CN112005091B - 用于对光学材料的样品进行光学测试的设备和方法、以及操作性地连接至该设备的控制器 - Google Patents

Abstract

光学样品表征促进了在传播穿过具有比空气折射率高的折射率的涂覆玻璃板的光的全范围角度中的任意离散的角度处测量和测试比如透射率或反射率。可旋转组件包括具有中空部的筒体以及包括该中空部的接纳部。接纳部还容纳具有与筒体和涂覆板的折射率匹配的折射率的流体。光学光束垂直于筒体的表面被输入、行进穿过筒体、然后经过折射率匹配的流体穿过涂层、涂覆玻璃板、流体、筒体的另一侧部、并且被收集以进行分析。至少部分地由于围绕涂覆板的折射率匹配的流体，该板可以被旋转通过全范围角度(±90°等)以便对涂层进行全范围测试。

Description

用于对光学材料的样品进行光学测试的设备和方法、以及操 作性地连接至该设备的控制器

技术领域

本发明总体上涉及光学测试，并且具体地，本发明涉及对涂层的全范围测试。

背景技术

用于测量光学元件、特别是涂层的当前技术局限于较小的角度范围或者较小组的离散角度，以及/或者具有由于折射而存在重要问题。总的来说，测量的结果缺乏一致性和/或精确度。

发明内容

根据本实施方式的教示，提供了一种用于对光学材料的样品进行光学测试的设备，该设备包括可旋转组件和光学装置，其中，该可旋转组件包括：一般筒体，该一般筒体具有位于一般筒体的轴线上的中央的中空部，该中空部被尺寸成接纳光学材料的样品的至少芯部区域；转盘，该转盘与轴线对准并且能够操作成使可旋转组件绕一般筒体的高度轴线旋转；以及接纳部，该接纳部包括中空部，该接纳部被定尺寸成接纳光学材料的样品的至少一部分，并且该接纳部被密封以便接纳一定量的折射率匹配的流体，使得该流体围绕至少芯部区域并与至少芯部区域接触并且该流体与一般筒体接触，并且，光学装置：与轴线对准；包括提供与一般筒体的第一侧部处的表面区域垂直的光学光束的光学源；并且包括接收与一般筒体的第二侧部处的表面区域垂直的光学光束的光学检测器。

在可选的实施方式中，还包括：安装装置，该安装装置用于接纳光学装置并且能够调节成用于将光学源和光学检测器对准。在另一可选的实施方式中，还包括夹持机构，该夹持机构固定样品相对于接纳部的位置。在另一可选的实施方式中，还包括马达和编码器，马达操作性地连接至可旋转组件并且能够操作成使可旋转组件旋转；编码器操作性地连接至可旋转组件并且能够操作成提供至少与可旋转组件的旋转角度有关的位置信息。

在另一可选的实施方式中，一般筒体选自于包括下述各者的组：圆筒和棱柱。

在另一可选的实施方式中，一般筒体的折射率、样品的折射率以及流体的折射率基本相等。在另一可选的实施方式中，一般筒体和光学材料的样品由相同的光学透明的固体材料制成。在另一可选的实施方式中，一般筒体平行于一般筒体的高度轴线而基本对称。

在另一可选的实施方式中，一般筒体根据包括下述各项的组定位：静止、能够沿单个轴线旋转、能够沿多于一个的轴线旋转、能够在预定的角度范围内旋转、以及能够相对于样品的法线旋转±90度。在另一可选的实施方式中，样品的芯部区域是样品中的其中光束遇到样品并且样品的测试被执行所在的位置。

在另一可选的实施方式中，接纳部具有：在沿着一般筒体的筒体直径的方向上的接纳部宽度，该接纳部宽度小于筒体直径；以及非平行于接纳部宽度的接纳部厚度，该接纳部厚度介于一般筒体的第一侧部与第二侧部之间，并且，样品具有：在沿着筒体直径的方向上的板宽度，接纳部宽度大于该板宽度；以及非平行于板宽度的板厚度，接纳部厚度大于该板厚度。

在另一可选的实施方式中，接纳部宽度和板宽度基本平行地对准。在另一可选的实施方式中，接纳部构造成包含0.5立方厘米(cc)至50cc的流体。

在另一可选的实施方式中，样品选自于包括下述各者的组：玻璃板、涂覆玻璃板、薄膜偏振器、塑料偏振器以及四分之一波长滤光器。在另一可选的实施方式中，光学元件涂覆有涂层，该涂层用于操纵入射至样品的光。

在另一可选的实施方式中，“大部分”选自于包括下述各者的组：51％、80％、90％、95％、以及98％。

在另一可选的实施方式中，光学装置包括：准直光学元件，该准直光学元件对光学光束进行准备并将光学光束输入到一般筒体中，准直光学元件能够以至少两个自由度调节。在另一可选的实施方式中，光学光束的光学路径通过一般筒体和流体，并且光学路径的大部分穿过一般筒体。

