專利名稱：液晶投影機(jī)中的分色合色元件的光譜檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光譜測定法的檢測儀。
液晶投影機(jī)是當(dāng)前大屏幕顯示技術(shù)的主要方法。在電化教學(xué)、辦公、商務(wù)以及廣告娛樂等方面應(yīng)用廣泛，與其它大屏幕顯示技術(shù)相比，具有體積小，重量輕方便攜帶等優(yōu)點(diǎn)，目前正在得到大面積推廣與應(yīng)用。常規(guī)的液晶投影機(jī)中主要元件為分色合色光學(xué)器件。這些元件或者是一些平板型分色器件，或者為各種棱鏡型分色合色器件。由于液晶投影機(jī)工作在特定的偏振光狀態(tài)，而各種分色合色器件的形狀各異，因此液晶投影機(jī)的分色合色光學(xué)元件的光譜測試是常規(guī)光譜測試分析系統(tǒng)所無法進(jìn)行的。
目前常規(guī)的分光光度計(jì)為透射測量方式，無法測量反射特性?；蚰軠y量反射特性，但只能測量垂直反射特性；所用光為無偏振的自然光，無法測量分色合色器件的偏振分光光譜特性。由于常規(guī)光度計(jì)只測量較薄樣品，所以在光路設(shè)計(jì)上所用的光束平行度不高，沒有其他光學(xué)積分元件。因此用常規(guī)光度計(jì)測量較厚器件的光譜透過率時，由于器件厚度給光線帶來的偏折較大，使測量的結(jié)果往往不準(zhǔn)確，有時甚至出現(xiàn)透過率大于100％的錯誤結(jié)果。
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種利用轉(zhuǎn)動的探測器和偏振器能測試各種形狀各異的，不同入射角、出射角度的偏振光光譜特性的液晶投影中的分色合色元件的光譜檢測儀。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案它依次包括白光光源、透鏡、單色儀、準(zhǔn)直透鏡、濾色片轉(zhuǎn)盤、偏振器，放置被測樣品的樣品臺，由金屬積分球和光電倍增管組成的光電探測器空套在樣品臺的轉(zhuǎn)軸上；光電探測器中的光電倍增管接信號轉(zhuǎn)換與程控放大模塊，經(jīng)A/D采集卡與計(jì)算機(jī)相連；單色儀、濾色片轉(zhuǎn)盤、偏振器、樣品臺、光電探測器的位置探測與反饋電路接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動與控制模塊，經(jīng)I/O卡與計(jì)算機(jī)相連。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作詳細(xì)描述。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理圖；圖2是本實(shí)用新型的光電探測器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型的電路原理框圖；
圖4是本實(shí)用新型光電探測器與計(jì)算機(jī)連接電路圖；圖5是本實(shí)用新型的運(yùn)動狀態(tài)控制電路圖；如圖1、圖3所示，它依次包括白光光源1、透鏡2、單色儀3、準(zhǔn)直透鏡4、濾色片轉(zhuǎn)盤5、偏振器6，放置被測樣品8的樣品臺7，由金屬積分球9.4和光電倍增管9.1組成的光電探測器9空套在樣品臺7的轉(zhuǎn)軸上；光電探測器9中的光電倍增管9.1接信號轉(zhuǎn)換與程控放大模塊10，經(jīng)A/D采集卡11與計(jì)算機(jī)15相連；單色儀3、濾色片轉(zhuǎn)盤5、偏振器6、樣品臺7、光電探測器9的位置探測與反饋電路13接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動與控制模塊12，經(jīng)I/O卡14與計(jì)算機(jī)15相連。
如圖4所示，信號轉(zhuǎn)換與程控放大模塊10的J1腳、B1腳分別接A/D采集卡11和光電倍增管9.1的一端，信號轉(zhuǎn)換與程控放大模塊10的J2腳和高壓模塊17的J3腳接電源，高壓模塊17的B2腳、J4腳分別接光電倍增管9.1的另一端和樣品池門開關(guān)16。
如圖5所示，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動與控制模塊12的P1、P2腳分別接I/O卡和電源；P3、P4腳分別接光電探測器位置傳感光電開關(guān)0-DEG和90-DEG；P5、P6腳分別接濾色片轉(zhuǎn)盤位置傳感光電開關(guān)L和H；P7、P8腳分別接單色儀波長位置傳感光電開關(guān)MIN和MAX；P9腳接樣品臺位置傳感光電開關(guān)0-DEG；P10腳接偏振片位置傳感光電開關(guān)0-DEG；J1、J2、J3、J4、J5腳分別接樣品臺電機(jī)7.1、偏振片電機(jī)6.1、探測器電機(jī)9.5、濾色片電機(jī)5.1和單色儀電機(jī)3.1；X1、Y1腳，X2、Y2腳，X3、Y3腳，X4、Y4腳，X5、Y5腳分別接樣品臺驅(qū)動模塊7.2，偏振片驅(qū)動模塊6.2，光電探測器驅(qū)動模塊9.6，濾色片驅(qū)動模塊5.2和單色儀驅(qū)動模塊3.2。
