CN1444727A - 自动光学测量方法 - Google Patents

Abstract

按照本发明的自动光学测量方法，利用把可动的反射板6移至光轴位置，光投射部分3a经过可动反射板6、不动反射板11、和可动反射板6投射的光，被光接收部分3b接收，另一方面，利用把可动反射板6移离光轴和把参照物8放在样品台10上，光投射部分3a经过参照物8投射的光，被光接收部分3b接收，据此确定两次接收的光强的比值。在样品测量时，则把可动反射板6移至光轴位置，光投射部分3a投射的光，经过可动反射板6、不动反射板11、和可动反射板6投射的光，被光接收部分3b接收，于是，用由此接收的光强和上述比值，估算用参照物测量的光强，用该估算的光强来校正经过样品接收的光强。

Description

自动光学测量方法

技术领域

本发明涉及一种自动光学测量方法，它包括光投射部分及光接收部分，并适合把光投射部分的投射光投在样品上，以便测量从样品反射的光。

背景技术

测量多个被传送的样品的光反射率或透射率时，测量误差可能来自样品测量时出现的环境温度的变化、光源强度的变化、检测器灵敏度的变化、光纤曲率的变化，等等。因此，在样品输送前，或样品的输送在测量中有规则地暂停，进行参考物的测量。参考物测量是对放在光学测量系统光路中的参考反射部件上进行的。参考物的测量将改进包括光源和检测器的整个测量系统的测量精度。

但是，为了有规则地把作为参考物的参考反射部件放进测量光路，除了样品传送机构外，还需要自动传送该参考反射部件的机构。这一点会导致测量系统的配置变复杂和费用的增加。此外，为把参考反射部件放在测量位置和在参考物测量后又放回专用的位置，必须移开样品。该过程要消耗样品测量的部分时间，导致样品测量时间的缩减。结果导致时间的低效率使用。

发明内容

有鉴于前面所述情形，本发明的一个目的，是提供自动光学测量方法(1)和(2)，这些方法不必把参考反射部件放进测量光路，却能提供参考光强的估算，从而增加测量的精度。

(1)按照本发明的自动光学测量方法，一可动的反射单元可移动地放在样品台与光投射及接收部分之间的位置；把一不动的反射单元放在该样品台与可动反射单元相对的一侧；把可动反射单元移至光轴位置，则光投射部分投射的光，经过该可动反射单元、该不动反射单元、和该可动反射单元，被光接收部分接收；把可动反射单元从光轴移开，把参考物放在样品台上，于是，光投射部分投射的光，经过该参考物被光接收部分接收，据此确定两次接收的光强之比；最后，在样品测量过程中，把可动反射单元移至光轴位置，使光投射部分投射的光，经过可动反射单元、不动反射单元、和可动反射单元，被光接收部分接收，于是，可以用接收的光强和该比值，估算参考物放在测量位置时测量的光强，用该估算的光强校正经过样品接收的光强。

按照上述方法，利用可动反射单元及不动反射单元，与利用参考物测量的接收光强的比值，可以给出与系统变化无关的系统特有的常数，系统变化包括环境温度变化、光源光强的变化、检测器灵敏度的变化、光纤曲率的变化，等等。

在样品测量的过程中，利用可动反射单元及不动反射单元测量的光强，结合该比值，能够估算参考物放在测量位置时测量的光强。参考光强的估算，可以提供与测量时间内系统变化相对应的值。

利用参考光强的估算，可使要测量的样品光强不受系统变化的影响。

如上所述，本发明的自动光学测量方法，能在样品测量时估算参考光强，不必把作为参考物的参考反射部件放进测量光路。因此，尽管环境温度变化、光源光强变化、检测器灵敏度变化、光纤曲率变化等等，都能够对样品光强进行正确的测量。结果是测量系统检测精度的增加。

(2)按照本发明的自动光学测量方法，把一透明的或半透明的单元固定在样品与光投射部分到光接收部分的空间之间的位置，以便把光投射部分投射的光，部分地反射进光接收部分；利用不把参考物放在测量位置时光强的测量和把参考物放在测量位置时光强的测量，确定该单元反射的光强与测量的参考物反射光强之间的比值；最后，利用不把样品放在测量位置时光强的测量和由此确定的比值，估算样品测量时把参考物放在测量位置上测量的光强，用得到的估算校正经过样品接收的光强的测量。

按照上面的方法，该单元反射的光强与参考物反射的光强的比值，给出与光源光强变化或检测器灵敏度变化无关的系统特有的常数，即不把参考物放在测量位置时测量的光强，与把参考物放在测量位置时测量的光强的比值。

如果在样品测量时，用不把样品放在测量位置时测量的光强与该比值结合，来估算把参考物放在测量位置时光强的测量，则该参考光强的估算，给出与光源光强的变化或检测器灵敏度的变化相对应的值。

