專利名稱：一種光學元件快速測量裝置及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分光光度計，尤其是涉及一種用于測量各種光學 材料和元件反射、透射、折射、散射光學指標的光譜分析儀。
背景技術(shù)：
隨著光電技術(shù)的發(fā)展，大到航空航天，小到手機電視，越來越多 的光學元件被應用到國民經(jīng)濟和日常生活中。在產(chǎn)品研發(fā)、光學材料 選擇和元件設(shè)計、產(chǎn)品生產(chǎn)、工藝條件確定和產(chǎn)品質(zhì)量檢定等過程中， 都需要進行準確、快速的光度測量。針對光學元件的品質(zhì)監(jiān)控需求， 目前用于各種光學材料和元件的反射、透射、散射等各項光學指標測 量的常用儀器是前置分光的。現(xiàn)有的光譜分析儀器，普遍采用前置分 光單色技術(shù)，即光源發(fā)出的復合光通過光柵(或棱鏡)分解，旋轉(zhuǎn)光 柵(或棱鏡)分解的單色光通過固定的出射孔(狹縫)投射到樣品上， 透射光被光電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換為電信號，通過光柵旋轉(zhuǎn)和調(diào)整，實現(xiàn)不 同波長下的光度檢測。這樣的光譜分析儀器由于光柵通過機械裝置旋 轉(zhuǎn)，要保證波長分辨率就需要一定的掃描時間，測量速度慢，不能馬 上得到所測光學材料和元件的光學指標測量，對于大批量的產(chǎn)品檢測 效率低。由于采用精密機械旋轉(zhuǎn)裝置，現(xiàn)有的測量儀器對調(diào)試和安裝 的要求高，造成儀器造價高。同時，現(xiàn)有的測量儀器整體光路設(shè)計缺 乏靈活性，無法隨意改變接收光路，只能通過調(diào)整樣品擺放來改變不同點的測量值，不適應復雜形狀樣品測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種光學元件快速測量裝置及測量方法，包括光源 系統(tǒng)、導光系統(tǒng)、樣品放置機構(gòu)、采光系統(tǒng)、后置分光系統(tǒng)、陣列式 光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。本發(fā)明是針對光學器件的研發(fā)和產(chǎn)品 品質(zhì)監(jiān)測的復雜需求而發(fā)明的快速、靈活、準確的測量儀器，其特征 是采用后置分光方式，結(jié)合半固定可調(diào)節(jié)樣品平臺和移動采光系統(tǒng)， 可對規(guī)整和不規(guī)整光學元件完成透射、反射和散射光學參數(shù)測定，采 用陣列式光電轉(zhuǎn)換元件完成信號采集和轉(zhuǎn)換，其特點是測量速度快、 適應復雜形狀樣品、測量重現(xiàn)性好、配置靈活、價格低，適用于各種 光學元件的光學參數(shù)測量和質(zhì)量監(jiān)測。
本發(fā)明是針對光學材料性能測定和光學元件生產(chǎn)的品質(zhì)監(jiān)控需 求而提出，目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種快速、準確、穩(wěn)定、 靈活的光學元件快速測量裝置。
本發(fā)明采用與目前常用的儀器前置分光，獲取單色光后對被量測 體進行測量的設(shè)計不同，改變了測量分光的基本原理，用復合光直接 對被量測體照射，采用后置分光，取消了單色步驟，無需機械分光掃 描，極大地縮減了測量時間，全波段整體掃描時間從分鐘降低到秒和 毫秒級，極大地提高了分析測試效率。
由于取消了機械步進裝置，避免了機械行走導致的位移誤差和震 動，提高了測量的重現(xiàn)性水平和儀器穩(wěn)定性，顯著提高了不規(guī)則形狀 測量重復測量的精確度。該新型分光設(shè)計，從原理上降低了儀器制難度，避免了機械分光的復雜設(shè)計和精密制造，并顯著提高了波長重 現(xiàn)性、儀器穩(wěn)定性等性能。儀器整體結(jié)構(gòu)緊湊，抗震、移動性能得以 提高，同時減少了光路中反射、透射等光學器件的使用量，降低了儀 器使用環(huán)境要求，更利于儀器在惡劣環(huán)境下使用，降低了儀器的維護 成本。新型設(shè)計顯著簡化了制造中機械傳動和光學調(diào)整步驟，儀器制 造成本得以顯著降低。


