CN101539473B

CN101539473B - 基于ccd相机的光学透过率测试装置

Info

Publication number: CN101539473B
Application number: CN2009100668731A
Authority: CN
Inventors: 苏成志; 曹国华; 于正林; 向阳; 姜涛; 丁红昌
Original assignee: Changchun University of Science and Technology
Current assignee: Changchun University of Science and Technology
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2029-04-27
Also published as: CN101539473A

Abstract

基于CCD相机的光学透过率测试装置属于光学测试技术领域。现有双频双通道光学透过率测试装置由于其光电探测器通常采用光电倍增管，属于一种点探测器，同时，采用积分球匀光，因此，测试结果是被测试件的整体平均透过率；积分球体积大，不利于测试装置的便携操作；测试过程不可视；获取的信号强度弱。本发明采用成像透镜、CCD相机取代积分球、光电探测器；采用图像采集处理卡、触摸显示屏取代锁定放大器和除法器。成像透镜位于输出分光镜后的水平光轴上；CCD相机位于成像透镜像面上，并与图像采集处理卡相连；参考光电耦合器、测试光电耦合器分别接图像采集处理卡，图像采集处理卡与触摸显示屏连接。本发明应用于光学元件的光学透过率测试。

Description

基于CCD相机的光学透过率测试装置

技术领域

本发明涉及一种基于CCD相机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，有一种双频双通道光学透过率测试装置，见图1所示，该装置由准直光源1、输入分光镜2、参考通道反射镜3、双频机械斩光器4、参考光电耦合器5、输出分光镜6、测试光电耦合器7、测试通道反射镜8、积分球9、光电探测器10、信号放大器11、锁定放大器12和除法器13组成。其测试过程为，来自准直光源1的光束由输入分光镜2分为两束，一束经参考通道反射镜3反射、双频机械斩光器4调制成为参考交流光，另一束经双频机械斩光器4调制成为测试交流光，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。参考交流光、测试交流光的频率不同。测试交流光经测试通道反射镜8反射，与参考交流光一同经输出分光镜6进入积分球9匀光，再由光电探测器10探测并转换为电信号。该电信号经信号放大器11放大，以满足锁定放大器12对信号强度的要求。放大后的电信号送入锁定放大器12，包括参考信号V_B、测试信号V_A。参考光电耦合器5自双频机械斩光器4与输出分光镜6之间的光路上探测原始参考交流光，并将得到的电信号f_B送入锁定放大器12。被测试件14位于双频机械斩光器4与测试通道反射镜8之间的光路上。测试光电耦合器5自双频机械斩光器4与被测试件14之间的光路上探测原始测试交流光，并将得到的电信号f_A送入锁定放大器12。由锁定放大器12对V_B与f_B、V_A与f_A分别做相关运算，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。经相关运算处理后的参考信号V_B、测试信号V_A被送入除法器13求得二者比值。测试的第一步是测试装置标定，就是暂不放入被测试件14，除法器13给出的V_A/V_B比值为测试装置分光比λ。第二步是正式测试，放入被测试件14，除法器13给出此时的比值，则被测试件14的透过率T由下式求得：

T = \frac{V_{A}^{'}}{λ V_{B}^{'}}

由于不论是V_A与V_B，还是V′_A与V′_B，它们都是测试装置测试到的同一时刻的值，因此，该装置避免了因准直光源1的电源电压波动所造成的测试误差。

发明内容

现有技术存在的技术问题在于，由于该装置中的光电探测器10通常采用光电倍增管，属于一种点探测器，同时，为了保证测试精度，必须进行匀光，而积分球9越大匀光效果越好。因此，第一，测试结果是被测试件14的整体平均透过率，而不能获得被测试件14局部的透过率情况；第二，积分球9体积大，不利于测试装置的便携操作；第三，测试过程不可视，容易出现误操作，无法掌握因实际测试中被测试件14可能类型不同、长度不同，在装夹过程中难以保证测量交流光完全出射，从而造成测试误差；第四，点探测器获取的信号强度弱，信噪比小，因而测试精度低。为了实现测试过程可视化，测试被测试件各处透过率，减小测试装置体积，提高测试精度，我们发明了一种基于CCD相机的光学透过率测试装置。

