專利名稱：光學(xué)元件透射光譜自動(dòng)面掃描測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光譜測量，特別是一種能夠測量大尺寸光學(xué)元件的 光學(xué)元件透射光譜自動(dòng)面掃描測量裝置。
技術(shù)背景分光光度計(jì)是光學(xué)元件光譜特性測量最常見的測量儀器，它可以測 量光學(xué)元件的反射率、透射率、吸收等光譜特性?，F(xiàn)有的分光光度計(jì)的光路圖如圖1所示，光源04由鹵素?zé)?1、氘 燈03和第一半透半反鏡02構(gòu)成，第一半透半反鏡02的旋轉(zhuǎn)軸與主光路 成22. 5° ，気燈03的光軸與第一半透半反鏡02的旋轉(zhuǎn)軸成22. 5° ;光 源04發(fā)出的光經(jīng)單色系統(tǒng)07后成為單色光，單色光經(jīng)第二半透半反鏡 09后分成透射光束和反射光束，水平的透射光束用作測量光束，反射光 束用作參考光束，樣品IO豎直地置于測量光路中。像一些大型光學(xué)系統(tǒng) 中使用的光學(xué)元件，由于元件尺寸和質(zhì)量都較大，現(xiàn)有分光光度計(jì)的樣 品室無法放置，并且如果元件豎直放置，不能保證測量元件的安全，所 以，現(xiàn)有的分光光度計(jì)不能滿足大尺寸光學(xué)元件光譜測量的需要。另外， 現(xiàn)有分光光度計(jì)只能進(jìn)行光學(xué)元件的單點(diǎn)的光譜測量，不能對(duì)光學(xué)元件 進(jìn)行二維自動(dòng)面掃描測量。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供 一種光學(xué)元件透射光譜自動(dòng)面掃描測量裝置，該裝置能測量大尺寸光學(xué) 元件透射光譜，并且對(duì)大尺寸光學(xué)元件自動(dòng)進(jìn)行二維面掃描透射光譜測本實(shí)用新型的解決方案如下一種光學(xué)元件透射光譜自動(dòng)面掃描測量裝置，其構(gòu)成包括光源、光 闌、第一會(huì)聚鏡、單色系統(tǒng)、準(zhǔn)直透鏡組和第二半透半反鏡、參考光路、 測量光路、第三半透半反鏡、第二會(huì)聚鏡、待測樣品、信號(hào)接收系統(tǒng)和 計(jì)算機(jī)，其特點(diǎn)在于所述的測量光路由第二半透半反鏡反射的豎直光路和依次設(shè)置的待 測樣品、第一反射鏡、第三半透半反鏡和第二會(huì)聚鏡構(gòu)成；所述的待測 樣品置于樣品臺(tái)上，該樣品臺(tái)由樣品架、燕尾式滑動(dòng)導(dǎo)軌和二維電動(dòng)平 移臺(tái)構(gòu)成，所述的待測樣品水平地放置在所述的樣品臺(tái)的樣品架上，所 述的待測樣品隨著二維電動(dòng)平移臺(tái)進(jìn)行二維移動(dòng)；所述的參考光路由通過所述的第二半透半反鏡的水平光路和依次設(shè)置的第二反射鏡、第三半透半反鏡和第二會(huì)聚鏡構(gòu)成；所述的計(jì)算機(jī)的輸入端接所述的信號(hào)接收系統(tǒng)的輸出端，該計(jì)算機(jī) 具有控制軟件，該計(jì)算機(jī)通過信號(hào)線分別與所述的第一半透半反鏡、第 二半透半反鏡、第三半透半反鏡、單色系統(tǒng)和二維電動(dòng)平移臺(tái)相連，所 述的計(jì)算機(jī)通過控制軟件控制所述的第一半透半反鏡、第二半透半反鏡、 第三半透半反鏡、單色系統(tǒng)和二維電動(dòng)平移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。所述的光源由鹵素?zé)?、第一半透半反鏡和氖燈構(gòu)成，在一條直線上 的所述的鹵素?zé)簟⒌谝话胪赴敕寸R、光闌、第一會(huì)聚鏡、單色系統(tǒng)、準(zhǔn) 直透鏡組和第二半透半反鏡構(gòu)成主光路，所述的第一半透半反鏡的旋轉(zhuǎn) 軸與所述的主光路成22.5° ，所述的氖燈的光軸與所述的第一半透半反 鏡的旋轉(zhuǎn)軸成22.5。。所述的第一半透半反鏡、第二半透半反鏡、第三半透半反鏡都是一 繞其垂直的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的圓片，該圓片的一半為通光孔，另一半是反光 的半圓片。所述的信號(hào)接收系統(tǒng)由光電倍增管和A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。本實(shí)用新型的技術(shù)效果
