CN101545825A - 一种光学元件快速测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学元件快速测量装置及测量方法，该测量装置包括光源系统、导光系统、样品放置机构、采光系统、后置分光系统、阵列式光电转换系统、数据分析系统。本发明是针对光学器件的研发和产品品质监测的复杂需求而发明的快速、灵活、准确的测量仪器，其特征是采用后置分光方式，结合半固定可调节样品平台和移动采光系统，可对规整和不规整光学元件完成透射、反射和散射光学参数测定，采用阵列式光电转换元件完成信号采集和转换，其特点是测量速度快、适应复杂形状样品、测量重现性好、配置灵活、价格低，适用于各种光学元件的光学参数测量和质量监测。
Description
技术领域：
本发明涉及一种分光光度计，尤其是涉及一种用于测量各种光学材料和元件反射、透射、折射、散射光学指标的光谱分析仪。
背景技术：
随着光电技术的发展，大到航空航天，小到手机电视，越来越多的光学元件被应用到国民经济和日常生活中。在产品研发、光学材料选择和元件设计、产品生产、工艺条件确定和产品质量检定等过程中，都需要进行准确、快速的光度测量。针对光学元件的品质监控需求，目前用于各种光学材料和元件的反射、透射、散射等各项光学指标测量的常用仪器是前置分光的。现有的光谱分析仪器，普遍采用前置分光单色技术，即光源发出的复合光通过光栅(或棱镜)分解，旋转光栅(或棱镜)分解的单色光通过固定的出射孔(狭缝)投射到样品上，透射光被光电转换元件转换为电信号，通过光栅旋转和调整，实现不同波长下的光度检测。这样的光谱分析仪器由于光栅通过机械装置旋转，要保证波长分辨率就需要一定的扫描时间，测量速度慢，不能马上得到所测光学材料和元件的光学指标测量，对于大批量的产品检测效率低。由于采用精密机械旋转装置，现有的测量仪器对调试和安装的要求高，造成仪器造价高。同时，现有的测量仪器整体光路设计缺乏灵活性，无法随意改变接收光路，只能通过调整样品摆放来改变不同点的测量值，不适应复杂形状样品测量。
发明内容：
本发明公开了一种光学元件快速测量装置及测量方法，包括光源系统、导光系统、样品放置机构、采光系统、后置分光系统、阵列式光电转换系统、数据分析系统。本发明是针对光学器件的研发和产品品质监测的复杂需求而发明的快速、灵活、准确的测量仪器，其特征是采用后置分光方式，结合半固定可调节样品平台和移动采光系统，可对规整和不规整光学元件完成透射、反射和散射光学参数测定，采用阵列式光电转换元件完成信号采集和转换，其特点是测量速度快、适应复杂形状样品、测量重现性好、配置灵活、价格低，适用于各种光学元件的光学参数测量和质量监测。
本发明是针对光学材料性能测定和光学元件生产的品质监控需求而提出，目的是克服现有技术的不足，提供一种快速、准确、稳定、灵活的光学元件快速测量装置。
本发明采用与目前常用的仪器前置分光，获取单色光后对被量测体进行测量的设计不同，改变了测量分光的基本原理，用复合光直接对被量测体照射，采用后置分光，取消了单色步骤，无需机械分光扫描，极大地缩减了测量时间，全波段整体扫描时间从分钟降低到秒和毫秒级，极大地提高了分析测试效率。
由于取消了机械步进装置，避免了机械行走导致的位移误差和震动，提高了测量的重现性水平和仪器稳定性，显著提高了不规则形状测量重复测量的精确度。该新型分光设计，从原理上降低了仪器制造难度，避免了机械分光的复杂设计和精密制造，并显著提高了波长重现性、仪器稳定性等性能。仪器整体结构紧凑，抗震、移动性能得以提高，同时减少了光路中反射、透射等光学器件的使用量，降低了仪器使用环境要求，更利于仪器在恶劣环境下使用，降低了仪器的维护成本。新型设计显著简化了制造中机械传动和光学调整步骤，仪器制造成本得以显著降低。
附图说明：
图1为本发明的光路原理示意图。
图2为本发明仪器结构布置图。
具体实施方式：
下面通过附图和具体实施方式进一步说明本发明。
以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。