本发明之测试装置见图2所示，准直光源1、输入分光镜2、测试通道反射镜8三者依次处在一个水平光轴上，双频机械斩光器4内圈通光孔轴线与所述水平光轴重合，测试光电耦合器7位于所述光轴双频机械斩光器4至测试通道反射镜8段一侧；参考通道反射镜3、输出分光镜6依次处在另一个水平光轴上，双频机械斩光器4外圈通光孔轴线与所述水平光轴重合，参考光电耦合器5位于所述光轴双频机械斩光器4至输出分光镜6段一侧；双频机械斩光器4位于输入分光镜2与测试通道反射镜8之间，以及参考通道反射镜3与输出分光镜6之间；输入分光镜2与参考通道反射镜3位于一个垂直光轴上；测试通道反射镜8与输出分光镜6位于另一个垂直光轴上；输入分光镜2、输出分光镜6、参考通道反射镜3、测试通道反射镜8均呈45°角倾斜；其特征在于，成像透镜15位于输出分光镜6后的水平光轴上；CCD相机16位于成像透镜15像面上，并与图像采集处理卡17相连；参考光电耦合器5、测试光电耦合器7分别接图像采集处理卡17，图像采集处理卡17与触摸显示屏18连接。

本发明之技术效果在于，采用成像透镜15、CCD相机16取代积分球9、光电探测器10，从而测试装置体积明显减小。采用图像采集处理卡17、触摸显示屏18取代锁定放大器12和除法器13。频率不同的参考交流光、测试交流光由成像透镜15成像于CCD相机16上。CCD相机16属于面探测器，获取的有用信号量大，面累积信号强，信噪比高，因而测试精度高。在CCD相机16上产生图像信号，包括参考信号、测试信号，并被送入图像采集处理卡17。参考光电耦合器5探测原始参考交流光，并将得到的电信号f_B送入图像采集处理卡17。被测试件14位于测试光电耦合器5与测试通道反射镜8之间的光路上。测试光电耦合器7探测原始测试交流光，并将得到的电信号f_A送入图像采集处理卡17。由图像采集处理卡17对参考信号与f_B、测试信号与f_A分别做相关运算，实现降噪分离，得到与参考信号、测试信号对应的光斑图像，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。再由触摸显示屏18显示所述光斑图像、提取边界、求取边界内所有光点的总能量，得到参考信号总能量E_B、测试信号总能量E_A，并由求得参考信号E_B、测试信号E_A的比值。测试的第一步是测试装置标定，就是暂不放入被测试件14，触摸显示屏18给出的E_A/E_B比值为测试装置分光比λ。第二步是正式测试，放入被测试件14，则被测试件14的透过率T由触摸显示屏18根据下式求得：

T = \frac{E_{A}^{'}}{λ E_{B}^{'}}

在测试过程中，测试装置实时将参考信号、测试信号的光斑图像由图像采集处理卡17传送至触摸显示屏18显示，从而实现了测试过程可视化。并且，能够知道被测试件14不同部位的透射情况，参考交流光的光斑图像亮度均匀、边界规则，见图3所示。放入被测试件14后在触摸显示屏18上显示的测试交流光的光斑图像与参考交流光的光斑图像相比，在亮度分布、边界形状上有不同表现，见图4所示，由此可知被测试件14各局部位置的透射情况。

附图说明

图1是现有双频双通道光学透过率测试装置结构示意图。图2是本发明之基于CCD相机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是由本发明之测试装置显示的参考信号光斑图像照片。图4是由本发明之测试装置显示的测试信号光斑图像照片。图5是本发明之测试装置中的图像采集处理卡组成与结构示意图。

