一种滤光片光谱透过率测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光学测量领域，具体涉及一种滤光片光谱透过率测量装置，用于实现可见光波段内滤光片透过率曲线的一次性测量。
【背景技术】
[0002]滤光片在军事、国防、通讯、环境监测及科学实验等领域都有着广泛的应用。光谱透过率是滤光片的重要性能参数之一，如何精确且无损伤的测定滤光片的光谱透过率，直接关系着测量信号的准确还原。滤光片对不同波长的光透射能力不同(光谱透过率)，通常定义为:τ(λ) = It(A)Aid(A),其中1。(\)为未加滤光片时探测到的波长λ的光强，Ιτ(λ)为加上滤光片后得到的对应波长的光强。
[0003]传统方法中通常利用单色仪测量滤光片的透过率，通常采用单个光电倍增管作为探测器件，这导致每次只能输出一个单色光，当在整个光谱范围内(尤其是滤光片带宽较宽时)进行滤光片透过率时测量耗时较长，同时光电倍增管的像元尺寸通常较大，导致得到的滤光片光谱透过率分辨率不高。为了提高滤光片光谱透过率测量速度和测量精度，同时为了实现高分辨率测量，本发明提供了一种利用分光元件结合线阵CCD探测器的装置。目前，该技术还未见相关报道。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种滤光片光谱透过率测量装置，仅需要进行单次采集即可完成对滤光片透过率光谱曲线的测量。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]—种滤光片光谱透过率测量装置，其特征在于:包括有积分球光源、耦合光纤，积分球光源的前方光路上依次设有狭缝光阑、准直镜头、待测滤光片、分光元件，分光元件的反射光路上依次设有聚焦镜头、线阵CCD探测器，线阵CCD探测器的信号输出端连接计算机；积分球光源发出的均匀光束，由耦合光纤传导，经狭缝光阑和准直镜头后，照射到分光元件上，进行分光，由聚焦镜头聚焦至线阵C⑶探测器上，线阵CXD探测器将数据上传至计算机；所述的所有部件同轴且准直。
[0007]所述的一种滤光片光谱透过率测量装置，其特征在于:所述的待测滤光片放置于准直镜头后面，也可以置于聚焦镜头的前面。
[0008]所述的一种滤光片光谱透过率测量装置，其特征在于:所述的积分球光源上设有光度计。
[0009]所述的一种滤光片光谱透过率测量装置，其特征在于:所述的耦合光纤的数值孔径与准直镜头的F数相匹配。
[0010]所述的一种滤光片光谱透过率测量装置，其特征在于:所述的分光元件通常采用平面分光光栅；分光元件固定于精密旋转台上，测量范围主要集中在400-700nm的可见光波段，可以扩展至350-900nm波段。[0011 ] 积分球光源米用连续输出稳态的、准朗伯性的均勾面光源，输出光充满親合光纤视场与其端面。
[0012]准直/聚焦镜头采用商用镜头，可以实现最佳的光学性能。
[0013]分光元件采用平面分光光栅，固定于精密旋转台上，通过控制器调节旋转台的转角，进而得到所需要的测量波段。
[0014]狭缝光阑与线阵CXD探测器芯片分别位于准直镜头和聚焦镜头的焦平面上，保证最好的成像效果，减少光学像差对测量的影响。
[0015]计算机主要用于数据采集、处理与存储，控制光栅旋转，实现波长扫描。
[0016]与现有技术相比，本发明具有以下突出的优点:
[0017]1、本滤光片光谱透过率测试装置，一次测量即可得到滤光片光谱透过率曲线，避免了多次波长扫描；滤光片光谱透过率曲线的分辨率依赖于探测器单个像元的尺寸，可以达到0.03nm甚至更高。
[0018]2、透射式系统相对孔径大，商业用镜头的F数可以很容易达到2.0以下，可以有效提高信噪比。同时选用商业镜头，可以达到最佳的成像质量，最低化对滤光片测量的影响同时降低成本。
[0019]3、系统测量范围在400-700nm的可见光波段，可以扩展至350-900nm波段，大大满足了科研上对不同光波段滤光片的测试需求。整套系统结构简单、紧凑，像差小、效率高。
[0020]4、该装置同时适合于其他光学镜片、分束片等的光谱透过率测量，同时在非测试阶段可以作为常规光谱仪使用。
【附图说明】
[0021]图1为本发明的结构示意图。
[0022]其中I为积分球光源，2为耦合光纤，3为狭缝光阑，4为准直镜头，5为待测滤光片，6为分光元件，7为聚焦镜头，8为线阵CXD探测器，9为计算机。
【具体实施方式】
