專利名稱：基于ccd相機(jī)的光學(xué)透過率測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于CCD相機(jī)的光學(xué)透過率測試裝置，屬于光學(xué)測試技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
為了測試光學(xué)元件的光學(xué)透過率，在現(xiàn)有測試裝置中，有一種雙頻雙通道光學(xué)透過率測 試裝置，見圖1所示，該裝置由準(zhǔn)直光源l、輸入分光鏡2、參考通道反射鏡3、雙頻機(jī)械斬 光器4、參考光電耦合器5、輸出分光鏡6、測試光電耦合器7、測試通道反射鏡8、積分球9、 光電探測器IO、信號放大器ll、鎖定放大器12和除法器13組成。其測試過程為，來自準(zhǔn)直 光源1的光束由輸入分光鏡2分為兩束， 一束經(jīng)參考通道反射鏡3反射、雙頻機(jī)械斬光器4 調(diào)制成為參考交流光，另一束經(jīng)雙頻機(jī)械斬光器4調(diào)制成為測試交流光，從而區(qū)別于背景光， 使得測試過程能夠在亮場中進(jìn)行，避免在暗室中測試所存在的不便。參考交流光、測試交流 光的頻率不同。測試交流光經(jīng)測試通道反射鏡8反射，與參考交流光一同經(jīng)輸出分光鏡6進(jìn) 入積分球9勻光，再由光電探測器10探測并轉(zhuǎn)換為電信號。該電信號經(jīng)信號放大器ll放大， 以滿足鎖定放大器12對信號強(qiáng)度的要求。放大后的電信號送入鎖定放大器12，包括參考信 號Vb、測拭信號Va。參考光電耦合器5自雙頻機(jī)械斬光器4與輸出分光鏡6之間的光路上 探測原始參考交流光，并將得到的電信號fB送入鎖定放大器12。被測試件14位于雙頻機(jī)械 斬光器4與測試通道反射鏡8之間的光路上。測試光電耦合器5自雙頻機(jī)械斬光器4與被測 試件14之間的光路上探測原始測試交流光，并將得到的電信號fA送入鎖定放大器12。由鎖 定放大器12對Vb與fB、 Va與fk分別做相關(guān)運算，消除測試裝置因所存在的固有噪聲如1/f 噪聲所造成的誤差，以及殘留背景噪聲的干擾。經(jīng)相關(guān)運算處理后的參考信號VB、測試信號 Va被送入除法器13求得二者比值。測試的第一步是測試裝置標(biāo)定，就是暫不放入被測試件 14，除法器13給出的VA/VB比值為測試裝置分光比人。第二步是正式測試，放入被測試件14， 除法器13給出此時的比值，則被測試件14的透過率T由下式求得
一可
由于不論是VA與VB，還是V'a與V'b，它們都是測試裝置測試到的同一時刻的值，因此， 該裝置避免了因準(zhǔn)直光源1的電源電壓波動所造成的測試誤差。 發(fā)明內(nèi)容現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題在于，由于該裝置中的光電探測器10通常采用光電倍增管，屬 于一種點探測器，同時，為了保證測試精度，必須進(jìn)行勻光，而積分球9越大勻光效果越好。 因此，第一，測試結(jié)果是被測試件14的整體平均透過率，而不能獲得被測試件14局部的透 過率情況；第二，積分球9體積大，不利于測試裝置的便攜操作；第三，測試過程不可視， 容易出現(xiàn)誤操作，無法掌握因?qū)嶋H測試中被測試件14可能類型不同、長度不同，在裝夾過程 中難以保證測量交流光完全出射，從而造成測試誤差；第四，點探測器獲取的信號強(qiáng)度弱， 信噪比小，因而測試精度低。為了實現(xiàn)測試過程可視化，測試被測試件各處透過率，減小測 試裝置體積，提高測試精度，我們發(fā)明了一種基于CCD相機(jī)的光學(xué)透過率測試裝置。
本發(fā)明之測試裝置見圖2所示，準(zhǔn)直光源l、輸入分光鏡2、測試通道反射鏡8三者依次 處在一個水平光軸上，雙頻機(jī)械斬光器4內(nèi)圈通光孔軸線與所述水平光軸重合，測試光電耦 合器7位于所述光軸雙頻機(jī)械斬光器4至測試通道反射鏡8段一側(cè)；參考通道反射鏡3、輸 出分光鏡6依次處在另一個水平光軸上，雙頻機(jī)械斬光器4外圈通光孔軸線與所述水平光軸 重合，參考光電耦合器5位于所述光軸雙頻機(jī)械斬光器4至輸出分光鏡6段一側(cè)；雙頻機(jī)械 斬光器4位于輸入分光鏡2與測試通道反射鏡8之間，以及參考通道反射鏡3與輸出分光鏡 6之間；輸入分光鏡2與參考通道反射鏡3位于一個垂直光軸上；測試通道反射鏡8與輸出 分光鏡6位于另一個垂直光軸上；輸入分光鏡2、輸出分光鏡6、參考通道反射鏡3、測試通 道反射鏡8均呈45。角傾斜；其特征在于，成像透鏡15位于輸出分光鏡6后的水平光軸上； CCD相機(jī)16位于成像透鏡15像面上，并與圖像采集處理卡17相連；參考光電耦合器5、測 試光電耦合器7分別接圖像采集處理卡17,圖像采集處理卡17與觸摸顯示屏18連接。