圖1為本發(fā)明的光路原理示意圖。
圖2為本發(fā)明儀器結(jié)構(gòu)布置圖。
具體實施方式
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下面通過附圖和具體實施方式
進一步說明本發(fā)明。
以下所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不因此而限定本發(fā)明的保 護范圍。
如圖2所示，本發(fā)明主要由光源系統(tǒng)、導光系統(tǒng)、樣品放置機構(gòu)、 采光系統(tǒng)、后置分光系統(tǒng)、陣列式光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)組成。 本發(fā)明可以依據(jù)波長選擇不同類型的燈如鹵鎢燈或氘燈作為光源 (2)，光經(jīng)過反射鏡(1)聚光反射后匯聚于光纖導光透鏡(3)，由 光纖(4)傳導至光纖出射透鏡(5)，經(jīng)透鏡(6)、 (7)調(diào)整為近似 平行光束照射樣品(8)，根據(jù)光束調(diào)整積分球(9)位置接收透射或 反射光束，采集光由光纖導向光柵(11)分光，經(jīng)過反射光路(12) 分散后，投向陣列光電轉(zhuǎn)換器(13)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換(17),數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù) 處理系統(tǒng)(18)處理后得到測量結(jié)果，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以是電子計算機(PC機)或者其他數(shù)據(jù)處理裝置。其中，樣品放置平臺由垂直升
降臺(14)和角位移臺(15)組成，積分球(9)通過連接桿(16) 連接角位移臺(15)作角位移調(diào)整。光柵(11)和陣列光電轉(zhuǎn)換元件 (13)的后分光光路設(shè)計，可以不經(jīng)過前置分光單色系統(tǒng)， 一次完成 設(shè)定波長范圍內(nèi)的光度測量。
本發(fā)明的樣品放置機構(gòu)是半固定可調(diào)節(jié)的樣品平臺，其中垂直升 降臺(14)可以實現(xiàn)樣品的上下調(diào)節(jié)，垂直升降臺上裝有樣品旋轉(zhuǎn)裝 置，可以實現(xiàn)樣品在0°~360°范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)。本發(fā)明的移動采光系 統(tǒng)包括采光積分球(9)、連接桿(16)和角位移平臺(15)，連接采 光積分球(9)的角位移平臺(15)可以在2.5。 357.5。范圍內(nèi)進行角 位移，從而實現(xiàn)在不同角度都能接收到經(jīng)過樣品反射或者透射后的光 線。
本測量裝置操作起來比較簡便，不需要復雜的測量步驟。首先調(diào) 節(jié)光纖出射透鏡(5)和樣品放置平臺，使出射光線與樣品放置平臺 上的光學元件基本處于同一水平線上，然后按照以下步驟進行測量
1) 在樣品放置平臺上先不放置任何光學元件，對測量裝置進行校零；
2) 在樣品放置平臺上放置一件需要測量的光學元件，調(diào)整積分球(9) 的位置使其能夠接受到經(jīng)過光學元件后的透射光線，從而快速地在數(shù) 據(jù)處理系統(tǒng)得到所需測量的透射光學參數(shù)結(jié)果；3)重復步驟2)，調(diào) 整積分球(9)的位置，可以相應得到反射和散射的光學參數(shù)結(jié)果。 本測量裝置的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以在lms-65s之間靈活調(diào)節(jié)所測量光學 元件的檢測時間，達到不同的測量精度效果。
權(quán)利要求
