纪录第二光程差。 处理单元14可藉此两个光程差推算出第一光线L1于待测物E中移动的时间（亦即处理单 元14得以计算出第一时序与第二时序的时间差）。
[0042] 本实施例可藉由光源模块10提供第二光线L2至待测物E表面（步骤S1)。第二 光线L2将会被待测物E表面反射并传递至感测单元11 (步骤S2)。以角膜量测为例，第二 光线L2将会传递至角膜的外表面并被反射。
[0043] 感测单元11可为光学感测单元，例如位置型敏感型侦测器（position sensitive detector, PSD)。透过感测单元11可量测待测物E相对光源模块10的相对位置进而计算 出待测物E或光源模块10的相对振动情况。以角膜量测为例，此处的感测单元11可测出 工作平台或眼睛闪动的变化。
[0044] 详细而言，感测单元11将会传递感测信号给处理单元14,感测信号可包括光线移 动速度（步骤S3)。处理单元14依据感测信号提供光源模块10与待测物E表面的相对速 度值（步骤S4)。详细而言，感测单元11将第二光线L2聚焦于感测单元11的位置转换成 一个感测信号，并传递至处理单元14,因此处理单元14可知道于一单位时间内，第二光线 L2的位移变化量（感测单元11初始量测到的为一个位置对时间的信号），透过低通滤波处 理不必要的光噪声后，即可对时间一次微分求得光线移动速度（图4)。此处的「光线移动 速度」即为待测物E相对光源模块10的相对速度值Vs，亦可理解为待测物E相对光源模块 10的相对振动情况。
[0045] 以下将对厚度L的计算以及修正方式进行说明。
[0046] 本实施例的修正公式应用了都卜勒公式的进行修正，鉴于光为一种具有高传播速 度的波动，故除了须考虑到波源（光源模块10)与观察者（光学量测装置1)的相对运动关 系以外，亦须考虑狭义相对论带来的效应。