本發(fā)明之技術(shù)效果在于，采用成像透鏡15、 CCD相機(jī)16取代積分球9、光電探測器10， 從而測試裝置體積明顯減小。采用圖像采集處理卡17、觸摸顯示屏18取代鎖定放大器12和 除法器13。頻率不同的參考交流光、測試交流光由成像透鏡15成像于CCD相機(jī)16上。CCD 相機(jī)16屬于面探測器，獲取的有用信號量大，面累積信號強(qiáng)，信噪比高，因而測試精度高。 在CCD相機(jī)16上產(chǎn)生圖像信號，包括參考信號、測試信號，并被送入圖像采集處理卡17。 參考光電耦合器5探測原始參考交流光，并將得到的電信號fB送入圖像采集處理卡17。被測 試件14位于測試光電耦合器5與測試通道反射鏡8之間的光路上。測試光電耦合器7探測原 始測試交流光，并將得到的電信號fA送入圖像采集處理卡17。由圖像采集處理卡17對參考 信號與fe、測試信號與fA分別做相關(guān)運算，實現(xiàn)降噪分離，得到與參考信號、測試信號對應(yīng) 的光斑圖像，消除測試裝置因所存在的固有噪聲如1/f噪聲所造成的誤差，以及殘留背景噪聲 的干擾。再由觸摸顯示屏18顯示所述光斑圖像、提取邊界、求取邊界內(nèi)所有光點的總能量，
得到參考信號總能量EB、測試信號總能量EA，并由求得參考信號Eb、測試信號EA的比值。測試的第一步是測試裝置標(biāo)定，就是暫不放入被測試件14，觸摸顯示屏18給出的EA/EB比值 為測試裝置分光比入。第二步是正式測試，放入被測試件14,則被測試件14的透過率T由觸 摸顯示屏18根據(jù)下式求得
義五B
在測試過程中，測試裝置實時將參考信號、測試信號的光斑圖像由圖像采集處理卡17傳送至 觸摸顯示屏18顯示，從而實現(xiàn)了測試過程可視化。并且，能夠知道被測試件14不同部位的 透射情況，參考交流光的光斑圖像亮度均勻、邊界規(guī)則，見圖3所示。放入被測試件14后在 觸摸顯示屏18上顯示的測試交流光的光斑圖像與參考交流光的光斑圖像相比，在亮度分布、 邊界形狀上有不同表現(xiàn)，見圖4所示，由此可知被測試件14各局部位置的透射情況。


圖1是現(xiàn)有雙頻雙通道光學(xué)透過率測試裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明之基于CCD相機(jī) 的光學(xué)透過率測試裝置結(jié)構(gòu)示意圖，該圖兼作為摘要附圖。圖3是由本發(fā)明之測試裝置顯示 的參考信號光斑圖像照片。圖4是由本發(fā)明之測試裝置顯示的測試信號光斑圖像照片。圖5 是本發(fā)明之測試裝置中的圖像采集處理卡組成與結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明之測試裝置見圖2所示，準(zhǔn)直光源l、輸入分光鏡2、測試通道反射鏡8三者依次 處在一個水平光軸上，雙頻機(jī)械斬光器4內(nèi)圈通光孔軸線與所述水平光軸重合，測試光電耦 合器7位于所述光軸雙頻機(jī)械斬光器4至測試通道反射鏡8段一側(cè)。準(zhǔn)直光源1采用鹵素?zé)?作為標(biāo)準(zhǔn)光源，經(jīng)聚焦透鏡后形成平行光束，由光闌控制光束直徑，由濾光片修正光譜。參 考通道反射鏡3、輸出分光鏡6依次處在另一個水平光軸上，雙頻機(jī)械斬光器4外圈通光孔 軸線與所述水平光軸重合，參考光電耦合器5位于所述光軸雙頻機(jī)械斬光器4至輸出分光鏡 6段一側(cè)。雙頻機(jī)械斬光器4位于輸入分光鏡2與測試通道反射鏡8之間，以及參考通道反 射鏡3與輸出分光鏡6之間。輸入分光鏡2與參考通道反射鏡3位于一個垂直光軸上。測試 通道反射鏡8與輸出分光鏡6位于另一個垂直光軸上。輸入分光鏡2、輸出分光鏡6、參考通 道反射鏡3、測試通道反射鏡8均呈45°角傾斜。成像透鏡15位于輸出分光鏡6后的水平光 軸上；CCD相機(jī)16位于成像透鏡15像面上，并與圖像采集處理卡17相連。參考光電耦合 器5、測試光電耦合器7分別接圖像釆集處理卡17，圖像采集處理卡17與觸摸顯示屏18連 接。
