专利名称：球面光学元件光谱反射率测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及光学领域光谱测量仪器，更具体地说是涉及一种球面光学元件光谱反射率的测量装置及方法。
背景技术：
光学元件生产中，经常要检查元件的反射率等性能，以确保产品质量，如镀膜球面透镜的生产，一般通过测量其球面光谱反射率，以判断其镀膜光谱透过性能的优劣。
目前测量球面光学元件光谱反射特性，通常借助制作平面测试片，并使用平面反射光谱特性的测量仪器如日本岛津公司的UV2501-PC来进行，这种以平面测试片代替球面产品的测试结果，与实际产品的性能相比误差较大，因为球面反射毕竟不同于平面反射，特别是球面半径较小时，误差更大；另外当同一罩球面产品存在不均匀现象时，测试片难以反映这种不均匀情况。
现也有人使用日本OLYMPUS USPM-RU光谱测量仪直接测量球面产品的光谱反射特性。由于该仪器属显微式的光路测量系统，它只能测量球面产品上极小面积(Φ50μm)的反射率。因此，其测量结果同样不能代表整个球面的反射特性，而且测量时间长，另外这种仪器价格昂贵。
发明内容
本发明旨在克服上述仪器测量球面光学元件光谱反射率的缺陷和不足，提供一种结构简单实用的球面光谱反射率测量装置，并用该装置进行球面光谱反射率测量，使测量结果最为准确地表征元件整个球面或较大球面积的光谱反射特性。
本发明通过以下技术方案加以实现一种球面光学元件光谱反射率测量装置，包括光源系统、样品架、接收系统和数据分析处理系统，光源发射的光经置于样品架上的被测体球面反射后，被接收系统所接收，接收系统的输出端与数据分析处理系统相连。该装置的样品架上装有用于接触支承测量样品球面的三个圆珠，三圆珠呈三角形分布并分别位于三角形顶点；光源系统和接收系统共有一支传光器件，它是一种Y型光纤束，光纤束的并头端即光源发射端和反射光接收端，大体置于凹面样品球面的球心位置或凸面样品球面球心通过会聚透镜形成的像点位置，其分叉端则分别与光源系统及接收系统中的光源和接收器耦合相接。
球面光学元件一般有凹面和凸面两种，为有效测量凸面样品的光谱反射特性，该装置还在被测体与光纤束并头端之间安装一个可移动并可定位的会聚透镜。
该装置光源系统的光源采用溴钨灯，其接收系统的接收器是一列阵CCD，所述数据分析处理系统为一台计算机。
利用该装置进行球面光学元件光谱反射率的测量方法是首先在样品架上不放样品，对测量装置进行校零；然后取与样品相同球面半径的光坯置在三个圆珠上，并使光坯球面与三个圆珠接触良好；启动光源，将光纤束并头端大体调至凹面样品光坯的球心位置(如凸面样品光坯测试则将光束并头端大体调至光坯球心通过会聚透镜形成的像点位置)；继续启动各系统装置，并参照光坯材料的理论反射率值，让数据分析处理系统得到一组作为样品测量基准的光谱反射数据；取下光坯，并保持(光坯测试时)样品架、三个圆珠、会聚透镜及光纤并头端的位置不变，将与光坯相应的样品置在样品架的圆珠上进行测量，通过数据分析处理系统取得样品光谱反射率曲线。
本发明将被测球面放置在三个圆珠上，根据圆的相切特性，被测球面不管在圆珠上如何滑动，其球心位置始终保持不变。当Y型光纤束并头端调至凹面样品的球心位置或凸面样品球心通过会聚透镜形成的像点位置时，相当大面积乃至整个球面的反射光均将聚集于光纤接收端，并被光纤束传输至接收器接收。
因此，本发明的测量结果最为全面表征整个球面的光谱反射特性，较为准确反映球面光学元件的实际性能。此外本发明装置结构简单实用，制造成本低，其测试方法简便可靠省时，容易操作。
图1是本发明凹面样品测试光路原理系统框图。
图2是本发明凸面样品测试光路原理系统框图。
图3是本发明实施例装置示意图。
图4是本发明装置的样品架俯视图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
如图3，本测量装置主要由样品架1、光源系统、接收系统和数据分析处理系统组成。为了使装置能有效测量较大面积凸面样品球面的光谱反射率，在被测体与光纤束并头端9之间(即样品架1与光纤支架2之间)安装一个透镜支架3，透镜支架上装有一个会聚透镜8。样品架、透镜支架和光纤支架同套装在立柱4上，为方便调节和光路对准，它们均设计为上下左右可移动并可绕立柱旋转和定位。样品架上设有径向可调的三爪架5，它们在架上分布互为120°(参照图4)，三爪架凸起的顶端分别镶嵌有Φ3-7mm相同直径的钢珠6。径向调节三爪架位置，使架上三个钢珠适于接触支承被测体球面，并最好位于一等边三角形顶点。