如圖2所示，光電探測器9包括內(nèi)涂有反光層氧化鎂涂層9.3的金屬積分球9.4，金屬積分球9.4的一端能接收測量光束，另一端經(jīng)漫射板9.2接光電倍增管9.1。
光電倍增管9.1為GDB-159，信號轉(zhuǎn)換與程控放大模塊10為AK002，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動與控制模塊12為BK201，樣品池門開關(guān)16和位置傳感光電開關(guān)為GK151，高壓模塊17為WG956，驅(qū)動模塊為BQ201。
如圖1所示，燈源發(fā)出的可見區(qū)白光1，經(jīng)透鏡2會聚于單色儀3的入射狹縫，經(jīng)單色儀3出射的單波長光線經(jīng)準(zhǔn)直透鏡4準(zhǔn)直，經(jīng)過濾色片轉(zhuǎn)盤5，并由偏振器6起偏成線偏振光，入射到被測樣品8。被測樣品8放置于一個可轉(zhuǎn)動的樣品臺7上，可調(diào)節(jié)控制入射角度。通過樣品的光束(透射光束或反射光束)由積分球9.4收集經(jīng)光電倍增管9.1接收轉(zhuǎn)化為電流信號，該電流信號經(jīng)過放大電路10處理，由A/D采集卡11轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入計(jì)算機(jī)15。計(jì)算機(jī)控制整個測試過程，包括樣品臺的角度調(diào)節(jié)，積分球和光電倍增管(光電探測器)的位置調(diào)節(jié)，偏振方向調(diào)節(jié)以及數(shù)據(jù)處理等。
其中濾色片轉(zhuǎn)盤的作用是為了克服光電倍增管的光譜響應(yīng)在測試的不同光譜范圍內(nèi)的不一致性而引入的，在不同的測試譜段引入不同透過率的濾光片是得整個測試系統(tǒng)的光譜靈敏度較為一致，提高系統(tǒng)的測試精度。單色儀出射的是自然光，可以分解成兩個正交的偏振光，經(jīng)過偏振片后，該自然就變成了線偏振光。
圖2所示，表示本實(shí)用新型的光電探測器部件，該部件采用高效的朗伯體漫射積分球，配合轉(zhuǎn)折光路，漫射板9.2以及光電倍增管9.1，構(gòu)成一個對入射光的入射方向在小范圍變化不敏感的光電探測系統(tǒng)。該積分球的大小與探測得到的光電信號的強(qiáng)弱密切相關(guān)，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，采用直徑為40至150mm的積分球效果最好，既保證了信號強(qiáng)度又保證了入射光角度的不敏感性。
本實(shí)用新型在光譜儀的信號檢測方面采用的是單光路法，及背景輻射與經(jīng)過樣品后的反射或透射輻射均采用同一光路進(jìn)行。同樣的本實(shí)用新型也使用于雙光路的光譜檢測系統(tǒng)。
本系統(tǒng)的電路與控制過程為(如圖3所示)計(jì)算機(jī)通過A/D、經(jīng)光電隔離后，控制“信號轉(zhuǎn)換與控制放大電路模塊”，直接控制并測試光電倍增管(本專利中采用GDB-159，實(shí)際上可以采用相應(yīng)檢測波段的光電探測器件)的光電信號，光電倍增管的高壓電源由樣品池的門開關(guān)來控制電源的開斷，已保證樣品池突然打開時，外界的強(qiáng)光不損壞光電倍增管，影響測試精度，通過電路程控硬放大、濾波與程序軟放大、濾波兩種方式，來保證測試信號的動態(tài)范圍與測試精度。
同時計(jì)算機(jī)通過I/O口、經(jīng)光電隔離后，控制“步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動與控制模塊”，驅(qū)動機(jī)構(gòu)多臺步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(樣品臺電機(jī)、探測器步進(jìn)電機(jī)、濾色片步進(jìn)電機(jī)、偏振片電機(jī)以及單色儀步進(jìn)電機(jī))，并由多個位置光電開關(guān)(如0度探測器、90度探測器，以及L濾色片探測器、H濾色片探測器，單色儀MIN探測器、單色儀MAX探測器以及偏振片0-DEG，樣品臺0-DEG)反饋運(yùn)動狀態(tài)，使計(jì)算機(jī)能夠?qū)崟r獲知整機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)，以便控制執(zhí)行測試任務(wù)。