根据本实施方式的教示，提供了一种操作性地连接至根据权利要求1的设备的控制器，该控制器构造成：开始垂直于一般筒体的第一侧部的表面区域输入光学光束；将一般筒体定位成使光束路径横穿经过一般筒体的第一侧部直到抵达中空部，然后从第一侧部穿过横穿到中空部中的位于样品的第一侧上的流体中、穿过样品、穿过位于样品的另一侧上的流体、进入一般筒体的第二侧部、横穿该第二侧部并且作为输出信号垂直于一般筒体的第二侧部的表面区域射出；以及启动通过光学检测器捕获输出信号。

在可选的实施方式中，控制器还构造成：在将一般筒体定位成使得样品相对于光束路径处于第一角度之后，使一般筒体旋转成使得样品相对于光束路径处于第二角度，并且重复捕获和旋转。

根据本实施方式的教示，提供了一种用于对光学材料的样品进行光学测试的方法，该方法包括以下步骤：提供用于对光学材料的样品进行光学测试的设备；垂直于一般筒体的第一侧部的表面区域输入光学光束；将一般筒体定位成使光束路径横穿经过一般筒体的第一侧部直到抵达中空部、然后从第一侧部横穿到中空部中的位于样品的第一侧上的流体、穿过样品、穿过位于样品的另一侧上的流体、进入一般筒体的第二侧部、横穿第二侧部并且作为输出信号垂直于一般筒体的第二侧部的表面区域射出；以及通过光学检测器捕获输出信号。

在可选的实施方式中，还包括以下步骤：在以样品相对于光束路径处于第一角度处进行所述定位之后，使一般筒体旋转成使得样品相对于光束路径处于第二角度，并且重复捕获和旋转。

在另一可选的实施方式中，还包括以下步骤：处理通过捕获而收集的数据以计算光学测试的结果。在另一可选的实施方式中，还包括以下步骤：在输入光学光束以横穿样品之前，通过将光学光束输入至没有样品的一般筒体而测量背景噪声。

在另一可选的实施方式中，还包括以下步骤：在测量背景噪声之后并且在输入光学光束以横穿样品之前，通过使用具有与被涂覆的样品的折射率相同的折射率的未涂覆样品而测量未涂覆板。

根据本实施方式的教示，提供了一种非暂时性计算机可读存储介质，该非暂时性计算机可读存储介质具有嵌入其上的用于对光学材料的样品进行光学测试的计算机可读代码，该计算机可读代码包括用于执行下述步骤的程序代码：开始垂直于一般筒体的第一侧部的表面区域输入光学光束；将一般筒体定位成使光学路径横穿经过一般筒体的第一侧部直到抵达中空部、然后从第一侧部横穿到中空部中的位于样品的第一侧上的流体、穿过样品、穿过位于样品的另一侧上的流体、进入一般筒体的第二侧部中、横穿该第二侧部并且作为输出信号垂直于一般筒体的第二侧部的表面区域射出；以及启动通过光学检测器捕获输出信号。

附图说明

在本文中参照附图仅通过示例的方式对实施方式进行描述，在附图中：

图1A是用于全范围光学样品表征(测试)的设备的草图。

图1B是设备的截面图的简图。

图2是筒体的俯视图的简图。

图3是筒体的侧视图的简图。

图4是在测试期间的筒体的俯视图的简图，其中，涂覆板被旋转。

图5A是用于测试光学样本的透射率的槽室机架设备的简图。

图5B是槽室机架设备的截面图的简图。

图6A是用于光学样品表征的方法的流程图。

图6B是使用用于光学样品表征的测试方法的测试顺序的流程图。

图7A是透射率(y轴)相对于角度(x轴)的曲线图。

图7B是图7A的透射率曲线图的特写(放大)图。

图8是示例性控制器的高级部分框图。

具体实施方式

详细描述—设备—图1A至图4

参照附图及所附描述可以更好地理解根据本实施方式的设备和方法的原理和操作。本发明是用于光学样本表征的设备和方法。该发明促进了通过具有比空气高的折射率的玻璃的光传播的角度的全范围的测量和测试。

总体而言，创新的可旋转组件包括具有中空部的玻璃筒体。该中空部是可旋转组件中的接纳部的一部分。接纳部针对各种尺寸的经涂覆的玻璃板定尺寸。接纳部还容纳具有与玻璃筒体的折射率匹配的折射率的流体。光束从测试源经由准直光学元件传播、垂直(90度)于筒体的表面而进入、穿过筒体、然后经由折射率匹配的流体穿过涂层、(经涂覆的)玻璃板、流体、筒体的另一侧、并且被收集以进行分析。至少部分地由于围绕涂覆板的折射率匹配的流体，该板可以被旋转通过针对对涂层的全范围测试中的任意离散角度的全范围角度(±90°等)。优选地，筒体和板由相同的材料制成，因此具有匹配的折射率。示例性的典型材料是BK7玻璃，然而，该示例并非是限制性的，并且可以测试其他玻璃和除玻璃以外的其他材料。该设备和方法还可以用于直接地测量涂覆板的反射率。