1、一種光學元件快速測量裝置，該測量裝置包括光源(2)，通過反射鏡(1)聚光反射，匯聚于光纖導光透鏡(3)，經(jīng)光纖(4)傳導至光纖出射透鏡(5)，經(jīng)透鏡(6)、(7)調(diào)整為近似平行光束照射樣品(8)，根據(jù)光束調(diào)整積分球(9)位置接收透射或反射光束，采集光由光纖導向光柵(11)分光，經(jīng)過反射光路(12)分散后，投向陣列光電轉(zhuǎn)換器(13)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換(17)得到測量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由PC機(18)處理后得到測量結(jié)果。其中，樣品放置平臺由垂直升降臺(14)和角位移臺(15)組成，積分球(9)通過連接桿(16)連接角位移臺(15)作角位移調(diào)整。測量裝置的特征在于結(jié)合光柵(11)和陣列光電轉(zhuǎn)換元件(13)設(shè)計的后置分光光路設(shè)計，可以不經(jīng)過前置分光單色系統(tǒng)，一次完成設(shè)定波長范圍內(nèi)的光度測量。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學元件快速測量裝置，其特征在于 光源(2)通過導光透鏡(3)和出射透鏡(5)經(jīng)過光纖(4)，然后 再經(jīng)透鏡(6)、 (7)形成近似平行光束，光束照射樣品(8)后經(jīng)積 分球(9)采集后分光測量的光路處理和設(shè)計方法。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學元件快速測量裝置，其特征在于 可以依據(jù)波長選擇鹵鎢燈或氘燈作為光源。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學元件快速測量裝置，其特征在于 采光積分球(9)通過連接桿(16)與角位移平臺(15)連接，實現(xiàn) 2.5。 357.5。范圍的角位移移動，以及固定的角位移平臺(15)中結(jié)合垂直升降臺(14)設(shè)計保持樣品(8)固定擺放。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學元件快速測量裝置的測量方法， 其特征在于包括如下步驟1) 在樣品放置平臺上先不放置任何光學元件，對測量裝置進行校零；2) 在樣品放置平臺上放置一件需要測量的光學元件，調(diào)整積分 球(9)的位置使其能夠接受到經(jīng)過光學元件后的透射光線，從而快 速地在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)得到所需測量的透射光學參數(shù)結(jié)果；3) 重復步驟2，調(diào)整積分球(9)的位置，可以相應得到反射和散射的光學參數(shù)結(jié)果。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的測量的方法，其特征在于數(shù)據(jù)處理系 統(tǒng)可以在lms-65s之間靈活調(diào)節(jié)所測量光學元件的檢測時間，達到不 同的測量精度效果。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光學元件快速測量裝置及測量方法，該測量裝置包括光源系統(tǒng)、導光系統(tǒng)、樣品放置機構(gòu)、采光系統(tǒng)、后置分光系統(tǒng)、陣列式光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。本發(fā)明是針對光學器件的研發(fā)和產(chǎn)品品質(zhì)監(jiān)測的復雜需求而發(fā)明的快速、靈活、準確的測量儀器，其特征是采用后置分光方式，結(jié)合半固定可調(diào)節(jié)樣品平臺和移動采光系統(tǒng)，可對規(guī)整和不規(guī)整光學元件完成透射、反射和散射光學參數(shù)測定，采用陣列式光電轉(zhuǎn)換元件完成信號采集和轉(zhuǎn)換，其特點是測量速度快、適應復雜形狀樣品、測量重現(xiàn)性好、配置靈活、價格低，適用于各種光學元件的光學參數(shù)測量和質(zhì)量監(jiān)測。
文檔編號G01M11/02GK101545825SQ20091003737
公開日2009年9月30日 申請日期2009年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月25日
發(fā)明者姚建政, 宋光均, 蹇華麗, 鄭祥利 申請人:宋光均