見圖5所示，圖像采集處理卡17由視頻解碼器、DSP (數(shù)字信號處理器)、SDRAM (同 步動態(tài)隨機(jī)存儲器)和FPGA (場可編程門陣列)組成；在圖像采集處理卡17內(nèi)部，視頻解碼器接DSP， DSP接SDRAM， FPGA與視頻解碼器、DSP、 SDRAM分別相接；對外視頻解 碼器與CCD相機(jī)16連接，DSP與觸摸顯示屏18連接。下面通過圖像采集處理卡17各組成 部分之間及與CCD相機(jī)16、觸摸顯示屏18之間的工作過程進(jìn)一步說明圖像采集處理卡17 的結(jié)構(gòu)特征。視頻解碼器采用視頻解碼芯片TVP5150，作為A/D轉(zhuǎn)換器，對來自CCD相機(jī) 16的模擬圖像信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再把轉(zhuǎn)換后的數(shù)字圖像信號傳送給DSP。 DSP采用 TMS320DM642芯片，作為圖像處理器，通過對DSP進(jìn)行軟件編程實現(xiàn)濾波相關(guān)運算，濾除 測試裝置的固有噪聲如1/f噪聲和殘留背景噪聲。濾波后的圖像信號通過數(shù)據(jù)輸出口送往作為 主機(jī)的觸摸顯示屏18和SDRAM。由SDRAM用來存儲多幅圖像信號，以便用于DSP進(jìn)行 相關(guān)運算。FPGA作為全局的狀態(tài)機(jī)產(chǎn)生控制信號，控制視頻解碼器的采樣、視頻解碼器向 DSP的數(shù)據(jù)傳送、SDRAM的圖像信息存儲等一系列的時序操作。
權(quán)利要求
1、一種基于CCD相機(jī)的光學(xué)透過率測試裝置，準(zhǔn)直光源(1)、輸入分光鏡(2)、測試通道反射鏡(8)三者依次處在一個水平光軸上，雙頻機(jī)械斬光器(4)內(nèi)圈通光孔軸線與所述水平光軸重合，測試光電耦合器(7)位于所述光軸雙頻機(jī)械斬光器(4)至測試通道反射鏡(8)段一側(cè)；參考通道反射鏡(3)、輸出分光鏡(6)依次處在另一個水平光軸上，雙頻機(jī)械斬光器(4)外圈通光孔軸線與所述水平光軸重合，參考光電耦合器(5)位于所述光軸雙頻機(jī)械斬光器(4)至輸出分光鏡(6)段一側(cè)；雙頻機(jī)械斬光器(4)位于輸入分光鏡(2)與測試通道反射鏡(8)之間，以及參考通道反射鏡(3)與輸出分光鏡(6)之間；輸入分光鏡(2)與參考通道反射鏡(3)位于一個垂直光軸上；測試通道反射鏡(8)與輸出分光鏡(6)位于另一個垂直光軸上；輸入分光鏡(2)、輸出分光鏡(6)、參考通道反射鏡(3)、測試通道反射鏡(8)均呈45°角傾斜；其特征在于，成像透鏡(15)位于輸出分光鏡(6)后的水平光軸上；CCD相機(jī)(16)位于成像透鏡(15)像面上，并與圖像采集處理卡(17)相連；參考光電耦合器(5)、測試光電耦合器(7)分別接圖像采集處理卡(17)，圖像采集處理卡(17)與觸摸顯示屏(18)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試裝置，其特征在于，圖像釆集處理卡(17)由視頻解碼器、 DSP、 SDRAM和FPGA組成；在圖像采集處理卡(17)內(nèi)部，視頻解碼器接DSP， DSP接 SDRAM， FPGA與視頻解碼器、DSP、 SDRAM分別相接；對外視頻解碼器與CCD相機(jī)(16) 連接，DSP與觸摸顯示屏(18)連接。
全文摘要
基于CCD相機(jī)的光學(xué)透過率測試裝置屬于光學(xué)測試技術(shù)領(lǐng)域?，F(xiàn)有雙頻雙通道光學(xué)透過率測試裝置由于其光電探測器通常采用光電倍增管，屬于一種點探測器，同時，采用積分球勻光，因此，測試結(jié)果是被測試件的整體平均透過率；積分球體積大，不利于測試裝置的便攜操作；測試過程不可視；獲取的信號強(qiáng)度弱。本發(fā)明采用成像透鏡、CCD相機(jī)取代積分球、光電探測器；采用圖像采集處理卡、觸摸顯示屏取代鎖定放大器和除法器。成像透鏡位于輸出分光鏡后的水平光軸上；CCD相機(jī)位于成像透鏡像面上，并與圖像采集處理卡相連；參考光電耦合器、測試光電耦合器分別接圖像采集處理卡，圖像采集處理卡與觸摸顯示屏連接。本發(fā)明應(yīng)用于光學(xué)元件的光學(xué)透過率測試。
文檔編號H04N17/00GK101539473SQ20091006687
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月27日
發(fā)明者丁紅昌, 于正林, 陽 向, 濤 姜, 曹國華, 蘇成志 申請人:長春理工大學(xué)