当前的装置和方法不足以在玻璃的入射角度的全范围内对当前的和预见的涂层进行表征。常规的技术不足以满足目前的要求。需要一种技术来实施对涂层的最大、优选地全范围角度的测量。在该文件的上下文中，术语“全范围”一般是指相对于正被测试的涂覆板的法向的180°或±90°的范围。对于特定的实现方式，该全范围可以不同于±90°。相比之下，常规的测量技术通常测量仅在空气中的离散角度的范围。例如，将利用可选的专用模块得到的空气中的70°透射角和空气中的45°反射角添加至标准的单束分光光度计或双束分光光度计。对于在玻璃中的测量，常规的方法是将涂层组装在棱镜组件中并且然后在直至±5°的范围内测量性能。测量角度受限于组件中棱镜的角度(±5°)。

与光行进穿过材料的路径的全内反射(TIR)和依赖性有关的斯涅耳定律限制了正被测量的板的入射角。例如，考虑一束光从示例玻璃移动至空气。临界角θ_ct是玻璃中的入射角θ₁的值，对于该入射角，空气中的出射角θ₂等于90°，即，示例玻璃的折射率n₁和空气的折射率n₂分别接近1.52和1，使用关于光从一种光学介质横穿至另一光学介质的斯涅耳定律得出～41°的值。因此，空气中的测量无法效仿在玻璃中的大于～41°的角度的测量。

为了简单起见，如根据上下文将明显的，在本说明书中，术语“涂覆板”也可以称为“板”或“涂层”。当前的典型板尺寸包括70mm×70mm(毫米)和60mm×30mm。在该文件的上下文中，术语“涂覆板”一般是指具有在该板的表面上的光学涂层的板。涂层通常是多层薄膜。在本说明书中一般使用涂覆玻璃板，但是涂覆玻璃板并非是限制性的，并且可以使用其它材料和形状。总体而言，板可以是允许光源与光检测器之间的自由的、非散射的光学路径的任意的非空气的形状。测试设备可以测量光学材料的任意样品(样品、光学元件)比如薄膜或者塑料偏振器、四分之一波长滤光器等。光学滤光器(涂层)用于将入射光(入射至涂覆板)操纵成指定的反射、透射、吸收、偏振等。为了测试(探测和测量)涂层和/或将涂层的实际性能与涂层的指定所需性能进行比较，使用光学测量。

当前描述中的设备和方法的实施方式可以用于表征、测量和测试。该设备可以被实施成用于各种功能，包括对涂覆装置和涂覆过程(对材料比如玻璃板进行涂覆)的验收测量。在本文献中为了简单起见，使用了术语“测试”，但该术语不应当被视为是限制性的。

现在参照附图，图1A是用于全范围光学样品表征(测试)的设备的简图，图1B是该设备的截面图的简图。测试设备400在本文的上下文中总体上称为“机架”(jig)。测试设备400保持正被测试的板、支承结构，并对这些元件进行引导，从而提供测试中的重复性、精确度和可互换性。测试设备400包括基部402，各种其它元件安装至基部402。正被测试的示例性光学材料是涂覆板102，该涂覆板102位于可旋转组件中的接纳部110中。该可旋转组件包括筒体100和转盘。筒体100包括中空部111。转盘可以由底部部分406实施，底部部分406具有与马达408A连接的马达附接区域408B。接纳部110填充有折射率匹配的流体112。可以使用定位销410以将筒体100夹持在顶部部分404与底部部分406之间。用于流体112的示例性侧向限制部被示出为肋100S。测试光源4将光学输入信号经由可选的输入线缆6F提供至准直光学元件6。准直光学元件6对输入信号进行准备以便输入到可旋转的筒体100中。输出光学元件106将可选的输出线缆104F馈送至输出光收集器(光学检测器)104。

为了便于参照，可旋转筒体100在本文的上下文中称为筒体100。可旋转筒体100通常是对于光学光束透明的固体材料。筒体100的形状总体上可以是被数学领域中的一些作者称为“一般筒体”的形状。一般筒体被定义为包括作为筒体形式的棱柱的固体类别。因为接纳部110可以形成在圆筒或棱柱中，因此我们使用术语“一般筒体”来包括使用圆筒或棱柱的实施方式。例如，圆筒的圆形表面在保持光学输入和输出基本垂直于筒体100的表面的同时允许任意旋转角度用于筒体(并因此用于测量涂覆板102)。如果例如将仅需要5个或10个离散的测量结果，则可以使用10个边或20个边的多边形圆周形状，并且马达被限制成以18度或9度步进。更一般地，筒体100的形状可以是允许从光学光源4至光学检测器104的自由的、非散射的光学路径的任意的、非空气的形状。基于该说明，本领域中的技术人员将能够对应地设计其它的设备和系统零件。

筒体100可以是固定的、可以沿单个轴线旋转或者可以沿一个或更多个轴线旋转以使板102移动，从而用于对该板的各种入射角和区域进行测试。当前的描述和附图仅是正在绕固定的轴线(筒体的高度轴线)旋转的筒体100。基于本说明书，本领域中的技术人员将能够设计和实现板102的多个方向的运动中的一个方向的运动和测试。