[0023]如附图所示，一种滤光片光谱透过率测量装置，由宽波段均匀积分球光源I出射的光由耦合光纤2传输至入射狭缝光阑3，经过准直镜头4后形成平行光，平行光经过分光元件6进行分光，分光后的光束经过聚焦镜头7成像于线阵CCD8上。待测滤光片5置于准直镜头4之后，且表面要与入射光束垂直，以便消除光束入射角引起的测量误差；积分球光源I用于提供均匀面光源，内置溴钨灯，该灯源稳定性好，温度高，寿命长且安装方便，其发光光强可以根据实际需要进行调整。积分球光源I内置了光度计用于监测输出辐照度的稳定性。耦合光纤2的数值孔径与准直镜头4视场相匹配，有效的避免了杂散光，耦合光纤2与狭缝光阑3之间通过专门的光纤接口相连，实现两者之间的对准连接。为了尽量降低整套系统分辨率的影响，狭缝光阑3宽度可调，且调至极限谱分辨率宽度。准直镜头4和聚焦镜头6使用商业镜头，成本较低，同时可以达到最小的像差。分光元件5采用平面分光光栅，覆盖了可见光波段；仪器的控制(如波长扫描，探测器采集等)全部由计算机9控制。为避免杂散光的干扰，整套标定系统置于全黑实验室内。实验过程中，为了保持所有部件同轴且准直，所有器件固定于专门的光学平台上。
[0024]在待测滤光片光谱透过率测量过程中，根据测量需要转动光栅到所需探测的波段，通过控制软件转动光栅支撑台，转动到所需测量的波段，由于光栅转台回程差的存在，导致未必能够转动到精确的波长位置，因此首先将耦合光纤与高精度光谱仪标定装置(李颖颖，符佳，石跃江等，中国实用新型专利‘高精度光谱仪标定装置’，申请号:201120502962.9，授权公告号:CN 202494518 U，授权公告日=2012.10.17)相连接，使用探测器上采集到的多条已知发射谱线及对应谱线在探测器上的位置，利用二阶多项式λ =λο+a!.pix+a2.pix2 (其中λ。为像元序数O处对应的波长，a丨为线色散率(nm/pixel)，a 2的单位为(nm/pixel)2，pix为像素序数)完成精确的波长标定，即确定波长与探测器像元序数的一一对应关系，建立探测器像元数与波长对应关系数据库，同时可以得到系统的仪器函数。
[0025]根据积分球光源操作步骤，打开积分球电源，设定工作参数。待积分球加热稳定(约15分钟后)，关闭光源出口进行暗电流扣除；打开光源出口使用耦合光纤将积分球出口光耦合至狭缝光阑处。
[0026]为了扣除CCD噪声的影响，在正式测量前，首先关闭CCD芯片前的机械快门，采集一副背景谱。在后面的测量过程中使得CCD工作于背景扣除模式下，同时保持有效采样时间、工作模式均不变。同时保持足够的信噪比，通过提高采样时间或者增加积分球光源强度的方法提高整套系统的通光量。
[0027]具体测量步骤为:①空测，在放置盲滤光片的情况下，利用线阵CCD测量得到的光谱曲线为1<:(λ);②实测，保持其他所有条件均不变，插入待测滤光片，此时得到的光谱曲线为:Ιτ(λ);③为了扣除光子散粒噪声等的影响，对前面两种条件下测量到的曲线进行信号平滑处理，利用公式Τ(λ) = Ιτ(λ)/Ι0(λ)即得到待测滤光片的光谱透过率曲线。由于测量系统本身存在一定程度的仪器展宽，在对超窄滤光片测量时，通过反卷积的方法扣除仪器展宽效应的影响。利用软件程序进行全自动的数据处理，并生成测试报告进行存档。
[0028]若待测滤光片的光谱带宽较宽，超过了本发明单次可测量的波段范围，则通过重复上述测量步骤来完成测量。
【主权项】
1.一种滤光片光谱透过率测量装置，其特征在于:包括有积分球光源、耦合光纤，积分球光源的前方光路上依次设有狭缝光阑、准直镜头、待测滤光片、分光元件，分光元件的反射光路上依次设有聚焦镜头、线阵CCD探测器，线阵CCD探测器的信号输出端连接计算机；积分球光源发出的均匀光束，由耦合光纤传导，经狭缝光阑和准直镜头后，照射到分光元件上，进行分光，由聚焦镜头聚焦至线阵C⑶探测器上，线阵CXD探测器将数据上传至计算机；所述的所有部件同轴且准直。2.根据权利要求1所述的一种滤光片光谱透过率测量装置，其特征在于:所述的待测滤光片放置于准直镜头后面，也可以置于聚焦镜头的前面。3.根据权利要求1所述的一种滤光片光谱透过率测量装置，其特征在于:所述的积分球光源上设有光度计。4.根据权利要求1所述的一种滤光片光谱透过率测量装置，其特征在于:所述的耦合光纤的数值孔径与准直镜头的F数相匹配。5.根据权利要求1所述的一种滤光片光谱透过率测量装置，其特征在于:所述的分光元件通常采用平面分光光栅；分光元件固定于精密旋转台上，测量范围主要集中在400-700nm的可见光波段，可以扩展至350_900nm波段。
【专利摘要】本发明公开了一种滤光片光谱透过率测量装置，包括有积分球光源、耦合光纤，积分球光源的前方光路上依次设有狭缝光阑、准直镜头、待测滤光片、分光元件，分光元件的反射光路上依次设有聚焦镜头、线阵CCD探测器，线阵CCD探测器的信号输出端连接计算机。本发明整体简单紧凑，主要工作于可见光波段，可以扩展至紫外到近红外波段，同时在非测量阶段，可以作为光谱仪系统进行光谱测量；使用线阵CCD探测器作为成像元件，像元尺寸较小，便于得到高分辨率的滤光片光谱透过率曲线。
【IPC分类】G01M11/02, G01N21/25
【公开号】CN105115907
【申请号】CN201510504144
【发明人】李颖颖, 冯双园, 尹相辉, 符佳, 吕波
【申请人】中国科学院等离子体物理研究所
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年8月17日