CN111239066A - 一种光学测试系统 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种光学测试系统，涉及光学测试技术领域。该光学测试系统包括聚焦透镜、双开口积分球和第一光谱仪，所述聚焦透镜设置于所述双开口积分球前方，用于聚焦预设光；所述双开口积分球设置有上开口和下开口，所述双开口积分球的上开口与所述聚焦透镜相对，所述双开口积分球的下开口设置于所述聚焦透镜和所述双开口积分球的上开口的延长线上；所述第一光谱仪与所述双开口积分球连接，用于收集所述双开口积分球的数据，并测量测试样品的透射率或反射率。该光学测试系统可以实现保证测试速度和测试精度的同时简化结构，减小设备体积的技术效果。
Description
技术领域
本申请涉及光学测试技术领域，具体而言，涉及一种光学测试系统。
背景技术
目前，在自动化光学检测设备领域中，单独的透过率测试和反射率测试技术已经比较成熟，可对不同的介质材料测量在不同环境下的透反射数值，也可用多种角度的入射光进行介质的多角度透反射测量；而采取透反射率同测，可进一步的提高测试速度，且对于自动化设备来讲，可节省很大一部分占用空间，节省制作成本。现有市面上的透反射同时测试仪器的体积仍然较大，且结构复杂，在空间占用及对样品测试方式上产生了很大的局限性。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种光学测试系统，该光学测试系统可以实现保证测试速度和测试精度的同时简化结构，减小设备体积的技术效果。
本申请实施例提供了一种光学测试系统，包括聚焦透镜、双开口积分球和第一光谱仪，所述聚焦透镜设置于所述双开口积分球前方，用于聚焦预设光；所述双开口积分球设置有上开口和下开口，所述双开口积分球的上开口与所述聚焦透镜相对，所述双开口积分球的下开口设置于所述聚焦透镜和所述双开口积分球的上开口的延长线上；所述第一光谱仪与所述双开口积分球连接，用于收集所述双开口积分球的数据，并测量测试样品的透射率或反射率。
在上述实现过程中，单独的透过率测试和反射率测试技术已经比较成熟，可对不同的介质材料测量在不同环境下的透反射数值，也可用多种角度的入射光进行介质的多角度透反射测量；而采取透反射率同测，可进一步的提高测试速度，且对于自动化设备来讲，可节省很大一部分占用空间，节省制作成本。现有市面上的透反射同时测试仪器的体积仍然较大，且结构复杂，在空间占用及对样品测试方式上产生了很大的局限性。
进一步地，所述测试样品设置于所述双开口积分球的上开口，所述双开口积分球的下开口关闭，所述预设光透过所述测试样品照射在所述双开口积分球内，所述第一光谱仪测量所述测试样品的透射率。
在上述实现过程中，测试样品设置于双开口积分球的上开口，且此时双开口积分球的下开口关闭；因此，预设光从聚焦透镜出射后，照射到测试样品的表面上，再透过测试样品并进入双开口积分球的内部，第一光谱仪在收集双开口积分球的数据后，即可测量测试样品的透射率。
进一步地，所述测试样品设置于所述双开口积分球的下开口，所述预设光经过所述双开口积分球的上开口照射所述测试样品，并经所述测试样品反射在所述双开口积分球内，所述第一光谱仪测量所述测试样品的反射率。
在上述实现过程中，测试样品设置于双开口积分球的下开口，且此时双开口积分球的上开口开通；因此，预设光从聚焦透镜出射后，经过双开口积分球的上开口，再照射到测试样品的表面，然后经过测试样品的表面反射后，由双开口积分球的内壁收集；从而，第一光谱仪在收集双开口积分球的数据后，即可测量测试样品的反射率。
进一步地，所述系统还包括单开口积分球和第二光谱仪，所述单开口积分球设置于所述双开口积分球的下方，所述单开口积分球的开口设置于所述双开口积分球的上开口和下开口的延长线上；所述第二光谱仪与所述单开口积分球连接，用于收集所述单开口积分球的数据，并测量所述测试样品的透射率。
在上述实现过程中，通过增加单开口积分球和第二光谱仪，可以使该系统可以同时测量测试样品的反射率和透射率，从而极大地提高该光学测试系统的测试效率。
进一步地，所述测试样品设置于所述双开口积分球的下开口和所述单开口积分球的开口之间，所述预设光透过所述测试样品照射在所述单开口积分球内，所述第二光谱仪测量所述测试样品的透射率。