为了便于参照，输入信号示出为从附图中的左侧进入筒体100并且对应标示的第一侧部是筒体的左侧部100L。标示的第二侧部是筒体的邻近于输出光学元件106的右侧部100R，其中，输出光学元件106将光学输出线缆104F馈送至输出光收集器104。对于本领域中的技术人员将明显的是，筒体100一般是基本对称的。筒体100可以水平地旋转，并且筒体的左侧部100L和右侧部100R可以互换。在非限制性示例中，筒体100可以被实施为单个件(单件玻璃)，该单个件具有位于接纳部110的中心的中空部111。在这种情况下，筒体的左侧部100L和筒体的右侧部100R是相同件的相反两侧。中空部111可以延伸筒体的整个高度(顶部至底部)，或者中空部111可以延伸筒体的部分高度，例如从而在筒体中形成凹穴。在另一非限制性示例中，筒体100可以由两个件形成，即第一件和第二件，第一件是筒体的第一侧部、即左侧部100L，并且第二件是筒体的第二侧部、即右侧部100R。

准直光学元件6和输出光学元件106优选地能够以至少两个自由度调节以允许对光束的调节、最初的以及随后的校准。例如，准直光学元件6和输出光学元件106可以沿着光束路径的x轴和y轴调节±0.5mm。

为了便于参照，折射率匹配的流体112在本文的上下文中称为“流体112”。优选地，流体112具有与筒体100的玻璃的折射率匹配的折射率。优选地，筒体100和板102由相同的材料制成(因此各自的折射率匹配)。就折射率的特定匹配以及元件的折射率之间的差的范围而言，本领域中的技术人员将意识到可容许的公差。

输入线缆6F和输出线缆104F是典型的光学纤维，但是也可以是根据实现方式的细节的任意适合的传输介质。

测试设备400通常包括用于支承和安装各种筒体100的顶部部分404和底部部分406。定位销410可以用来将顶部部分404附接至底部部分406，从而将筒体100夹持在顶部部分与底部部分之间，进而便于替代的筒体100、顶部部分404和底部部分406被使用。例如，顶部部分404可以更换为包括不同尺寸和/或构型的接纳部的第二顶部部分，以测试不同的板。或者例如，由具有第一折射率的第一材料构成的用于测试具有第一折射率的板的筒体可以被由具有第二折射率的用于测试具有第二折射率的板的第二材料构成的筒体替换。在另一示例中，筒体、顶部部分和底部部分全部都由替代性的元件替换，这些替代性的元件具有(形成)用于测试较厚的板的较宽的/较厚的接纳部，或者这些替代性的元件用于形成用于测试不同形状、例如圆形的光学样品的不同形状的接纳部。

筒体100可以通过各种方式被旋转。在当前附图中，示例性的马达附接区域408B设置在底部部分406的底部处，并且该马达附接区域408B还示出为已连接有马达408A。在这种情况下，马达408A与底部部分406典型组合而用作使筒体100绕筒体100的高度轴线旋转的整体转盘。筒体100和转盘形成可旋转组件。旋转可旋转组件使筒体100旋转，从而使接纳部110和样品(涂覆板102)旋转。在当前附图中，控制器800操作性地连接至马达408A，并且为了清楚起见而未在所有附图中示出。操作性地连接至可旋转组件的编码器未在附图中示出。编码器提供了至少与可旋转组件的旋转角度有关的位置信息，因此涂覆板102的相对于筒体100的轴线的位置以及涂覆板102的相对于与涂覆板102的法线有关的角度(光学样品正被测试)的位置是已知的。如本领域中已知的，位置编码器可以是马达408A的一部分或者是单独的部件。

为了反射率测量，输出光学元件106通常安置成处于与附图中所示的角度不同的角度，以收集从处于测试中的板102反射的光束。

基部402提供了根据特定的测试构型而用于各种机架部件比如为马达408A、马达附接区域408B、底部部分406并且用于接纳、调节和对准光学布置结构(光学测试光源4、输入线缆6F、准直光学元件6、输出光学元件106、输出线缆104F和输出光收集器104)的安装布置结构。

现在参照附图，图2是筒体100的俯视图的简图。可选的输入线缆6F和可选的输出线缆104F未在当前附图中示出。测试光源4向准直光学元件6提供光学输入信号。类似的，输出光学元件106向输出光收集器104馈送。可选地，光学输入信号经由在固定的透镜之后或之前的偏振器和90°±1°旋转设备输入。涂覆板102安装在接纳部110中并且被流体112包围。在当前的俯视图中，未示出用于流体112的侧向限制部。基于当前的描述，本领域中的技术人员将能够例如通过使用围绕筒体100延伸的顶部部分404来设计和实施用于流体的适当的限制部。控制器800通常操作性地至少连接至测试光源4和输出光收集器104。