所述光源系统和接收系统可自行设计制作，也可借用或改装常规或市售的光源系统和光谱检测器(如日本大塚MCPD检测器)，其中光源为溴钨灯，波长范围200nm-800nm左右，接收器为列阵CCD，并配一根Y型光纤束7作为传光器件。光纤束分叉端分别与光源及接收系统中的光源和接收器耦合相接，光纤束并头端9(即光源发射端与反射光接收端)装插于光纤支架2上。
本测量装置的数字分析处理系统为一台计算机，接收系统的输出端与之相接。
测试前，一般应先校正装置，使三圆珠所组成的三角形中心、会聚镜中心、光纤束并头端中心基本在同一垂线上(如测试凹面样品，则毋需会聚透镜，可将会聚透镜绕立柱旋转移到其它不影响测试的位置)，然后按以下方法步骤进行球面光学元件光谱透过率测试(1)在样品架上先不放样品，对测量装置进行校零；(2)取与样品相同球面半径的光坯置在三个圆珠上，并使光坯球面与三个圆珠接触良好；启动光源，将光纤束并头端大体调至凹面样品光坯的球心位置，如测试凸面样品光坯，则调至凸面样品光坯球心通过会聚透镜形成的像点位置(一般将光纤束并头端调至其端面出现较小较亮的光斑时，则认为光纤并头端到了前述的位置，这时便停止调节)，继续启动各系统装置，并参照光坯材料的理论反射率值，让数据分析处理系统得到一组作为样品测量基准的光谱反射数据；(3)取下光坯，保持样品架、三个圆珠、会聚镜及光纤并头端的位置不变，将与光坯相应的样品置在样品架的圆珠上进行测量，通过数据分析处理系统取得样品光谱反射率曲线。
权利要求
1.一种球面光学元件光谱反射率测量装置，包括光源系统、样品架、接收系统和数据分析处理系统，光源发射的光经置于样品架上的被测体球面反射后，被接收系统所接收，接收系统的输出端与数据分析处理系统相连，其特征在于所述的样品架装设有三个圆珠，用于支承接触测量样品球面，三个圆珠呈三角形分布，它们分别位于三角形顶点；所述光源系统和接收系统共有一传光器件是一种Y型光纤束，光纤束的并头端即光源发射端和反射光接收端，大体置于凹面样品球面的球心位置或凸面样品球面球心通过会聚透镜形成的像点位置，其分叉端则分别与光源系统及接收系统中的光源和接收器耦合相接。
2.根据权利要求1所述的球面光学元件光谱反射率测量装置，其特征是，在被测体与光纤束并头端之间还安装一个可移动并可定位的会聚透镜，用于凸面样品的测量。
3.根据权利要求1或2所述的球面光学元件光谱反射率测量装置，其特征是所述样品架上装设的三个圆珠为相同直径的球型钢珠，它们分别位于等边三角形的顶点。
4.根据权利要求1或2所述的球面光学元件光谱反射率测量装置，其特征是所述光源系统中的光源为溴钨灯。
5根据权利要求1或2所述的球面光谱光学元件反射率测量装置，其特征是所述接收系统中的接收器是一列阵CCD。
6根据权利要求1或2所述的球面光学元件光谱反射率测量装置，其特征是所述数据分析处理系统是一台计算机。
7.一种利用权利要求1或2所述的测量装置进行球面光学元件光谱反射率测量的方法，其特征在于包括如下步骤(1)在样品架上先不放样品，对测量装置进行校零；(2)取与样品相同球面半径的光坯置在样品架的圆珠上，并使光坯球面与三个圆珠接触良好；启动光源，将光纤束并头端大体调至凹面样品光坯的球心位置或凸面样品光坯球心通过会聚透镜形成的像点位置；继续启动各系统装置，并参照光坯材料的理论反射率值，让数据分析处理系统得到一组作为样品测量基准的光谱反射数据；(3)取下光坯，并保持样品架、三个圆珠、会聚镜及光纤并头端的位置不变，将与光坯相应的样品置在样品架的圆珠上进行测量，通过数据分析处理系统取得样品光谱反射率曲线。
8.根据权利要求7所述的球面光学元件光谱反射率测量方法，其特征是所述将光纤束并头端大体调至凹面样品光坯的球心位置或凸面样品光坯球心通过会聚透镜形成的像点位置，是将光纤束并头端调至其端面出现较小较亮的光斑为止。
全文摘要
一种球面光学元件光谱反射率的测量装置及方法，该装置包括光源系统、样品架、接收系统、数据分析处理系统等。其特点是样品架上设有三个钢珠，它们分别位于一平面三角形顶点，被测体球面放置于三个钢珠上；光源发射端和反射光接收端同置于凹面样品球面的球心位置或凸面样品球面球心通过会聚透镜形成的像点位置，并以相同球面半径的光坯反射光谱为基准，利用计算机进行数据分析处理，取得球面光学元件光谱反射率曲线。这种装置结构简单实用，造价低，其测试方法简便可靠省时，测量结果与同类测量装置相比，较全面表征整个球面或较大球面积的光谱反射特征，更为准确反映球面光学元件的实际性能，特别适用于镀膜光学元件生产的质量检查。
文档编号G01J3/28GK1995944SQ20061012437
公开日2007年7月11日 申请日期2006年12月25日 优先权日2006年12月25日
发明者姚建政, 钟汉民, 罗新华 申请人:姚建政