在上述实现过程中，预设光在聚焦透镜出射后，首先经过双开口积分球的上开口，然后经过双开口积分球的下开口，照射到测试样品的表面上；然后，预设光被分为两部分，一部分预设光被测试样品反射到双开口积分球的内表面，由第一光谱仪收集数据并测量测试样品的反射率；另一部分预设光透过测试样品，进入到单开口积分球的内表面，由第二光谱仪收集数据并测量测试样品的透射率。
进一步地，所述系统还包括光源，所述光源用于提供所述预设光。
在上述实现过程中，光源为一种可调单色光源，可以提供预设频率的预设光。
进一步地，所述系统还包括光纤，所述光纤与所述光源连接，用于传输所述预设光至所述聚焦透镜上。
在上述实现过程中，光纤用于传输预设光，且光纤具有频带宽、损耗低、重量轻、抗干扰能力强、保真度高、工作性能可靠以及成本低等优点。
进一步地，所述系统还包括光阑，所述光阑设置于所述聚焦透镜和所述双开口积分球的上开口之间。
在上述实现过程中，光阑可以用于限制预设光的光束大小。
进一步地，所述系统还包括反射板，所述反射板可设置于所述双开口积分球的上开口或下开口，用于提供测量所述测试样品的反射率或透射率时的亮参考数据。
在上述实现过程中，反射板可以提供测量所述测试样品的反射率或透射率时的亮参考数据。
进一步地，所述系统还包括电源，所述电源用于给所述第一光谱仪供电。
在上述实现过程中，电源给第一光谱仪供电，从而使第一光谱仪可以正常运行。
本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种光学测试系统的示意性框图；
图2为本申请实施例提供的一种光学测试系统的示意性结构图；
图3为本申请实施例提供的一种光学测试系统的示意性结构图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本申请实施例提供了一种光学测试系统，可以应用于对测试样品的反射率或透射率测试过程当中；该光学测试系统通过采用双开口积分球，其中双开口积分球具有上开口或下开口，当把测试样品置于双开口积分球的上开口或下开口时，可测量测试样品的透射率或反射率，实现单个设备同时具备测量透射率和发射率的功能，从而可以实现保证测试速度和测试精度的同时简化结构，减小设备体积的技术效果。
请参见图1，图1为本申请实施例提供的一种光学测试系统的示意性框图，该光学测试系统包括聚焦透镜100、双开口积分球200和第一光谱仪300。
示例性地，聚焦透镜100设置于双开口积分球前方，用于聚焦预设光。
示例性地，聚焦透镜属于梯度折射率透镜。具有端面聚焦和成象的特性，以及其具有圆柱状的外形特点，因而可以应用于多种不同的微型光学系统中。聚焦透镜有5种基本类型：即平凸、正凹凸、非球面、衍射和反射透镜。另外，硒化锌平凸透镜、正凹凸透镜、非球面镜和衍射光学系统都是通常使用的透射型透镜。通过正确选择透镜种类，几乎可实现任何尺寸的焦斑。非球面和衍射透镜可产生最小焦斑。要求较低或需要较长焦距的应用可采用平凸或正凹凸形透镜。平凸和凹凸形透镜是最经济有效的透镜。
示例性地，双开口积分球200设置有上开口和下开口，双开口积分球200的上开口与聚焦透镜相对，双开口积分球200的下开口设置于聚焦透镜100和双开口积分球200的上开口的延长线上。
示例性地，积分球是一个内壁涂有白色漫反射材料的空腔球体，又称光度球，光通球等。积分球的球壁上开一个或多个窗孔，用作进光孔和放置光接收器件的接收孔。其中，积分球的内壁是良好的球面，且相对于理想球面的偏差应不大于内径的0.2％。球内壁上涂以理想的漫反射材料，也就是漫反射系数接近于1的材料。常用的材料是氧化镁或硫酸钡，将它和胶质粘合剂混合均匀后，喷涂在内壁上。氧化镁涂层在可见光谱范围内的光谱反射比都在99％以上，这样，进入积分球的光经过内壁涂层多次反射，在内壁上形成均匀照度。为获得较高的测量准确度，积分球的开孔比应尽可能小，开孔比定义为积分球开孔处的球面积与整个球内壁面积之比。
示例性地，第一光谱仪300与双开口积分球200连接，用于收集双开口积分球200的数据，并测量测试样品的透射率或反射率。