具体实施方式

本发明之测试装置见图2所示，准直光源1、输入分光镜2、测试通道反射镜8三者依次处在一个水平光轴上，双频机械斩光器4内圈通光孔轴线与所述水平光轴重合，测试光电耦合器7位于所述光轴双频机械斩光器4至测试通道反射镜8段一侧。准直光源1采用卤素灯作为标准光源，经聚焦透镜后形成平行光束，由光阑控制光束直径，由滤光片修正光谱。参考通道反射镜3、输出分光镜6依次处在另一个水平光轴上，双频机械斩光器4外圈通光孔轴线与所述水平光轴重合，参考光电耦合器5位于所述光轴双频机械斩光器4至输出分光镜6段一侧。双频机械斩光器4位于输入分光镜2与测试通道反射镜8之间，以及参考通道反射镜3与输出分光镜6之间。输入分光镜2与参考通道反射镜3位于一个垂直光轴上。测试通道反射镜8与输出分光镜6位于另一个垂直光轴上。输入分光镜2、输出分光镜6、参考通道反射镜3、测试通道反射镜8均呈45°角倾斜。成像透镜15位于输出分光镜6后的水平光轴上；CCD相机16位于成像透镜15像面上，并与图像采集处理卡17相连。参考光电耦合器5、测试光电耦合器7分别接图像采集处理卡17，图像采集处理卡17与触摸显示屏18连接。

见图5所示，图像采集处理卡17由视频解码器、DSP(数字信号处理器)、SDRAM(同步动态随机存储器)和FPGA(场可编程门阵列)组成；在图像采集处理卡17内部，视频解码器接DSP，DSP接SDRAM，FPGA与视频解码器、DSP、SDRAM分别相接；对外视频解码器与CCD相机16连接，DSP与触摸显示屏18连接。下面通过图像采集处理卡17各组成部分之间及与CCD相机16、触摸显示屏18之间的工作过程进一步说明图像采集处理卡17的结构特征。视频解码器采用视频解码芯片TVP5150，作为A/D转换器，对来自CCD相机16的模拟图像信号进行模数转换，再把转换后的数字图像信号传送给DSP。DSP采用TMS320DM642芯片，作为图像处理器，通过对DSP进行软件编程实现滤波相关运算，滤除测试装置的固有噪声如1/f噪声和残留背景噪声。滤波后的图像信号通过数据输出口送往作为主机的触摸显示屏18和SDRAM。由SDRAM用来存储多幅图像信号，以便用于DSP进行相关运算。FPGA作为全局的状态机产生控制信号，控制视频解码器的采样、视频解码器向DSP的数据传送、SDRAM的图像信息存储等一系列的时序操作。

Claims

1.一种基于CCD相机的光学透过率测试装置，准直光源(1)、输入分光镜(2)、测试通道反射镜(8)三者依次处在一个水平光轴上，双频机械斩光器(4)内圈通光孔轴线与所述水平光轴重合，测试光电耦合器(7)位于所述光轴双频机械斩光器(4)至测试通道反射镜(8)段一侧；参考通道反射镜(3)、输出分光镜(6)依次处在另一个水平光轴上，双频机械斩光器(4)外圈通光孔轴线与所述水平光轴重合，参考光电耦合器(5)位于所述光轴双频机械斩光器(4)至输出分光镜(6)段一侧；双频机械斩光器(4)位于输入分光镜(2)与测试通道反射镜(8)之间，以及参考通道反射镜(3)与输出分光镜(6)之间；输入分光镜(2)与参考通道反射镜(3)位于一个垂直光轴上；测试通道反射镜(8)与输出分光镜(6)位于另一个垂直光轴上；输入分光镜(2)、输出分光镜(6)、参考通道反射镜(3)、测试通道反射镜(8)均呈45°角倾斜；其特征在于，成像透镜(15)位于输出分光镜(6)后的水平光轴上；CCD相机(16)位于成像透镜(15)像面上，并与图像采集处理卡(17)相连；参考光电耦合器(5)、测试光电耦合器(7)分别接图像采集处理卡(17)，图像采集处理卡(17)与触摸显示屏(18)连接。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，图像采集处理卡(17)由视频解码器、DSP、SDRAM和FPGA组成；在图像采集处理卡(17)内部，视频解码器接DSP，DSP接SDRAM，FPGA与视频解码器、DSP、SDRAM分别相接；对外视频解码器与CCD相机(16)连接，DSP与触摸显示屏(18)连接。