CN101532907A - 基于光源电调制的光学透过率测试装置 - Google Patents

基于光源电调制的光学透过率测试装置 Download PDF

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Abstract

基于光源电调制的光学透过率测试装置属于光学测试技术领域。现有测试装置采用机械斩光器调制测试光，所得到的交流光并不是严格的矩形波，光电探测器所给出的电信号也就不是严格的矩形波信号，因此，测试精度较低。并且，由于机械斩光器为大型精密机械部件，体积大、价格高，直接导致测试装置体积庞大、价格昂贵。本发明其结构为，光源与电源构成回路，光源、准直透镜、聚光透镜光学同轴，积分球进光口位于聚光透镜焦点处，光电探测器位于积分球球体远离进光口处，光电探测器接微处理器，信号发生器的脉冲调制信号输出端与可控开关管相连，脉冲控制信号输出端与微处理器相连，可控开关管位于光源与电源构成回路上。本发明应用于光学元件的光学透过率测试。

Description

基于光源电调制的光学透过率测试装置
技术领域
本发明涉及一种基于光源电调制的光学透过率测试装置，属于光学测试技术领域。
背景技术
为了测试光学元件的光学透过率，在现有测试装置中，有一种单光路机械调制测试装置，见图1所示，该装置由光源1、准直透镜2、机械斩光器3、聚光透镜4、积分球5、光电探测器6、信号放大器7、锁定放大器8、光电耦合器9和电源10组成。其测试过程为，电源10为光源1供电，发出的测试光经准直透镜2准直后，由机械斩光器3调整为交流光，从而区别于背景光，使得测试过程能够在亮场中进行，避免在暗室中测试所存在的不便。交流测试光经聚光透镜4后进入积分球5匀光，再由光电探测器6探测并转换为电信号。该电信号经信号放大器7放大，以满足锁定放大器8对信号强度的要求。放大后的电信号送入锁定放大器8。被测试件11位于机械斩光器3和聚光透镜4之间的光路上。光电耦合器9自被测试件11前的光路探测原始交流测试光，并将得到的电信号送入锁定放大器8。测试的第一步是空测，即不放入被测试件11，信号放大器7给出的测试信号为V1。第二步是实测，即放入被测试件11，信号放大器7给出的测试信号为V2。不论是V1还是V2，均由锁定放大器8将其与来自光电耦合器9的电信号做相关运算，消除测试装置因所存在的固有噪声如1/f噪声所造成的误差，以及残留背景噪声的干扰。第三步求出V2与V1的比值从而得到被测试件11的光学透过率。
发明内容
现有测试装置采用机械斩光器调制测试光，所得到的交流光并不是严格的矩形波，光电探测器所给出的电信号也就不是严格的矩形波信号，因此，测试精度较低。并且，由于机械斩光器为大型精密机械部件，体积大、价格高，直接导致测试装置体积庞大、价格昂贵。为了提高光学元件光学透过率测试装置的测试精度，减小测试装置体积、降低测试装置价格，我们发明了一种基于光源电调制的光学透过率测试装置。
本发明之测试装置其结构为，见图2所示，光源1与电源10构成回路，光源1、准直透镜2、聚光透镜4光学同轴，积分球5进光口位于聚光透镜4焦点处，光电探测器6位于积分球5球体远离进光口处，其特征在于，光电探测器6接微处理器12，信号发生器13的脉冲调制信号输出端与可控开关管14相连，信号发生器13的脉冲控制信号输出端与微处理器12相连，可控开关管14位于光源1与电源10构成回路上。
所述技术方案的技术效果在于，信号发生器13产生脉冲调制信号，见图3所示，同时产生脉冲控制信号，见图4所示。脉冲调制信号和脉冲控制信号初始时间统一，脉冲控制信号的脉冲频率为脉冲调制信号的倍频，脉冲控制信号的脉冲宽度小于等于光电探测器6输出的脉冲测试信号平坦高电平宽度，见图5所示。脉冲控制信号被送入微处理器12。脉冲调制信号通过可控开关管14开闭光源1，将测试光调制为交流光，从而区别于背景光，使得测试过程能够在亮场中进行，避免在暗室中测试所存在的不便。该交流光经准直透镜2准直后，经聚光透镜4进入积分球5匀光，再由光电探测器6探测并转换为脉冲测试信号。该脉冲测试信号被送入微处理器12。由于光源1采用卤素灯，测试光因卤素灯发热而产生。