① 本實(shí)用新型所述的待測樣品水平地放置在所述的樣品臺(tái)的樣品 架上，因此可以測量大尺寸光學(xué)元件的透射光譜，與傳統(tǒng)的分 光光度計(jì)相比，最大被測元件尺寸大大增加；
② 本實(shí)用新型采用二維電動(dòng)平移臺(tái)，利用控制軟件實(shí)現(xiàn)了光學(xué)元 件的透射光譜的自動(dòng)面掃描測量，測量過程中無需人工介入。
③ 本實(shí)用新型將待測大尺寸元件水平放置，確保待測元件的安全 性。
④ 本實(shí)用新型的計(jì)算機(jī)在Win9x/NT/XP操作系統(tǒng)下全自動(dòng)控制本 實(shí)用新型裝置自動(dòng)運(yùn)行，命令輸入操作方便。 本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了大尺寸光學(xué)元件的透射光譜測量，可測量的
光學(xué)元件的最大尺寸為400mmX600mm;利用計(jì)算機(jī)的控制軟件的
控制實(shí)現(xiàn)了光學(xué)元件的自動(dòng)面掃描測量。

圖1是現(xiàn)有分光光度計(jì)的原理圖和主光路圖
圖2是本實(shí)用新型光學(xué)元件透射光譜自動(dòng)面掃描測量裝置的結(jié)構(gòu)示
意圖
圖3是本實(shí)用新型中半透半反鏡的平面結(jié)構(gòu)圖 圖4是本實(shí)用新型中控制軟件的流程圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限 制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
先請(qǐng)參閱圖2，圖2是本實(shí)用新型光學(xué)元件透射光譜自動(dòng)面掃描測 量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，也是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可見，本實(shí)用新型光學(xué)元件透射光譜自動(dòng)面掃描測量裝置，其構(gòu)成包括
光源04、光闌05、第一會(huì)聚鏡06、單色系統(tǒng)07、準(zhǔn)直透鏡組08和第二 半透半反鏡09、參考光路、測量光路、第三半透半反鏡17、第二會(huì)聚鏡 18、樣品IO、信號(hào)接收系統(tǒng)22和計(jì)算機(jī)21，所述的測量光路由第二半 透半反鏡09反射的豎直光路和依次設(shè)置的待測樣品10、第一反射鏡15、 第三半透半反鏡17和第二會(huì)聚鏡18構(gòu)成；
所述的參考光路由通過所述的第二半透半反鏡09的水平光路和依 次設(shè)置的第二反射鏡16、第三半透半反鏡17和第二會(huì)聚鏡18構(gòu)成；
所述的待測樣品10置于樣品臺(tái)14上，該樣品臺(tái)14由樣品架12、 燕尾式滑動(dòng)導(dǎo)軌11和二維電動(dòng)平移臺(tái)13構(gòu)成，所述的待測樣品10水平 地放置在所述的樣品臺(tái)14的樣品架12上，所述的待測樣品10隨著二維 電動(dòng)平移臺(tái)13進(jìn)行二維移動(dòng)；
