專利名稱：球面光學(xué)元件光譜反射率測(cè)量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)領(lǐng)域光譜測(cè)量?jī)x器，更具體地說是涉及一種球面光學(xué)元件光譜反射率的測(cè)量裝置及方法。
背景技術(shù)：
光學(xué)元件生產(chǎn)中，經(jīng)常要檢查元件的反射率等性能，以確保產(chǎn)品質(zhì)量，如鍍膜球面透鏡的生產(chǎn)，一般通過測(cè)量其球面光譜反射率，以判斷其鍍膜光譜透過性能的優(yōu)劣。
目前測(cè)量球面光學(xué)元件光譜反射特性，通常借助制作平面測(cè)試片，并使用平面反射光譜特性的測(cè)量?jī)x器如日本島津公司的UV2501-PC來進(jìn)行，這種以平面測(cè)試片代替球面產(chǎn)品的測(cè)試結(jié)果，與實(shí)際產(chǎn)品的性能相比誤差較大，因?yàn)榍蛎娣瓷洚吘共煌谄矫娣瓷?，特別是球面半徑較小時(shí)，誤差更大；另外當(dāng)同一罩球面產(chǎn)品存在不均勻現(xiàn)象時(shí)，測(cè)試片難以反映這種不均勻情況。
現(xiàn)也有人使用日本OLYMPUS USPM-RU光譜測(cè)量?jī)x直接測(cè)量球面產(chǎn)品的光譜反射特性。由于該儀器屬顯微式的光路測(cè)量系統(tǒng)，它只能測(cè)量球面產(chǎn)品上極小面積(Φ50μm)的反射率。因此，其測(cè)量結(jié)果同樣不能代表整個(gè)球面的反射特性，而且測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，另外這種儀器價(jià)格昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服上述儀器測(cè)量球面光學(xué)元件光譜反射率的缺陷和不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用的球面光譜反射率測(cè)量裝置，并用該裝置進(jìn)行球面光譜反射率測(cè)量，使測(cè)量結(jié)果最為準(zhǔn)確地表征元件整個(gè)球面或較大球面積的光譜反射特性。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)一種球面光學(xué)元件光譜反射率測(cè)量裝置，包括光源系統(tǒng)、樣品架、接收系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，光源發(fā)射的光經(jīng)置于樣品架上的被測(cè)體球面反射后，被接收系統(tǒng)所接收，接收系統(tǒng)的輸出端與數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)相連。該裝置的樣品架上裝有用于接觸支承測(cè)量樣品球面的三個(gè)圓珠，三圓珠呈三角形分布并分別位于三角形頂點(diǎn)；光源系統(tǒng)和接收系統(tǒng)共有一支傳光器件，它是一種Y型光纖束，光纖束的并頭端即光源發(fā)射端和反射光接收端，大體置于凹面樣品球面的球心位置或凸面樣品球面球心通過會(huì)聚透鏡形成的像點(diǎn)位置，其分叉端則分別與光源系統(tǒng)及接收系統(tǒng)中的光源和接收器耦合相接。
球面光學(xué)元件一般有凹面和凸面兩種，為有效測(cè)量凸面樣品的光譜反射特性，該裝置還在被測(cè)體與光纖束并頭端之間安裝一個(gè)可移動(dòng)并可定位的會(huì)聚透鏡。
該裝置光源系統(tǒng)的光源采用溴鎢燈，其接收系統(tǒng)的接收器是一列陣CCD，所述數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)為一臺(tái)計(jì)算機(jī)。
利用該裝置進(jìn)行球面光學(xué)元件光譜反射率的測(cè)量方法是首先在樣品架上不放樣品，對(duì)測(cè)量裝置進(jìn)行校零；然后取與樣品相同球面半徑的光坯置在三個(gè)圓珠上，并使光坯球面與三個(gè)圓珠接觸良好；啟動(dòng)光源，將光纖束并頭端大體調(diào)至凹面樣品光坯的球心位置(如凸面樣品光坯測(cè)試則將光束并頭端大體調(diào)至光坯球心通過會(huì)聚透鏡形成的像點(diǎn)位置)；繼續(xù)啟動(dòng)各系統(tǒng)裝置，并參照光坯材料的理論反射率值，讓數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)得到一組作為樣品測(cè)量基準(zhǔn)的光譜反射數(shù)據(jù)；取下光坯，并保持(光坯測(cè)試時(shí))樣品架、三個(gè)圓珠、會(huì)聚透鏡及光纖并頭端的位置不變，將與光坯相應(yīng)的樣品置在樣品架的圓珠上進(jìn)行測(cè)量，通過數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)取得樣品光譜反射率曲線。