板102具有水平地(在当前附图的页面上沿着筒体100的轴线从上到下)示出为板宽度102W的第一尺寸和示出为板厚度102T(在当前附图的页面上从左到右)的第二尺寸。类似地且相应地，接纳部110具有示出为接纳部宽度110W(在当前附图的页面上沿着筒体100的轴线从上到下)的第一尺寸和示出为接纳部厚度110T(在当前附图的页面上从左到右)的第二尺寸。接纳部宽度110W可以根据用于流体112的侧向限制部的实现方式的尺寸稍微地小于筒体100的直径100W。如上面提到的，在当前附图中未示出侧向限制部，并且接纳部宽度110W示出为与筒体100的直径100W相同的尺寸。接纳部厚度110T是筒体的左侧部100L与筒体的右侧部100R之间的距离。替代性地，接纳部宽度110W可以是与筒体直径100W不同的尺寸，例如，接纳部宽度110W小于筒体直径100W。

通常，板102和接纳部110基本平行，即，板的宽度(板宽度100W)和接纳部的宽度(接纳部宽度110W)是对准的。接纳部110的侧部(接纳部的边缘，所述边缘远离于接纳部110的用于执行对板102的测量的区域)通常是平行的，但不必须是平行的。根据所需的特定测量，接纳部的位于接纳部的边缘处的侧部之间的距离可以比接纳部的执行测量所在的芯部区域110C中的侧部之间的距离更近或者优选地更远。也被称为“临界区域”的芯部区域110C是涂层被测试的位置、即为光束遇到涂覆板102的位置。通常，芯部区域110C是较小的，并且接纳部110的剩余区域可以被主要地设计成支承样品测试板102。典型的芯部区域110C包括±10mm的最小的限定的筒体测量区域。

测试设备400的当前实施方式的特征在于，接纳部110与槽室机架500的槽室5100相比是较小的。下面参照图5A的槽室机架500对使用流体槽室的替代性实施方式进行描述。槽室5100通常保持300cc(立方厘米)至2000cc的流体。常规的槽室需要最少300cc的流体，否则流体的液位低于光源输入和输出，并且测量将在空气(而非流体)中进行。通常，槽室的容积是大约500cc至600cc。

相比之下，接纳部110通常保持0.5cc至50cc的流体。接纳部110能够在一个或更多个尺寸上被调节，以容纳各种尺寸的板102。测试设备400的当前实施方式的另一特征在于，筒体100(作为可旋转组件的一部分)被旋转，因此，将被测试的样品、即涂覆板102相对于流体112和接纳部110是静止的。相比之下，在槽室机架500中，样品(涂覆板102)在折射率匹配的流体内、即在槽室5100内旋转。由于流体112的高黏度，板102在槽室机架500中的流体112中的旋转引起流体112中的扰动，而该扰动又影响测得的光谱。该问题至少部分的由筒体100的用户解决。

现在参照附图，图3是筒体100和底部部分406的截面侧视图的简图。板102具有竖向地(在当前附图的页面上沿着筒体100的高度轴线从上到下)示出为板高度102H的第三尺寸。类似地且相应地，接纳部110具有示出为接纳部高度110H的第三尺寸。接纳部高度110H可以是与筒体100的筒体高度100H相同的尺寸。替代性地，接纳部高度110H可以是与筒体高度100H不同的尺寸。例如，接纳部高度110H可以小于筒体高度100H,以在筒体的左侧部100L与筒体的右侧部100R之间的中空部111中、在中空部111的底部处实现流体限制部的实施(密封)。或者例如，接纳部高度110H可以大于筒体高度100H(如当前附图中所示)并且底部部分406在接纳部110的中空部的底部处(在中空部的下方)提供密封。

现在参照附图，图4是在测试期间的筒体100的俯视图的简图，其中，涂覆板102被旋转。在该非限制性示例中，涂覆板102已经从上面的附图中所示的开始位置顺时针旋转了将近90°。

如当前附图中可以看到的，在该情况下为光学光的光束420(作为测试信号)由测试光源4以420A提供(可选的输入线缆6F未示出)。所提供420A光束通过准直光学元件6被准备和准直，并且然后垂直于可旋转的筒体100的表面区域以420B被输入。筒体100的形状的精度可以由对板102上的涂层进行测量所需的精度确定。光束以420C经由筒体的左侧部100L行进直到抵达接纳部110。光束(以420D至420E)从筒体的左侧部100L横穿到接纳部110中的流体112中、通过涂覆玻璃板102(应指出，玻璃板上的涂层未示出)、通过位于板102的另一侧的流体112并以420E进入筒体的右侧部100R中。

然后，信号以420F横穿筒体的右侧部100R并且以420G垂直于可旋转的筒体100的表面射出。输出光学元件106将输出信号以420H传递至输出光收集器104(可选的输出线缆104F在当前附图中未示出)。

由于筒体仅具有一个周向表面，因此对输入光学光束和射出/输出光学光束的参照是对该表面的不同区域或区段的参照。相应地，如在页面上所示的附图中可以看到的，筒体的第一侧部和第二侧部是方向上的参照。详细描述—替代性设备—图5A至图5B