所述的計(jì)算機(jī)21的輸入端接所述的信號(hào)接收系統(tǒng)22的輸出端，該 計(jì)算機(jī)21具有控制軟件，該計(jì)算機(jī)21通過信號(hào)線分別與所述的第一半 透半反鏡02、第二半透半反鏡09、第三半透半反鏡17、單色系統(tǒng)07和 二維電動(dòng)平移臺(tái)13相連，所述的計(jì)算機(jī)21通過控制軟件控制所述的第 一半透半反鏡02、第二半透半反鏡09、第三半透半反鏡17、單色系統(tǒng) 07和二維電動(dòng)平移臺(tái)13的運(yùn)動(dòng)。
所述的光源04由鹵素?zé)?1、第一半透半反鏡02和氖燈03構(gòu)成， 在一條直線上的所述的鹵素?zé)鬙l、第一半透半反鏡02、光闌05、第一 會(huì)聚鏡06、單色系統(tǒng)07、準(zhǔn)直透鏡組08)和第二半透半反鏡09構(gòu)成主 光路，所述的第一半透半反鏡02的旋轉(zhuǎn)軸與所述的主光路成22.5。， 所述的氘燈03的光軸與所述的第一半透半反鏡02的旋轉(zhuǎn)軸成22. 5° 。
所述的第一半透半反鏡02、第二半透半反鏡09和第三半透半反鏡 17都是一繞其垂直的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的圓片，參見圖2，該圓片的一半為通光孔，另一半是反光的半圓片。
樣品臺(tái)14的最大載重為50kg，可測量的待測樣品10最大尺寸為 400mmX600mm。鑒于待測樣品10的尺寸和質(zhì)量都較大，將待測樣品10 水平放置于樣品臺(tái)14上，可以保證待測樣品10的安全性；樣品架12 的大小可以調(diào)節(jié)。
第一半透半反鏡02、第二半透半反鏡09和第三半透半反鏡17、單 色系統(tǒng)07、 二維電動(dòng)平移臺(tái)13、 A/D轉(zhuǎn)換器20通過數(shù)據(jù)線和計(jì)算機(jī)21 相連，所述控制軟件具有采集單色系統(tǒng)07的數(shù)據(jù)、對(duì)單色系統(tǒng)07的當(dāng) 前波長進(jìn)行定位以及調(diào)節(jié)單色系統(tǒng)07波長的功能，還具有采集二維電動(dòng) 平移臺(tái)13的數(shù)據(jù)、對(duì)二維電動(dòng)平移臺(tái)13的位置進(jìn)行定位以及驅(qū)動(dòng)二維 電動(dòng)平移臺(tái)13至設(shè)定位置的功能，此外還有控制第一半透半反鏡02、 第二半透半反鏡09和第三半透半反鏡17的旋轉(zhuǎn)以及轉(zhuǎn)動(dòng)速率，采集、 處理A/D轉(zhuǎn)換器20信號(hào)的功能。測量時(shí)，計(jì)算機(jī)在完成一個(gè)點(diǎn)的透射率 測量之后，控制軟件的電動(dòng)平移臺(tái)控制模塊根據(jù)預(yù)先設(shè)定的測量點(diǎn)數(shù)和 測量范圍，計(jì)算兩個(gè)測量點(diǎn)間的間距，通過二維電動(dòng)平移臺(tái)13將樣品 IO驅(qū)動(dòng)到下一個(gè)測量位置，然后進(jìn)行下一設(shè)置點(diǎn)的測量，直至完成測量 范圍內(nèi)所有設(shè)定點(diǎn)的透射光譜測量。
所述第三半透半反鏡17將測量光束和參考光束合成一束，經(jīng)第二會(huì) 聚鏡18，進(jìn)入光電倍增管19。測量過程中計(jì)算機(jī)21控制第二半透半反 鏡09和第三半透半反鏡17同步轉(zhuǎn)動(dòng)，即同時(shí)提供透射或者反射的功能， 并且在計(jì)算時(shí)加以區(qū)分，這樣通過一個(gè)信號(hào)接收系統(tǒng)22就能探測測量光 束和參考光束的光強(qiáng)。
本實(shí)用新型的工作情況如下圖4所示為本實(shí)用新型控制軟件的流 程圖，利用本實(shí)用新型光學(xué)元件透射光譜自動(dòng)面掃描測量裝置進(jìn)行光學(xué) 元件透射光譜自動(dòng)面掃描測量的方法，包括下列步驟① 首先在所述的計(jì)算機(jī)上設(shè)置測量光譜范圍 ^rt、 Xend，測量波長間隔