示例性地，光谱仪又称分光仪。其中，光谱仪是一种以光电倍增管等光探测器测量谱线不同波长位置强度的装置。一般地，光谱仪由一个入射狭缝，一个色散系统，一个成像系统和一个或多个出射狭缝组成。以色散元件将辐射源的电磁辐射分离出所需要的波长或波长区域，从而在选定的波长上(或扫描某一波段)进行强度测定。
在一些实施场景中，该光学测试系统应用于测量测试样品的反射率后透射率；该光学测试系统通过采用双开口积分球200，其中双开口积分球200具有上开口或下开口，当把测试样品置于双开口积分球200的上开口或下开口时，可测量测试样品的透射率或反射率，实现单个设备同时具备测量透射率和发射率的功能，从而可以实现保证测试速度和测试精度的同时简化结构，减小设备体积的技术效果。
请参见图2，图2为本申请实施例提供的一种光学测试系统的示意性结构图，该光学测试系统包括聚焦透镜100、双开口积分球200、第一光谱仪300、光源400、光纤500、光阑600和测试样品700。
可选地，该光学测试系统还包括光源400，光源400用于提供预设光。
在一些实施方式中，光源400为一种可调单色光源，可以提供预设频率的预设光。
可选地，该光学测试系统还包括光纤500，光纤500与光源400连接，用于传输预设光至聚焦透镜100上。
示例性地，光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。光纤的传输原理是“光的全反射”。具体地，光导纤维是由两层折射率不同的玻璃组成；内层为光内芯，直径在几微米至几十微米，外层的直径0.1～0.2mm；一般内芯玻璃的折射率比外层玻璃大1％。根据光的折射和全反射原理，当光线射到内芯和外层界面的角度大于产生全反射的临界角时，光线透不过界面，全部反射。此外，光纤具有频带宽、损耗低、重量轻、抗干扰能力强、保真度高、工作性能可靠以及成本低等优点。
可选地，该光学测试系统还包括光阑600，光阑600设置于聚焦透镜100和双开口积分球200的上开口之间。
示例性地，光阑是指在光学系统中对光束起着限制作用的实体。它可以是透镜的边缘、框架或特别设置的带孔屏。在该光学测试系统中，光阑600的作用可分两方面：限制光束或限制视场(成像范围)大小。一般地，光学系统中限制光束最多的光阑，称为孔径光阑，限制视场(大小)最多的光阑，称为视场光阑。由上可知，孔径光阑和视场光阑两者都是实物。决定光学系统的孔径光阑的一般规则是:从物点看光阑或光阑的像，由其中张角最小的那一个，来决定光学系统的孔径光阑。如果张角最小的是某光阑的像，则该光阑本身就是孔径光阑。
在一些实施方式中，双开口积分球200包括上开口210和下开口220。
可选地，在需要对测试样品700进行透射率测试时，测试样品700设置于双开口积分球200的上开口210，双开口积分球200的下开口220关闭，预设光透过测试样品照射在双开口积分球200内，第一光谱仪300测量测试样品700的透射率。
示例性地，在进行测试样品700的透射率测试过程中，测试样品700设置于双开口积分球200的上开口210，且此时双开口积分球200的下开口220关闭；因此，预设光从聚焦透镜100出射后，照射到测试样品700的表面上，再透过测试样品700并进入双开口积分球200的内部，第一光谱仪300在收集双开口积分球200的数据后，即可测量测试样品700的透射率。
可选地，在需要对测试样品700进行反射率测试时，测试样品设置于双开口积分球200的下开口220，预设光经过双开口积分球200的上开口210照射测试样品，并经测试样品投射在双开口积分球200内，第一光谱仪300测量测试样品的反射率。
在上述实现过程中，在进行测试样品700的反射率测试过程中，测试样品700设置于双开口积分球200的下开口220，且此时双开口积分球200的上开口210开通；因此，预设光从聚焦透镜100出射后，经过双开口积分球200的上开口210，再照射到测试样品700的表面，然后经过测试样品700的表面反射后，由双开口积分球200的内壁收集；从而，第一光谱仪300在收集双开口积分球200的数据后，即可测量测试样品700的反射率。
请参见图3，图3为本申请实施例提供的一种光学测试系统的示意性结构图。该光学测试系统包括聚焦透镜100、双开口积分球200、第一光谱仪300、光源400、光纤500、光阑600、测试样品700、单开口积分球800和第二光谱仪900。