因此，利用参考光强的估算，可以给出样品光强的测量，该测量与涉及的测量时间内光源光强的变化或检测器灵敏度的变化无关。

按照本发明，能够在样品测量时估算该参考光强，无需把作为参考的参考部件放进光路。因此，尽管光源的光强变化或检测器的灵敏度变化，都能确保在样品上进行正确的测量。从而能够增加测量系统的检测精度。

下面参照附图，详细说明本发明各优选实施例。

附图说明

图1按照本发明的第一实施例，画出自动光学测量系统装置的正视图；

图2是该自动光学测量系统装置的侧视图；

图3是测量样品9反射率的自动光学测量系统装置的正视图；

图4按照本发明的第二实施例，画出自动光学测量系统布置的示意图；

图5是上图的A-A线上光纤探头3的断面图；

图6画出紧贴光纤探头3末端端面的透明板12中的光路简图；

图7画出离开光纤探头3末端端面一定距离的透明板12中的光路简图；和

图8是自动光学测量系统测量多个被传送的样品9反射率的装置简图。

实现本发明的最佳模式

1.第一实施例

图1画出自动光学测量系统装置的正视图，而图2画出该装置的侧视图。光源1与光投射光纤4连接，光纤的末端插入金属管7a内。光投射光纤4和金属管7a，构成光纤探头3a。光源1可以是任何类型能发射适于样品测量波长的光源，包括激光光源、白炽光源、等等。

光接收光纤5也把它的末端插入金属管7b内。光接收光纤5和金属管7b构成光纤探头3b。光接收光纤5的端部与检测器2连接。检测器2的构造不受限制。例如，光电管、光电二极管阵列等等，都可用于该检测器。检测器2可以在其前端设置分光镜或滤波器。

光投射光纤4与光接收光纤5可以用诸如石英、透明塑料等等构成。

把放置样品或参考物的台10，放在从光纤探头3a、3b末端延伸的虚线彼此相交于的位置上。

可动反射镜6可移动地支承在光纤探头3a、3b和台10中间的位置。面向下的不动反射镜11支承在可动反射镜6上方的位置。

如图2所示，可动反射镜6适合在光纤探头3a、3b光轴相交的位置(以点划线表示)与离开光轴一定距离的位置(以实线表示)之间平行移动。移动可动反射镜6的装置，可以是任何已知的装置，例如由电机驱动的小齿轮和齿条。可动反射镜也可以用手动代替用电机。

现在说明如何使用上述装置的自动光学测量系统。

(1)自动光学测量系统启动时的测量

启动光源(接通电源)。如图1所示，把作为参考物的参考反射板8(其反射率已知)放在台10上，同时把可动反射镜6移至光轴位置。在此状态下，光投射光纤4投射的光被可动反射镜6和不动反射镜11反射，然后再被可动反射镜6反射，结果进入光接收光纤5。在光接收光纤5上入射的光强由检测器2测量。定义该入射光强为“M0”。

之后，把可动反射镜6从光轴移开。在此状态下，参考反射板8被光投射光纤4投射的光照射，结果使其上反射的光进入光接收光纤5，以便测量入射光强。定义该入射光强为“R0”。

通过计算R0/M0，确定系统常数F。

F＝R0/M0

(2)样品的测量

图3是测量样品9反射率的自动光学测量系统装置的正视图。

把可动反射镜6移至光轴位置。在此状态下，光投射光纤4的光，被可动反射镜6和不动反射镜11反射，然后再被可动反射镜6反射，结果进入光接收光纤5。在光接收光纤5上入射的光强由检测器2测量。定义该入射光强为“M1”。

之后，把可动反射镜6从光轴移开。在此状态下，样品9被光投射光纤4投射的光照射，结果使其上反射的光进入光接收光纤5，以便测量入射光强。定义该入射光强为“S”。

利用表达式S/(M1·F)，可以确定样品9的反射率，该反射率已对光强作了校正。

如上所述，即使在样品测量时光源的光强发生变化，也能够对样品的反射率进行正确的测量，不必在物理上把参考反射板8放在测量位置上。

2.第二实施例

图4画出本发明另一个自动光学测量系统装置的示意图。光源1与一束光投射光纤4连接，该光纤束的末端与光接收光纤5一起插入金属管7内。光接收光纤4、光接收光纤5、与金属管7，构成光纤探头3。光源1可以是任何类型能发射适于样品测量波长的光源，包括激光光源、白炽光源、等等。光投射光纤4与光接收光纤5可以用诸如石英、透明塑料等等构成。

起参考物作用的透明板12被固定在光纤探头3的末端表面。透明板12可以用粘结剂、螺丝等等任何方法安装。虽然透明板12要紧紧粘结在光纤探头3的末端表面，但也可以在它们之间隔开一定间隙把透明板12安装至光纤探头3上。

透明板12的材料不受限制。可用的材料例子，包括石英玻璃、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)等等。可以用上面淀积金属膜的半透明板(半反射镜)代替透明板12。