现在参照附图，图5A是用于测试光学样品的透射率的槽室机架设备的简图，并且图5B是槽室机架设备的截面图的简图。测试槽室机架设备500在本文的上下文中总体上称为“槽室机架”500。类似于测试设备(机架)400，槽室机架500保持正被测试的板、支承结构并对这些元件进行引导。槽室机架500包括基部5402，各种其它元件安装至基部5402。正被测试的涂覆板102位于槽室5100中的板安装件5110中。槽室5100是槽室机架500的构建成容纳流体的区域。槽室5100是槽室机架500的被设计为流体限制部区域的内部的、中空的空间。槽室5100填充有折射率匹配的流体112(未在当前附图中示出)。测试光源4将光学输入信号经由可选的输入线缆6F(未示出)提供至准直光学元件5006。准直光学元件5006将输入信号准直(准备和聚焦)到槽室5100中。

板安装件5110可以通过各种方式被旋转。在当前附图中，在槽室机架500的顶部处设置有示例性的马达附接区域5408B，并且该马达附接区域5408B还示出为已连接马达5408A。

如图5B中可以看到的，在该情况下为光学光的光束5420由测试光源4以5420A提供。所提供5420A光束通过准直光学元件5006被准备和放大(expand)并横穿到槽室5100中的流体112中。然后光束以5420C行进通过槽室5100中的流体112、通过涂覆玻璃板102(应指出，玻璃板上的涂层未示出)、以5420F通过(板102的)另一侧的流体112。由于槽室5100填充有折射率匹配的流体112，光束横穿通过槽室机架500是基本无反射的。然后信号以5420E从流体112射出至输出光学元件5106，该输出光学元件5106将输出信号以5420H馈送至输出光收集器104。

槽室机架500显示为具有可选的前部窗口5130F和后部窗口5130B，该前部窗口5130F和后部窗口5130B允许内部槽室5100、板安装件5110、涂覆板102和其它部件被观察。

测试设备(机架)400和槽室机架500两者都可以包括可选的、附加的、以及替代性的构型。在一种替代方案中，机架可以适于包括真空件、比如真空罩，以从流体112中抽吸溶解的空气。在另一替代方案中，可以使用机械的和/或其他的增强件来处理和防止机架中的晃动。硬性固定(刚性布线)可以用于光学纤维。接纳部110和板安装件5110能够被调节，以容纳各种尺寸的板102。如上面关于定位销410描述的，机架、顶部部分404和底部部分406是能够被拆卸的(以可移除的方式附接)，以便于用不同折射率的筒体替代以及操作(例如，样品放置和清理)的方便性。

用于机架的另外的替代方案可以包括用以覆盖整个机架的暗(不透光)箱、用于测试板的用以避免将板102刮擦的动态的接纳部、包括发动机和驱动器的旋转台、内部清洁选项、气泡抽吸件(滞留区域)、以及样品板挤压器。

详细描述-方法-图6A至图7B

现在参照图6A，图6A是光学样品表征的方法的流程图。如下面以测试顺序描述的，当前的方法可以与测试设备(机架)400和槽室机架500两者一起使用。用于光学样品表征的测试方法610以步骤600开始、即垂直于筒体100提供光束420。如对于本领域中的技术人员根据本说明书的上下文将清楚的是，光束通常是光学光束，称为“输入光”，或者简称为“光”。以垂直于筒体100以一常量提供光促使光的大部分耦合到筒体100中，使得在进入筒体时没有损失光或者损失最少的光。示例性的涂层包括使可见光谱的一部分透射并使可见光谱的另一部分反射的滤光器、使一种偏振态透射并使另一偏振态反射的偏振滤光器、或者吸收部分可见光的吸收涂层。

在步骤601中，使用可选的构型，如下面所描述。

在步骤602中，输出光在横穿筒体100、接纳部110和板102之后被收集，如上面所描述。输出光例如可以利用光谱仪来收集。

在步骤604中，使板102旋转。使板旋转至多少度取决于正在进行的测试和所期望的测量的特定要求。示例性的旋转包括0.5°和1°。在使板旋转之后，可以以新的已知的角度再次收集输出光(步骤602)。这个旋转并收集的循环可以根据必要重复，以在待检测的期望的角度范围内收集数据(步骤604返回至步骤602)。

在步骤606中，可以根据收集的数据执行可选的计算(处理、信号处理)。一种示例性的计算是涂层的透射率，涂层的透射率可以使用以下公式计算：

T＝(Is-Id)/(Ir-Id)

其中：

“T”是涂层的透射率，

“Is”是测得的光信号的光功率，

“Id”是没有任何输入光的情况下所得到的光功率的‘暗’测量值，

以及，

“Ir”是未经涂覆的玻璃板的光功率测量值。

在步骤608中，可以可选地显示收集和处理的结果。

现在参照图6B，图6B是使用上面描述的用于光学样品表征的测试方法610的测试顺序620的流程图。典型的测试顺序620以测量背景噪声622、也称为测量暗噪声开始。步骤622使用了测试方法610，并且在可选的构型步骤601中，通过针对以下测量顺序选择偏振位置来使用偏振器。

接着，执行对未涂覆板624的测量。步骤624使用了测试方法610，其中，板102是未涂覆板(未涂覆有涂层)。未涂覆板应当具有与待测试的涂覆板102相同的折射率，通常，未涂覆板和涂覆板由相同的材料制成。在所有所需的角度处、即遍及涂覆板102所需的全范围角度对未涂覆板进行测试。