電路連接方式為(如圖4所示)計(jì)算機(jī)通過內(nèi)插或采用外置式A/D卡，通過光電隔離器后，經(jīng)并排導(dǎo)線連接“信號轉(zhuǎn)換與控制放大電路模塊”，該模塊具有電流電壓轉(zhuǎn)換以及低噪程控放大功能，經(jīng)過上述模塊后，用屏蔽導(dǎo)線連接到系統(tǒng)的光電傳感器光電倍增管。本實(shí)用新型的光電傳感器件為光電倍增管，其高壓由高壓模塊WG965提供，而高壓模塊的電壓輸出又由裝在樣品池門上的光電開關(guān)GK151來控制。光電開關(guān)GK151是由一個小發(fā)光管與一個光電二極管構(gòu)成，在樣品池門上裝一個擋光片，當(dāng)門關(guān)上時，擋光片正好位于小發(fā)光管與一個光電二極管之間，光電二極管輸出信號給高壓模塊，高壓模塊切斷供給光電倍增管的高壓。這樣，可以保證樣品池突然打開時，外界的強(qiáng)光不損壞光電倍增管，影響儀器測試精度。
光電倍增管探測到的光電信號接入“信號轉(zhuǎn)換與控制放大電路模塊”，并由其進(jìn)行電流電壓變換、濾波以及程控放大后經(jīng)過排導(dǎo)線，在光電隔離之后進(jìn)入計(jì)算機(jī)的A/D卡。計(jì)算機(jī)采集A/D卡的數(shù)據(jù)，并經(jīng)過軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)放大、濾波處理，以保證測試信號的動態(tài)范圍與測試精度。
在運(yùn)動狀態(tài)控制部分(如圖5所示)計(jì)算機(jī)由I/O口，經(jīng)過光電隔離器后，經(jīng)并排導(dǎo)線連接“步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動與運(yùn)動狀態(tài)控制電路模塊”，該模塊具有執(zhí)行計(jì)算機(jī)運(yùn)動指令以及檢測儀器各個部件的狀態(tài)及位置功能。經(jīng)過該模塊的電機(jī)驅(qū)動部件，分別連接到達(dá)探測器驅(qū)動模塊，樣品臺驅(qū)動模塊，濾色片驅(qū)動模塊，偏振片驅(qū)動模塊以及單色儀驅(qū)動模塊，這些驅(qū)動模塊形成電機(jī)驅(qū)動電流信號，進(jìn)而連線輸送到各自的步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動電機(jī)運(yùn)動，帶動部件工作。
同時，由“步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動與運(yùn)動狀態(tài)控制電路模塊”P3-10幾個引線分別與探測器位置傳感光電開關(guān)0-DEG、90-DEG；樣品臺位置開關(guān)0-DEG；濾色片位置傳感光電開關(guān)L、H；單色儀波長位置光電開關(guān)MIN、MAX以及偏振片位置開關(guān)0-DEG連接，依據(jù)光電開關(guān)的輸出信號高低電平，來判斷探測器、樣品臺、濾色片、偏振片以及單色儀的位置與狀態(tài)。光電開關(guān)的工作原理已在前面論述。
探測器光電開關(guān)0-DEG與90-DEG的工作方式為計(jì)算機(jī)發(fā)出探測器測試命令后，探測器步進(jìn)電機(jī)先往一個方向轉(zhuǎn)，當(dāng)探測器轉(zhuǎn)臂上的光開關(guān)擋板切斷某一光電開關(guān)時比如0-DEG開關(guān)，該開關(guān)輸出低電平，計(jì)算機(jī)經(jīng)I/O口接收到該信息后停止電機(jī)轉(zhuǎn)動同時將此位置定為探測器的0度位置，進(jìn)而確定計(jì)算探測器的測試工作應(yīng)該在的位置所對應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)所應(yīng)該轉(zhuǎn)動的步數(shù)，然后發(fā)命令，經(jīng)I/O口，光電隔離以及“步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動與運(yùn)動狀態(tài)控制電路模塊”，探測器驅(qū)動板，驅(qū)動探測器電機(jī)轉(zhuǎn)動。90-DEG開關(guān)是冗余開關(guān)，用于控制探測器的極限位置，以避免探測器運(yùn)動失控。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1)該光譜檢測儀采用了轉(zhuǎn)動的樣品平臺和圍繞樣品臺轉(zhuǎn)動的光電探測器，能夠測試不同入射、出射角度的光譜特性；2)采用了偏振器，可以通過旋轉(zhuǎn)偏振器的角度改變測試光束的偏振方向，能夠測量不同的偏振光的光譜特性；3)在光電探測器前采用了積分球，使得光線從不同方向進(jìn)入積分球的都得到相同的測量結(jié)構(gòu)，從而消除了由于厚樣品引起光線偏折所產(chǎn)生的探測器上光信號和實(shí)際光信號的差異，使儀器可以準(zhǔn)確測量較厚光學(xué)器件的光譜特性(樣器的厚度可厚達(dá)120mm)；4)該儀器采用計(jì)算機(jī)自動控制，能夠自動控制單色儀進(jìn)行波長掃描，自動控制樣品臺的角度，光電探測器的方位以及測試偏振光狀態(tài)等。