光接收光纤5的终端与检测器2连接。检测器2的构造不受限制。例如，光电管、光电二极管阵列等等，都可用于该检测器。检测器2可以在其前端设置分光镜或滤波器。

图5画出光纤探头3的示例性断面。一根或多根光投射光纤4插入金属管7内，而光接收光纤5则通过管7的中心延伸。应当指出，光接收光纤5不一定通过管7的中心延伸，但应在金属管7的断面内占据任何位置。

图6画出紧贴光纤探头3末端端面的透明板12中的光路。光投射光纤4的部分出射光，被透明板12底部表面12b反射，从而进入光接收光纤5(见光路M)。光投射光纤4的其余出射光，通过透明板12，被位于透明板下的参考反射板8或样品9反射，使该光被反射而返回透明板12，进入光接收光纤5(见光路R或S)。

图7画出离开光纤探头3末端端面一定距离的透明板12中的光路。光投射光纤4的一些出射光，分别被透明板12上部表面12a和底部表面12b反射，从而进入光接收光纤5(见光路Ma和Mb)。光投射光纤4的其余出射光，通过透明板12，被参考反射板8或样品9反射，使该光被反射而返回透明板12，进入光接收光纤5(见光路R或S)。

现在说明如何使用上述装置的自动光学测量系统。在下面的说明中，假定透明板12是紧紧粘贴在光纤探头3的末端表面。但是应当指出，透明板12离开光纤探头3末端表面一定距离的配置，也能取得相同效果。

(1)自动光学测量系统启动时的测量

如图4所示，在透明板12固定在光纤探头3末端端面的状态下，接通光源1的电源，并用检测器2测量光强M0。光强M0是透明板12反射的光强。

其次，如图4的点划线所示，把参考反射板8放在测量位置，用检测器2对光强F＝M0+R0进行测量。

然后，通过从光强M0+R0中减去光强M0，确定参考反射板8反射的净参考光强R0。

通过计算F＝M0/R0来确定校准常数F。

(2)样品的测量

图8画出自动光学测量系统测量被传送的多个样品9反射率的装置。

样品9的运送台10最好由漫射表面构成，使之不出现不需要的光反射。

当一个接一个传送样品9时，在个别样品9通过的瞬间测量光强。该光强被定义为M1。计算M1/F，给出R1，它就是如果把参考反射板8确实放在测量位置时设想获得的光强。

在样品9通过时要检测的光强被定义为M1+S1。于是，S1由计算(M1+S1)-M1确定。

经过光强校正的样品9的反射率，可通过计算S1/R1获得。

如上所述，即使在样品测量时光源的光强发生改变，也能够对样品的反射率进行测量，不必确实把参考反射板8放在测量位置上。

Claims (5)

1.一种自动光学测量方法，用于测量光投射部分投射在样品上的光以及该样品反射进光接收部分的光：

其中，把一可动反射单元放在样品台与光投射及接收部分之间的位置；

其中，把一不动反射单元放在该样品台与可动反射单元相对的一侧；

把该可动反射单元移至光轴位置，光投射部分经过该可动反射单元、不动反射单元、和可动反射单元投射的光，被光接收部分接收；

把可动反射单元从光轴移开，把参考物放在该样品台上，以便光投射部分经过该参考物的光，能被光接收部分接收，

确定该两次接收的光强的比值；和

在样品测量时，把可动反射单元移至光轴位置，光投射部分经过该可动反射单元、不动反射单元、和可动反射单元投射的光，被光接收部分接收，利用该接收的光强和上面确定的比值，估算用参考物测量的光强，并用该估算的用参考物的光强，校正经过样品的光强。

2.按照权利要求1的自动光学测量方法，其中经过样品接收的校正光强，由S/(M1·F)表示，这里F表示该两次接收的光强的比值，M1表示在样品测量中，可动反射单元移至光轴位置时，光投射部分经过可动反射单元、不动反射单元、和可动反射单元投射，并被光接收部分接收的光强，最后，S表示经过样品接收的光强。

3.一种自动光学测量方法，包括用彼此紧邻的光投射部分和光接收部分，对该光投射部分投射在样品上并由此返回的光进行测量，

其中，把一透明或半透明的单元固定在样品与光投射及接收部分之间的位置，以便把光投射部分的部分投射光，反射进光接收部分，

利用不把参考物放在测量位置而测量的光强，以及把参考物放在测量位置而测量的光强，确定该单元反射的光强与由该参考物反射的光强的比值，和

利用不把样品放在测量位置而测量的光强和由此确定的比值，估算样品测量时把参考物放在测量位置的光强，以便校正经过该样品接收的光强的测量。

4.按照权利要求3的自动光学测量方法，其中的透明或半透明单元是紧紧粘贴在光投射及接收部分上。

5.按照权利要求3的自动光学测量方法，其中的透明或半透明单元离开光投射及接收部分一定距离。

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