应理解，聚焦透镜100、双开口积分球200、第一光谱仪300、光源400、光纤500、光阑600、测试样品700已在上文中进行详细说明，为避免重复，此处不再赘述。
示例性地，该光学测试系统还包括单开口积分球800和第二光谱仪900，单开口积分球800设置于双开口积分球200的下方，单开口积分球800的开口设置于双开口积分球200的上开口210和下开口220的延长线上；第二光谱仪900与单开口积分球800连接，用于收集单开口积分球800的数据，并测量测试样品700的透射率。
示例性地，通过增加单开口积分球800和第二光谱仪900，可以使该系统可以同时测量测试样品700的反射率和透射率，从而极大地提高该光学测试系统的测试效率。
可选地，第二光谱仪900在测量测试样品700的透射率的过程中，测试样品700设置于双开口积分球200的下开口220和单开口积分球800的开口之间，预设光透过测试样品700照射在单开口积分球800内，第二光谱仪900测量测试样品的透射率。
在一些实施场景中，双开口积分球200、第一光谱仪300、单开口积分球800和第二光谱仪900可同时使用，从而同时测量测试样品700的反射率和透射率。示例性地，测试样品700设置于双开口积分球200的下开口220和单开口积分球800的开口之间，从而，预设光在聚焦透镜100出射后，首先经过双开口积分球200的上开口210，然后经过双开口积分球200的下开口220，照射到测试样品700的表面上；然后，预设光被分为两部分，一部分预设光被测试样品700反射到双开口积分球200的内表面，由第一光谱仪300收集数据并测量测试样品700的反射率；另一部分预设光透过测试样品700，进入到单开口积分球800的内表面，由第二光谱仪900收集数据并测量测试样品700的透射率。从而，该光学测试系统可以实现同时测量测试样品的透射率和反射率的技术效果。
可选地，该光学测试系统还包括反射板，反射板可设置于双开口积分球200的上开口210或下开口220，用于提供测量测试样品700的反射率或透射率时的亮参考数据。
在一些实施方式中，该光学测试系统还包括电源，电源用于给第一光谱仪300供电。
可选地，该光学测试系统的电源还可以给第二光谱仪900以及光源400供电。
遮挡出光口获取暗参考，使光直接入射至下方积分球获取测透过率所需亮参考，水平放上标准反射板，使反射光入射到上方积分球获取测反射率所需亮参考，之后将样品水平放在图中下方积分球开口上，让透射光入射到下方积分球，反射光入射到上方积分球，即可同时获取样品的透反射数值，该结果数值由连于积分球的光谱仪呈现。
在一些实施场景中，结合图3，在进行反射率和透射率的同时测量时，由光源400出射的预设光光经过光纤500到聚焦透镜100，将预设光的光斑焦点聚焦于测试样品700的表面；光源400出射的预设光出射到双开口积分球200时，不接触双开口积分球200的内壁，直接照射到测试样品700的表面上；然后，通过但开口积分球800接受透射光获取透过率数值，预设光经过测试样品700反射后回到双开口积分球200，反射光接触到双开口积分球200的内壁，内部匀化后获得反射率数值。
此外，双开口积分球200离测试样品700可以达到非常近的距离，所以还能够对具有漫反射效应的测试样品700和具有自发光能力的测试样品700进行测量，提高该光学测试系统的泛用性。
在一些实施场景中，结合图2，此设计进行了简化，缩小了该光学测试系统所占用空间，在制作成本上省略了一个积分球和一个光谱仪。在功能上能做到可测量测试样品700的透反射、漫反射和自发光效应，区别在于，该设计不能同时测试透反射数值。
示例性地，结合图2，在测量测试样品700的透射率时，将白色标准反射板置于双开口积分球200的下开口220，因其表面材料与此积分球内壁材料相同，因此可作为下开口220的封口，获取测试透过率所需亮参考，测试时将测试样品700放置于上开口210的转接治具上，转接治具与双开口积分球200的上开口210平行，经第一光谱仪300处理后可获取-10～-5°的透过率数值(等同于5～10°)；