在可控开关管14的导通与断开过程中，测试光达到预定测试强度对应的色温需要一段过渡时间，同时，测试光强度降到最低值对应的色温也需要一段过渡时间，因此，调制后得到的交流光并不是严格的矩形波光信号，而只是近似矩形波光信号。因而，由光电探测器6探测并转换的脉冲测试信号也不是严格的矩形波电信号，见图5所示。因此，微处理器12首先根据脉冲控制信号采集脉冲测试信号，使得用于计算光学透过率的脉冲测试信号属于严格的矩形波，见图6所示。其次，由微处理器12对脉冲控制信号与属于严格矩形波的脉冲测试信号做相关运算，消除测试装置因所存在的固有噪声如1/f噪声所造成的误差，以及残留背景噪声的干扰。第三，由微处理器12根据空测、实测所获得的经过前两个步骤处理的脉冲测试信号计算被测试件11的光学透过率。可见，与现有技术相比，根据本发明之装置测试的光学透过率所依据的测试信号属于严格的矩形波，从而提高测试精度。同时，本发明采用微处理器12、信号发生器13、可控开关管14取代机械斩光器3实现测试光的调制，减小了测试装置的体积，降低了测试装置的成本。最终实现了发明目的。
附图说明
图1是现有单光路机械调制光学透过率测试装置结构示意图。图2是本发明之基于光源电调制的光学透过率测试装置结构示意图，该图兼作为摘要附图。图3是本发明之测试装置中的信号发生器所产生的脉冲调制信号波形图。图4是本发明之测试装置中的信号发生器所产生的脉冲控制信号波形图。图5是本发明之测试装置中的光电探测器所探测并转换的脉冲测试信号波形图。图6是本发明之测试装置中的微处理器根据脉冲控制信号所采集的用于计算光学透过率的脉冲测试信号波形图。图7是本发明之测试装置中的信号发生器的具体结构框图。
具体实施方式
光源1与电源10构成回路，光源1采用24V、150W卤素灯，电源10采用低压直流电源。光源1、准直透镜2、聚光透镜4光学同轴，积分球5进光口位于聚光透镜4焦点处，光电探测器6位于积分球5球体远离进光口处，光电探测器6采用光电倍增管或者光电池。光电探测器6接微处理器12，信号发生器13的脉冲调制信号输出端与可控开关管14相连，信号发生器13的脉冲控制信号输出端与微处理器12相连，可控开关管14位于光源1与电源10构成回路上。
信号发生器13由振荡器、光电耦合隔离器、功率放大器和移相器组成，见图7所示。在信号发生器13内部，振荡器与光电耦合隔离器、移相器分别相连，光电耦合隔离器与功率放大器相连。对外功率放大器与可控开关管14相连，移相器与微处理器12相连。振荡器的核心元件为555定时器，产生两路脉冲矩形波信号。其中一路为脉冲调制信号，先通过光电耦合隔离器，再经功率放大器，最后传输到可控开关管14。光电耦合隔离器的作用在于防止反向干扰电流干扰振荡器的工作。功率放大器的作用在于使脉冲调制信号的强度符合可控开关管14的要求。另一路为脉冲控制信号，通过移相器传输到微处理器12。移相器的作用在于保证在微处理器12内，脉冲控制信号与脉冲测试信号时间延迟一致。

Claims (3)

1、一种基于光源电调制的光学透过率测试装置，光源(1)与电源(10)构成回路，光源(1)、准直透镜(2)、聚光透镜(4)光学同轴，积分球(5)进光口位于聚光透镜(4)焦点处，光电探测器(6)位于积分球(5)球体远离进光口处，其特征在于，光电探测器(6)接微处理器(12)，信号发生器(13)的脉冲调制信号输出端与可控开关管(14)相连，信号发生器(13)的脉冲控制信号输出端与微处理器(12)相连，可控开关管(14)位于光源(1)与电源(10)构成回路上。
2、根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，信号发生器(13)由振荡器、光电耦合隔离器、功率放大器和移相器组成；在信号发生器(13)内部，振荡器与光电耦合隔离器、移相器分别相连，光电耦合隔离器与功率放大器相连；对外功率放大器与可控开关管(14)相连，移相器与微处理器(12)相连。
3、根据权利要求2所述的测试装置，振荡器的核心元件为定时器，产生两路脉冲矩形波信号。
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