A人，測量元件尺寸X^te、 y^k以及面掃描測量的點(diǎn)數(shù)N;
② 在所述的樣品臺(tái)14上先不放置待測樣品10，對(duì)測量裝置進(jìn)行校零:
根據(jù)預(yù)先設(shè)置的測量光譜范圍，通過第一半透半反鏡02選擇鹵素?zé)?1或
氘燈03作為光源，將所述的單色系統(tǒng)07的波長調(diào)節(jié)至^art，光源發(fā)出的
光經(jīng)光闌05和第一會(huì)聚鏡06后進(jìn)入單色系統(tǒng)07，由單色系統(tǒng)07出射的單 色光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡組08變成平行光束，然后入射到第二半透半反鏡09上， 該第二半透半反鏡09在計(jì)算機(jī)21的控制下高速旋轉(zhuǎn)，將入射光束分成透 射光束和反射光束，透射光束作為參考光束，經(jīng)第二反射鏡16反射至第 三半透半反鏡17，反射光束作為測量光束，穿過所述的樣品臺(tái)14經(jīng)第一 反射鏡15反射至第三半透半反鏡17，該第三半透半反鏡17將參考光束和 測量光束合成一束，經(jīng)第二會(huì)聚鏡18后進(jìn)入光電倍增管19檢測并輸出模 擬信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換器20將光電倍增管19的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入 所述的計(jì)算機(jī)21，該計(jì)算機(jī)21通過所述的控制軟件控制所述的第二半透 半反鏡09和第三半透半反鏡17同步旋轉(zhuǎn)，采集所述的A/D轉(zhuǎn)換器20的數(shù)
據(jù)，獲得當(dāng)前波長的測量光路的透過率La)和參考光路的透過率iva)，
并分別將信號(hào)保存在數(shù)組L [num] 、 T/ [mim]中，然后控制軟件將所述的 單色系統(tǒng)07的波長調(diào)節(jié)為X+AX，重復(fù)上述步驟，直至獲得所要測量波
長范圍內(nèi)測量光路的全部透過率信息LOWrt)，……，1\(入^)和參考光 路的全部透過率信息TVa自)，……，TVaeJ，校零完畢；
③在樣品臺(tái)14上放置待測樣品10，重復(fù)第②步的操作對(duì)所述的待 測樣品10進(jìn)行測量，得到所要測量波長范圍內(nèi)測量光路的全部透過率信息:t2astart)，……，t20iend)和參考光路的全部透過率信息t2'astart)，……，
丁2'(入end);
④ 計(jì)算機(jī)2i進(jìn)行數(shù)據(jù)處理Ta)= ava)xLa))/(T2a)xiva)),
其中X的范圍為Xs加到入end，即獲得待測樣品10 —個(gè)測量點(diǎn)的透過率 t(人)；
⑤ 計(jì)算機(jī)21根據(jù)面掃描測量的點(diǎn)數(shù)n，通過所述的二維電動(dòng)平移臺(tái)
13將待測樣品10驅(qū)動(dòng)到下一個(gè)測量點(diǎn)位置，然后重復(fù)第③、④步的測 量，完成該測量點(diǎn)的測量；
⑥ 重復(fù)第⑤步，直至完成測量范圍內(nèi)待測樣品io所有設(shè)定的測量點(diǎn)
的透射光譜測量。
本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了大尺寸光學(xué)元件的透射光譜測量，可測量的光學(xué)
元件的最大尺寸為400mmX600mm;利用計(jì)算機(jī)的控制軟件的控制實(shí)現(xiàn)了 光學(xué)元件的自動(dòng)面掃描測量。