如图2所示，本发明主要由光源系统、导光系统、样品放置机构、采光系统、后置分光系统、阵列式光电转换系统、数据分析系统组成。本发明可以依据波长选择不同类型的灯如卤钨灯或氘灯作为光源(2)，光经过反射镜(1)聚光反射后汇聚于光纤导光透镜(3)，由光纤(4)传导至光纤出射透镜(5)，经透镜(6)、(7)调整为近似平行光束照射样品(8)，根据光束调整积分球(9)位置接收透射或反射光束，采集光由光纤导向光栅(11)分光，经过反射光路(12)分散后，投向阵列光电转换器(13)，经模数转换(17)，数据由数据处理系统(18)处理后得到测量结果，数据处理系统可以是电子计算机(PC机)或者其他数据处理装置。其中，样品放置平台由垂直升降台(14)和角位移台(15)组成，积分球(9)通过连接杆(16)连接角位移台(15)作角位移调整。光栅(11)和阵列光电转换元件(13)的后分光光路设计，可以不经过前置分光单色系统，一次完成设定波长范围内的光度测量。
本发明的样品放置机构是半固定可调节的样品平台，其中垂直升降台(14)可以实现样品的上下调节，垂直升降台上装有样品旋转装置，可以实现样品在0°～360°范围内任意调节。本发明的移动采光系统包括采光积分球(9)、连接杆(16)和角位移平台(15)，连接采光积分球(9)的角位移平台(15)可以在2.5°～357.5°范围内进行角位移，从而实现在不同角度都能接收到经过样品反射或者透射后的光线。
本测量装置操作起来比较简便，不需要复杂的测量步骤。首先调节光纤出射透镜(5)和样品放置平台，使出射光线与样品放置平台上的光学元件基本处于同一水平线上，然后按照以下步骤进行测量：1)在样品放置平台上先不放置任何光学元件，对测量装置进行校零；2)在样品放置平台上放置一件需要测量的光学元件，调整积分球(9)的位置使其能够接受到经过光学元件后的透射光线，从而快速地在数据处理系统得到所需测量的透射光学参数结果；3)重复步骤2)，调整积分球(9)的位置，可以相应得到反射和散射的光学参数结果。本测量装置的数据处理系统可以在1ms-65s之间灵活调节所测量光学元件的检测时间，达到不同的测量精度效果。
Claims (6)
1、一种光学元件快速测量装置，该测量装置包括光源(2)，通过反射镜(1)聚光反射，汇聚于光纤导光透镜(3)，经光纤(4)传导至光纤出射透镜(5)，经透镜(6)、(7)调整为近似平行光束照射样品(8)，根据光束调整积分球(9)位置接收透射或反射光束，采集光由光纤导向光栅(11)分光，经过反射光路(12)分散后，投向阵列光电转换器(13)，经模数转换(17)得到测量数据，数据由PC机(18)处理后得到测量结果。其中，样品放置平台由垂直升降台(14)和角位移台(15)组成，积分球(9)通过连接杆(16)连接角位移台(15)作角位移调整。测量装置的特征在于：结合光栅(11)和阵列光电转换元件(13)设计的后置分光光路设计，可以不经过前置分光单色系统，一次完成设定波长范围内的光度测量。
2、根据权利要求1所述的光学元件快速测量装置，其特征在于光源(2)通过导光透镜(3)和出射透镜(5)经过光纤(4)，然后再经透镜(6)、(7)形成近似平行光束，光束照射样品(8)后经积分球(9)采集后分光测量的光路处理和设计方法。
3、根据权利要求1所述的光学元件快速测量装置，其特征在于可以依据波长选择卤钨灯或氘灯作为光源。
4、根据权利要求2所述的光学元件快速测量装置，其特征在于采光积分球(9)通过连接杆(16)与角位移平台(15)连接，实现2.5°～357.5°范围的角位移移动，以及固定的角位移平台(15)中结合垂直升降台(14)设计保持样品(8)固定摆放。
5、根据权利要求1所述的光学元件快速测量装置的测量方法，其特征在于包括如下步骤：
1)在样品放置平台上先不放置任何光学元件，对测量装置进行校零；
2)在样品放置平台上放置一件需要测量的光学元件，调整积分球(9)的位置使其能够接受到经过光学元件后的透射光线，从而快速地在数据处理系统得到所需测量的透射光学参数结果；
3)重复步骤2，调整积分球(9)的位置，可以相应得到反射和散射的光学参数结果。
6、根据权利要求5所述的测量的方法，其特征在于数据处理系统可以在1ms-65s之间灵活调节所测量光学元件的检测时间，达到不同的测量精度效果。
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2009
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