權(quán)利要求1．液晶投影機(jī)中的分色合色元件的光譜檢測儀，其特征在于1)它依次包括白光光源[1]、透鏡[2]、單色儀[3]、準(zhǔn)直透鏡[4]、濾色片轉(zhuǎn)盤[5]、偏振器[6]，放置被測樣品[8]的樣品臺[7]，由金屬積分球[9.4]和光電倍增管[9.1]組成的光電探測器[9]空套在樣品臺[7]的轉(zhuǎn)軸上；2)光電探測器[9]中的光電倍增管[9.1]接信號轉(zhuǎn)換與程控放大模塊[10]，經(jīng)A/D采集卡[11]與計(jì)算機(jī)[15]相連；單色儀[3]、濾色片轉(zhuǎn)盤[5]、偏振器[6]、樣品臺[7]、光電探測器[9]的位置探測與反饋電路[13]接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動與控制模塊[12]，經(jīng)I/O卡[14]與計(jì)算機(jī)[15]相連。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶投影機(jī)中的分色合色元件的光譜檢測儀，其特征在于1)信號轉(zhuǎn)換與程控放大模塊[10]的J1腳、B1腳分別接A/D采集卡[11]和光電倍增管[9.1]的一端，信號轉(zhuǎn)換與程控放大模塊[10]的J2腳和高壓模塊[17]的J3腳接電源，高壓模塊[17]的B2腳、J4腳分別接光電倍增管[9.1]的另一端和樣品池門開關(guān)[16]；2)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動與控制模塊[12]的P1、P2腳分別接I/O卡和電源；P3、P4腳分別接光電探測器位置傳感光電開關(guān)0-DEG和90-DEG；P5、P6腳分別接濾色片轉(zhuǎn)盤位置傳感光電開關(guān)L和H；P7、P8腳分別接單色儀波長位置傳感光電開關(guān)MIN和MAX；P9腳接樣品臺位置傳感光電開關(guān)0-DEG；P10腳接偏振片位置傳感光電開關(guān)0-DEG；J1、J2、J3、J4、J5腳分別接樣品臺電機(jī)[7.1]、偏振片電機(jī)[6.1]、探測器電機(jī)[9.5]、濾色片電機(jī)[5.1]和單色儀電機(jī)[3.1]；X1、Y1腳，X2、Y2腳，X3、Y3腳，X4、Y4腳，X5、Y5腳分別接樣品臺驅(qū)動模塊[7.2]，偏振片驅(qū)動模塊[6.2]，光電探測器驅(qū)動模塊[9.6]，濾色片驅(qū)動模塊[5.2]和單色儀驅(qū)動模塊[3.2]。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶投影機(jī)中的分色合色元件的光譜檢測儀，其特征在于光電探測器[9]包括內(nèi)涂有反光層氧化鎂涂層[9.3]的金屬積分球[9.4]，金屬積分球[9.4]的一端能接收測量光束，另一端經(jīng)漫射板[9.2]接光電倍增管[9.1]。
4．根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的液晶投影機(jī)中的分色合色元件的光譜檢測儀，其特征在于光電倍增管[9.1]為GDB-159，信號轉(zhuǎn)換與程控放大模塊[10]為AK002，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動與控制模塊[12]為BK201，樣品池門開關(guān)[16]和位置傳感光電開關(guān)為GK151，高壓模塊[17]為WG956，驅(qū)動模塊為BQ201。
專利摘要液晶投影機(jī)中的分色合色元件的光譜檢測儀,依次包括白光光源、透鏡、單色儀、準(zhǔn)直透鏡、濾色片轉(zhuǎn)盤、偏振器、樣品臺、光電探測器。光電探測器中的光電倍增管接信號轉(zhuǎn)換與程控放大模塊,經(jīng)A/D卡與計(jì)算機(jī)相連;單色儀、濾色片轉(zhuǎn)盤、偏振器、樣品臺、光電探測器的位置探測與反饋電路接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動與控制模塊,經(jīng)I/O卡與計(jì)算機(jī)相連。利用轉(zhuǎn)動的光電探測器和偏振器能測試各種形狀各異的,不同入射角、出射角度的偏振光光譜特性的分色合色元件。
文檔編號G01J3/28GK2439018SQ0024828
公開日2001年7月11日 申請日期2000年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月1日
發(fā)明者李海峰, 劉旭, 黃文標(biāo), 劉向東, 顧培夫, 唐晉發(fā) 申請人:浙江大學(xué)