權(quán)利要求1、一種光學(xué)元件透射光譜自動(dòng)面掃描測量裝置，其構(gòu)成包括光源(04)、光闌(05)、第一會(huì)聚鏡(06)、單色系統(tǒng)(07)、準(zhǔn)直透鏡組(08)和第二半透半反鏡(09)、參考光路、測量光路、第三半透半反鏡(17)、第二會(huì)聚鏡(18)、待測樣品(10)、信號(hào)接收系統(tǒng)(22)和計(jì)算機(jī)(21)，其特征在于所述的測量光路由第二半透半反鏡(09)反射的豎直光路和依次設(shè)置的待測樣品(10)、第一反射鏡(15)、第三半透半反鏡(17)和第二會(huì)聚鏡(18)構(gòu)成；所述的待測樣品(10)水平地放置在所述的樣品臺(tái)(14)的樣品架(12)上，該樣品臺(tái)(14)由樣品架(12)、燕尾式滑動(dòng)導(dǎo)軌(11)和二維電動(dòng)平移臺(tái)(13)構(gòu)成，所述的待測樣品(10)隨著二維電動(dòng)平移臺(tái)(13)進(jìn)行二維移動(dòng)；所述的參考光路由通過所述的第二半透半反鏡(09)的水平光路和依次設(shè)置的第二反射鏡(16)、第三半透半反鏡(17)和第二會(huì)聚鏡(18)構(gòu)成；所述的計(jì)算機(jī)(21)的輸入端接所述的信號(hào)接收系統(tǒng)(22)的輸出端，該計(jì)算機(jī)(21)通過信號(hào)線分別與所述的第一半透半反鏡(02)、第二半透半反鏡(09)、第三半透半反鏡(17)、單色系統(tǒng)(07)和二維電動(dòng)平移臺(tái)(13)相連，所述的計(jì)算機(jī)(21)通過具有的控制軟件控制所述的第一半透半反鏡(02)、第二半透半反鏡(09)、第三半透半反鏡(17)、單色系統(tǒng)(07)和二維電動(dòng)平移臺(tái)(13)的運(yùn)動(dòng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件透射光譜自動(dòng)面掃描測量裝置， 其特征在于所述的第一半透半反鏡(02)、第二半透半反鏡(09)、第三 半透半反鏡(17)都是一塊繞其垂直的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的圓片，該圓片的一半 為通光孔，另一半是反光的半圓片。
3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)元件透射光譜自動(dòng)面掃描測量裝 置，其特征在于所述的信號(hào)接收系統(tǒng)(22)由光電倍增管(19)和A/D 轉(zhuǎn)換器(20)構(gòu)成。
專利摘要一種光學(xué)元件透射光譜自動(dòng)面掃描測量裝置，包括光源、光闌、第一會(huì)聚鏡、單色系統(tǒng)、準(zhǔn)直透鏡組和第二半透半反鏡、參考光路、測量光路、第三半透半反鏡、第二會(huì)聚鏡、待測樣品、信號(hào)接收系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)，其特點(diǎn)在于所述的測量光路對(duì)水平地放置的待測樣品進(jìn)行測量；所述的計(jì)算機(jī)具有控制軟件，該計(jì)算機(jī)通過信號(hào)線分別與第一半透半反鏡、第二半透半反鏡、第三半透半反鏡、單色系統(tǒng)、二維電動(dòng)平移臺(tái)和信號(hào)接收系統(tǒng)相連，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了光學(xué)元件的透射光譜測量，可測量的光學(xué)元件的最大尺寸為400mm×600mm；利用計(jì)算機(jī)控制軟件的控制實(shí)現(xiàn)了光學(xué)元件的自動(dòng)面掃描測量。
文檔編號(hào)G01M11/02GK201322684SQ20082015574
公開日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2008年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日
發(fā)明者葵 易, 朱美萍, 范正修 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所