在测量测试样品700的反射率时，将标准反射板置于双开口积分球200的下开口220，获取测试反射率所需亮参考，测试时将测试样品700沿水平方向放置于下开口220，经第一光谱仪300处理后可获取5～10°的反射率数值。
在一些实施场景中，该光学测试系统应用于测量测试样品的反射率后透射率；该光学测试系统通过采用双开口积分球200，其中双开口积分球200具有上开口或下开口，当把测试样品置于双开口积分球200的上开口或下开口时，可测量测试样品的透射率或反射率，实现单个设备同时具备测量透射率和发射率的功能，从而可以实现保证测试速度和测试精度的同时简化结构，减小设备体积的技术效果。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (10)
1.一种光学测试系统，其特征在于，包括聚焦透镜、双开口积分球和第一光谱仪，
所述聚焦透镜设置于所述双开口积分球前方，用于聚焦预设光；
所述双开口积分球设置有上开口和下开口，所述双开口积分球的上开口与所述聚焦透镜相对，所述双开口积分球的下开口设置于所述聚焦透镜和所述双开口积分球的上开口的延长线上；
所述第一光谱仪与所述双开口积分球连接，用于收集所述双开口积分球的数据，并测量测试样品的透射率或反射率。
2.根据权利要求1所述的光学测试系统，其特征在于，所述测试样品设置于所述双开口积分球的上开口，所述双开口积分球的下开口关闭，所述预设光透过所述测试样品照射在所述双开口积分球内，所述第一光谱仪测量所述测试样品的透射率。
3.根据权利要求1所述的光学测试系统，其特征在于，所述测试样品设置于所述双开口积分球的下开口，所述预设光经过所述双开口积分球的上开口照射所述测试样品，并经所述测试样品反射在所述双开口积分球内，所述第一光谱仪测量所述测试样品的反射率。
4.根据权利要求3所述的光学测试系统，其特征在于，所述系统还包括单开口积分球和第二光谱仪，
所述单开口积分球设置于所述双开口积分球的下方，所述单开口积分球的开口设置于所述双开口积分球的上开口和下开口的延长线上；
所述第二光谱仪与所述单开口积分球连接，用于收集所述单开口积分球的数据，并测量所述测试样品的透射率。
5.根据权利要求4所述的光学测试系统，其特征在于，所述测试样品设置于所述双开口积分球的下开口和所述单开口积分球的开口之间，所述预设光透过所述测试样品照射在所述单开口积分球内，所述第二光谱仪测量所述测试样品的透射率。
6.根据权利要求1所述的光学测试系统，其特征在于，所述系统还包括光源，所述光源用于提供所述预设光。
7.根据权利要求6所述的光学测试系统，其特征在于，所述系统还包括光纤，所述光纤与所述光源连接，用于传输所述预设光至所述聚焦透镜上。
8.根据权利要求1所述的光学测试系统，其特征在于，所述系统还包括光阑，所述光阑设置于所述聚焦透镜和所述双开口积分球的上开口之间。
9.根据权利要求1所述的光学测试系统，其特征在于，所述系统还包括反射板，所述反射板可设置于所述双开口积分球的上开口或下开口，用于提供测量所述测试样品的反射率或透射率时的亮参考数据。
10.根据权利要求1所述的光学测试系统，其特征在于，所述系统还包括电源，所述电源用于给所述第一光谱仪供电。
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|---|---|---|---|
| CN202010122042.8A CN111239066A (zh) | 2020-02-26 | 2020-02-26 | 一种光学测试系统 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| CN111239066A true CN111239066A (zh) | 2020-06-05 |
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2020
- 2020-02-26 CN CN202010122042.8A patent/CN111239066A/zh active Pending
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