本發(fā)明將被測(cè)球面放置在三個(gè)圓珠上，根據(jù)圓的相切特性，被測(cè)球面不管在圓珠上如何滑動(dòng)，其球心位置始終保持不變。當(dāng)Y型光纖束并頭端調(diào)至凹面樣品的球心位置或凸面樣品球心通過會(huì)聚透鏡形成的像點(diǎn)位置時(shí)，相當(dāng)大面積乃至整個(gè)球面的反射光均將聚集于光纖接收端，并被光纖束傳輸至接收器接收。
因此，本發(fā)明的測(cè)量結(jié)果最為全面表征整個(gè)球面的光譜反射特性，較為準(zhǔn)確反映球面光學(xué)元件的實(shí)際性能。此外本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，制造成本低，其測(cè)試方法簡(jiǎn)便可靠省時(shí)，容易操作。


圖1是本發(fā)明凹面樣品測(cè)試光路原理系統(tǒng)框圖。
圖2是本發(fā)明凸面樣品測(cè)試光路原理系統(tǒng)框圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例裝置示意圖。
圖4是本發(fā)明裝置的樣品架俯視圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
如圖3，本測(cè)量裝置主要由樣品架1、光源系統(tǒng)、接收系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)組成。為了使裝置能有效測(cè)量較大面積凸面樣品球面的光譜反射率，在被測(cè)體與光纖束并頭端9之間(即樣品架1與光纖支架2之間)安裝一個(gè)透鏡支架3，透鏡支架上裝有一個(gè)會(huì)聚透鏡8。樣品架、透鏡支架和光纖支架同套裝在立柱4上，為方便調(diào)節(jié)和光路對(duì)準(zhǔn)，它們均設(shè)計(jì)為上下左右可移動(dòng)并可繞立柱旋轉(zhuǎn)和定位。樣品架上設(shè)有徑向可調(diào)的三爪架5，它們?cè)诩苌戏植蓟?20°(參照?qǐng)D4)，三爪架凸起的頂端分別鑲嵌有Φ3-7mm相同直徑的鋼珠6。徑向調(diào)節(jié)三爪架位置，使架上三個(gè)鋼珠適于接觸支承被測(cè)體球面，并最好位于一等邊三角形頂點(diǎn)。
所述光源系統(tǒng)和接收系統(tǒng)可自行設(shè)計(jì)制作，也可借用或改裝常規(guī)或市售的光源系統(tǒng)和光譜檢測(cè)器(如日本大塚MCPD檢測(cè)器)，其中光源為溴鎢燈，波長(zhǎng)范圍200nm-800nm左右，接收器為列陣CCD，并配一根Y型光纖束7作為傳光器件。光纖束分叉端分別與光源及接收系統(tǒng)中的光源和接收器耦合相接，光纖束并頭端9(即光源發(fā)射端與反射光接收端)裝插于光纖支架2上。
本測(cè)量裝置的數(shù)字分析處理系統(tǒng)為一臺(tái)計(jì)算機(jī)，接收系統(tǒng)的輸出端與之相接。
測(cè)試前，一般應(yīng)先校正裝置，使三圓珠所組成的三角形中心、會(huì)聚鏡中心、光纖束并頭端中心基本在同一垂線上(如測(cè)試凹面樣品，則毋需會(huì)聚透鏡，可將會(huì)聚透鏡繞立柱旋轉(zhuǎn)移到其它不影響測(cè)試的位置)，然后按以下方法步驟進(jìn)行球面光學(xué)元件光譜透過率測(cè)試(1)在樣品架上先不放樣品，對(duì)測(cè)量裝置進(jìn)行校零；(2)取與樣品相同球面半徑的光坯置在三個(gè)圓珠上，并使光坯球面與三個(gè)圓珠接觸良好；啟動(dòng)光源，將光纖束并頭端大體調(diào)至凹面樣品光坯的球心位置，如測(cè)試凸面樣品光坯，則調(diào)至凸面樣品光坯球心通過會(huì)聚透鏡形成的像點(diǎn)位置(一般將光纖束并頭端調(diào)至其端面出現(xiàn)較小較亮的光斑時(shí)，則認(rèn)為光纖并頭端到了前述的位置，這時(shí)便停止調(diào)節(jié))，繼續(xù)啟動(dòng)各系統(tǒng)裝置，并參照光坯材料的理論反射率值，讓數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)得到一組作為樣品測(cè)量基準(zhǔn)的光譜反射數(shù)據(jù)；(3)取下光坯，保持樣品架、三個(gè)圓珠、會(huì)聚鏡及光纖并頭端的位置不變，將與光坯相應(yīng)的樣品置在樣品架的圓珠上進(jìn)行測(cè)量，通過數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)取得樣品光譜反射率曲線。
權(quán)利要求