在步骤626中，在对涂覆板进行表征之后，执行对涂覆板102的测量。正常情况下，通过曾用于测试未涂覆板的全范围角度对涂覆板102进行测试。

现在参照图7A和图7B，图7A示出为透射率(y轴)相对于角度(x轴)的曲线图，并且图7B示出了图7A的透射率曲线图的特写(放大)图。总体上，通过水平定向的曲线表明了涂层是成功的，从而表明在一定范围的角度内，该涂层具有一致的透射率。透射率(所提供的光的量减去所收集的光的量)可以具有s偏振或p偏振。

详细描述—控制器—图8

图8是示例性控制器800的高级部分框图，该示例性控制器800构造成实施本发明的用于光学样品表征的方法610。控制器(处理系统)800包括处理器802(一个或更多个)和四个示例性存储装置：随机存取存储器(RAM)804、引导只读存储器(ROM)806、大容量存储装置(硬盘)808和闪速存储器810，处理器802和所述四个示例性存储装置全部经由共用总线812进行通信。如本领域中已知的，处理和存储器可以包括对软件进行存储的任意计算机可读介质和/或固件和/或任意硬件元件，所述任意硬件元件包括但不限于现场可编程逻辑门阵列(FPLA)元件、硬接线的逻辑元件、现场可编程门阵列(FPGA)元件和专用集成电路(ASIC)元件。可以在处理器802中使用任意指令集架构，包括但不限于精简指令集计算机(RISC)架构和/或复杂指令集计算机(CISC)架构。在大容量存储808上示出有模块(处理模块)814，但是，如对于本领域中的技术人员将明显是，该模块814可以位于存储器装置中的任一存储器装置上。

大容量存储装置808是承载用于实施本文中描述的测试方法的计算机可读代码的非暂时性计算机可读存储介质的非限制性示例。这种计算机可读存储介质的其它示例包括承载这种代码的只读存储器比如CD。

控制器800可以具有存储在存储器装置上的操作系统，ROM可以包括用于该系统的引导代码，并且处理器可以构造成用于执行该引导代码以将操作系统加载至RAM 804，从而执行操作系统以将计算机可读代码复制至RAM 804并执行该代码。

网络连接820提供了与控制器800的通信和来自控制器800的通信。通常，单独的网络连接提供了与本地和/或远程网络上的其它装置的一个或更多个联系、包括虚拟连接。替代性地，控制器800可以包括多于一个的网络连接(未示出)，每个网络连接提供与其它装置和/或网络的一个或更多个的联系。

控制器800可以被实施为通过网络分别连接至客户端或服务器的服务器或者客户端。

应当指出，上面描述的示例、使用的数字以及示例性的计算是为了协助对该实施方式的描述。无意的印刷错误、数学错误和/或使用简化的计算不会损害该发明的实用性和基本优点。

就所附权利要求已经起草为没有多重从属关系而言，这样做仅是为了适应不允许这种多重从属关系的司法管辖区的形式要求。应当指出，通过使权利要求多重从属而暗含的特征的所有可能组合都是明确设想的并且应当被认为是本发明的一部分。

将理解的是，上面的描述仅意在用作示例，并且在本发明的由所附权利要求所限定的范围内，许多其他实施方式是可能的。

Claims (23)

1.一种用于对光学材料的样品进行光学测试的设备，所述设备包括：

(a)可旋转组件，所述可旋转组件包括：

(i)一般筒体，所述一般筒体具有位于所述一般筒体的轴线上的中央的中空部，所述中空部被定尺寸成接纳所述样品的至少芯部区域，

(ii)转盘，所述转盘与所述轴线对准并且能够操作成使所述可旋转组件绕所述一般筒体的高度轴线旋转，以及，

(iii)接纳部，所述接纳部包括所述中空部，所述接纳部被定尺寸成接纳所述样品的至少一部分，并且所述接纳部被密封以便接纳一定量的折射率匹配的流体，使得所述流体围绕至少所述芯部区域并与至少所述芯部区域接触，并且所述流体与所述一般筒体接触，以及，

(b)光学装置：

(i)所述光学装置与所述轴线对准，

(ii)所述光学装置包括提供与所述一般筒体的第一侧部处的表面区域垂直的光学光束的光学源，并且，

(iii)所述光学装置包括接收穿过所述样品透射的并且与所述一般筒体的第二侧部处的表面区域垂直的所述光学光束的光学检测器，

其中，所透射的所述光学光束表明所述样品的取决于所述光学光束的入射角的透射率，

其中，所述样品呈板状光学元件的形式，

所述一般筒体是能够替换的并且以能够拆卸的方式被夹持于所述转盘，并且

所述样品涂覆有涂层，所述涂层用于操纵入射至所述样品的光。

2.根据权利要求1所述的设备，还包括：

安装装置，所述安装装置用于接纳所述光学装置并且能够调节成用于将所述光学源和所述光学检测器对准。

3.根据权利要求1所述的设备，还包括夹持机构，所述夹持机构固定所述样品相对于所述接纳部的位置。

4.根据权利要求1所述的设备，还包括：

马达，所述马达操作性地连接至所述可旋转组件并且能够操作成使所述可旋转组件旋转，以及，

编码器，所述编码器操作性地连接至所述可旋转组件并且能够操作成提供至少与所述可旋转组件的旋转角度有关的位置信息。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一般筒体选自于包括下述各者的组：圆筒和棱柱。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一般筒体的折射率、所述样品的折射率以及所述流体的折射率基本相等。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一般筒体和光学材料的所述样品由相同的光学透明的固体材料制成。