1.一種球面光學(xué)元件光譜反射率測(cè)量裝置，包括光源系統(tǒng)、樣品架、接收系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，光源發(fā)射的光經(jīng)置于樣品架上的被測(cè)體球面反射后，被接收系統(tǒng)所接收，接收系統(tǒng)的輸出端與數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)相連，其特征在于所述的樣品架裝設(shè)有三個(gè)圓珠，用于支承接觸測(cè)量樣品球面，三個(gè)圓珠呈三角形分布，它們分別位于三角形頂點(diǎn)；所述光源系統(tǒng)和接收系統(tǒng)共有一傳光器件是一種Y型光纖束，光纖束的并頭端即光源發(fā)射端和反射光接收端，大體置于凹面樣品球面的球心位置或凸面樣品球面球心通過會(huì)聚透鏡形成的像點(diǎn)位置，其分叉端則分別與光源系統(tǒng)及接收系統(tǒng)中的光源和接收器耦合相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球面光學(xué)元件光譜反射率測(cè)量裝置，其特征是，在被測(cè)體與光纖束并頭端之間還安裝一個(gè)可移動(dòng)并可定位的會(huì)聚透鏡，用于凸面樣品的測(cè)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的球面光學(xué)元件光譜反射率測(cè)量裝置，其特征是所述樣品架上裝設(shè)的三個(gè)圓珠為相同直徑的球型鋼珠，它們分別位于等邊三角形的頂點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的球面光學(xué)元件光譜反射率測(cè)量裝置，其特征是所述光源系統(tǒng)中的光源為溴鎢燈。
5根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的球面光譜光學(xué)元件反射率測(cè)量裝置，其特征是所述接收系統(tǒng)中的接收器是一列陣CCD。
6根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的球面光學(xué)元件光譜反射率測(cè)量裝置，其特征是所述數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。
7.一種利用權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量裝置進(jìn)行球面光學(xué)元件光譜反射率測(cè)量的方法，其特征在于包括如下步驟(1)在樣品架上先不放樣品，對(duì)測(cè)量裝置進(jìn)行校零；(2)取與樣品相同球面半徑的光坯置在樣品架的圓珠上，并使光坯球面與三個(gè)圓珠接觸良好；啟動(dòng)光源，將光纖束并頭端大體調(diào)至凹面樣品光坯的球心位置或凸面樣品光坯球心通過會(huì)聚透鏡形成的像點(diǎn)位置；繼續(xù)啟動(dòng)各系統(tǒng)裝置，并參照光坯材料的理論反射率值，讓數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)得到一組作為樣品測(cè)量基準(zhǔn)的光譜反射數(shù)據(jù)；(3)取下光坯，并保持樣品架、三個(gè)圓珠、會(huì)聚鏡及光纖并頭端的位置不變，將與光坯相應(yīng)的樣品置在樣品架的圓珠上進(jìn)行測(cè)量，通過數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)取得樣品光譜反射率曲線。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的球面光學(xué)元件光譜反射率測(cè)量方法，其特征是所述將光纖束并頭端大體調(diào)至凹面樣品光坯的球心位置或凸面樣品光坯球心通過會(huì)聚透鏡形成的像點(diǎn)位置，是將光纖束并頭端調(diào)至其端面出現(xiàn)較小較亮的光斑為止。
全文摘要
一種球面光學(xué)元件光譜反射率的測(cè)量裝置及方法，該裝置包括光源系統(tǒng)、樣品架、接收系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)等。其特點(diǎn)是樣品架上設(shè)有三個(gè)鋼珠，它們分別位于一平面三角形頂點(diǎn)，被測(cè)體球面放置于三個(gè)鋼珠上；光源發(fā)射端和反射光接收端同置于凹面樣品球面的球心位置或凸面樣品球面球心通過會(huì)聚透鏡形成的像點(diǎn)位置，并以相同球面半徑的光坯反射光譜為基準(zhǔn)，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，取得球面光學(xué)元件光譜反射率曲線。這種裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，造價(jià)低，其測(cè)試方法簡(jiǎn)便可靠省時(shí)，測(cè)量結(jié)果與同類測(cè)量裝置相比，較全面表征整個(gè)球面或較大球面積的光譜反射特征，更為準(zhǔn)確反映球面光學(xué)元件的實(shí)際性能，特別適用于鍍膜光學(xué)元件生產(chǎn)的質(zhì)量檢查。
文檔編號(hào)G01J3/28GK1995944SQ20061012437
公開日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2006年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月25日
發(fā)明者姚建政, 鐘漢民, 羅新華 申請(qǐng)人:姚建政