8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一般筒体平行于所述一般筒体的所述高度轴线而基本对称。

9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一般筒体根据包括下述各项的组定位：

(a)所述一般筒体是静止的，

(b)所述一般筒体能够沿单个轴线旋转，

(c)所述一般筒体能够沿多于一个的轴线旋转，

(d)所述一般筒体能够在预定的角度范围内旋转，以及

(e)所述一般筒体能够相对于所述样品的法线旋转±90度。

10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述样品的所述芯部区域是所述样品的其中光束遇到所述样品并且所述样品的测试被执行所在的位置。

11.根据权利要求1所述的设备，其中：

(a)所述接纳部具有：

(i)在沿着所述一般筒体的筒体直径的方向上的接纳部宽度，

所述接纳部宽度小于所述筒体直径，以及，

(ii)非平行于所述接纳部宽度的接纳部厚度，所述接纳部厚度介于所述一般筒体的第一侧部与第二侧部之间，并且，

(b)所述样品具有：

(i)在沿着所述筒体直径的方向上的板宽度，所述接纳部宽度大于所述板宽度，以及，

(ii)非平行于所述板宽度的板厚度，所述接纳部厚度大于所述板厚度。

12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述接纳部宽度和所述板宽度基本平行地对准。

13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述接纳部构造成用以容纳0.5立方厘米(cc)至50cc的流体。

14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述样品选自于包括下述各者的组：

(a)玻璃板，

(b)涂覆玻璃板，

(c)薄膜偏振器，

(d)塑料偏振器，以及，

(e)四分之一波长滤光器。

15.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光学装置包括：

准直光学元件，所述准直光学元件对所述光学光束进行准备并将所述光学光束输入到所述一般筒体中，所述准直光学元件能够以至少两个自由度调节。

16.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光学光束的光学路径穿过所述一般筒体和所述流体，并且所述光学路径的大部分穿过所述一般筒体。

17.一种操作性地连接至根据权利要求1所述的设备的控制器，所述控制器构造成：

(a)开始垂直于所述一般筒体的第一侧部的表面区域输入光学光束；

(b)将所述一般筒体定位成使光束路径横穿经过所述一般筒体的第一侧部直到抵达所述中空部、然后从所述第一侧部横穿到所述中空部中的位于所述样品的第一侧上的所述流体中、穿过所述样品、穿过位于所述样品的另一侧上的所述流体、进入所述一般筒体的第二侧部、横穿所述第二侧部并且作为输出信号垂直于所述一般筒体的所述第二侧部的表面区域射出，以及，

(c)启动通过所述光学检测器捕获所述输出信号。

18.根据权利要求17所述的控制器，所述控制器还构造成：

(a)在将所述一般筒体定位成使得所述样品相对于所述光束路径处于第一角度之后，

(b)使所述一般筒体旋转成使得所述样品相对于所述光束路径处于第二角度，以及，

(c)重复所述捕获和所述旋转。

19.一种用于对光学材料的样品进行光学测试的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)提供根据权利要求1所述的设备；

(b)垂直于所述一般筒体的第一侧部的表面区域输入光学光束；

(c)将所述一般筒体定位成使光束路径横穿经过所述一般筒体的第一侧部直到抵达所述中空部、然后从所述第一侧部横穿到所述中空部中的位于所述样品的第一侧上的流体中、穿过所述样品、穿过位于所述样品的另一侧上的所述流体、进入所述一般筒体的第二侧部、横穿所述第二侧部并且作为输出信号垂直于所述一般筒体的所述第二侧部的表面区域射出；以及，

(d)通过所述光学检测器捕获所述输出信号。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括以下步骤：

(a)在以所述样品相对于所述光束路径处于第一角度进行所述定位之后，

(b)使所述一般筒体旋转成使得所述样品相对于所述光束路径处于第二角度，以及，

(c)重复所述捕获和所述旋转。

21.根据权利要求20所述的方法，还包括以下步骤：处理通过所述捕获而收集的数据以计算所述光学测试的结果。

22.根据权利要求19所述的方法，还包括以下步骤：

(a)在输入所述光学光束以横穿所述样品之前，

(b)通过将所述光学光束输入至没有所述样品的所述一般筒体而测量背景噪声。

23.根据权利要求22所述的方法，还包括以下步骤：

(a)在所述测量背景噪声之后，并且

(b)在输入所述光学光束以横穿所述样品之前，

(c)通过使用具有与被涂覆的所述样品的折射率相同的折射率的未涂覆样品测量未涂覆板。