一种垂直单光学元件旋转矩阵成像装置的校准方法和系统

本发明提出了一种垂直单光学元件旋转矩阵成像装置的校准方法和系统，属于光学实验校准。

背景技术：

1、近年来，随着半导体器件、纳米材料、薄膜材料、纳米生物医学等技术领域的迅速发展，各种功能性材料已由原有的二维平面结构变为复杂的三维立体结构，并且随着材料结构的改变，其固有的光学特性也必将发生变化。而光学参数作为各向异性材料最重要的光学性质，其能直接反映出材料的最终性能。因此，针对各向异性材料的光学性质进行高分辨、非破坏的精确测量具有十分重要的意义。现有材料的光学特性需要专门的基于光学元件的成像装置进行检测获取，但是，由于现有的基于光学元件的成像装置属于高精度的光学检测装置，需要在材料检测之前进行仪器校准，现有技术中针对基于光学元件的成像装置的校准往往是根据说明书进行器件位置和角度调试，但是，随着基于光学元件的成像装置的使用时间增加，其光学器件表面是存在老化等损耗的，导致光学元件的成像装置随着使用时间的增加，其校准误差越来越大，进而导致后续材料的检测结果误差随之增大的问题发生。

技术实现思路

1、本发明提供了一种垂直单光学元件旋转矩阵成像装置的校准方法和系统，用以解决现有基于光学元件的成像装置的校准忽略器件老化，导致校准误差随使用时间的增加而增大的问题，所采取的技术方案如下：

2、一种垂直单光学元件旋转矩阵成像装置的校准方法，所述校准方法包括：

3、按照初始设置参数设置第一补偿器和第二补偿器，并控制垂直式单光学元件旋转型穆勒矩阵成像的测量装置对校准样品的第一次检测，获得所述校准样品对应的第一全部光学性质参数矩阵；

4、改变第一补偿器的初始设置参数，保持所述第二补偿器的初始设置参数不变，进行校准样品的第二组检测，获取第二组检测信息；

5、改变第二补偿器的初始设置参数，保持所述第一补偿器的初始设置参数不变，进行校准样品的第三组检测，获取第三组检测信息；

6、结合第一全部光学性质参数矩阵、第二组检测信息和第三组检测信息获取所述第一补偿器和第二补偿器的校准参数。

7、进一步地，按照初始设置参数设置第一补偿器和第二补偿器，并控制垂直式单光学元件旋转型穆勒矩阵成像的测量装置对校准样品的第一次检测，获得所述校准样品对应的第一全部光学性质参数矩阵，包括：

8、提取所述第一补偿器的初始设置参数和第二补偿器的初始设置参数；

9、利用垂直式单光学元件旋转型穆勒矩阵成像的测量装置按照第一补偿器的初始设置参数和第二补偿器的初始设置参数进行校准样品的第一次检测，获取所述校准样品对应的第一全部光学性质参数矩阵；

10、其中，所述第一补偿器为设有固定旋转角度的高精度旋转台并安装有消色差四分之一波片的装置；所述第二补偿器为设定以恒定速度匀速旋转的高精度旋转台并安装有消色差四分之一波片的装置。

11、进一步地，改变第一补偿器的初始设置参数，保持所述第二补偿器的初始设置参数不变，进行校准样品的第二组检测，获取第二组检测信息，包括：

12、改变第一补偿器的初始设置参数为第一设置参数，保持所述第二补偿器的初始设置参数不变，进行校准样品的第二次检测，获取第二全部光学性质参数矩阵；

13、改变第一补偿器的初始设置参数为第二设置参数，保持所述第二补偿器的初始设置参数不变，进行校准样品的第三次检测，获取第三全部光学性质参数矩阵；

14、其中，所述第二全部光学性质参数矩阵和第三全部光学性质参数矩阵即为所述第二组检测信息；并且，所述第一设置参数和第二设置参数的参数取值如下：

15、其中， ω1和 ω2分别表示第一设置参数和第二设置参数对应的第一补偿器的固定旋转角度； ω0表示所述第一补偿器的初始设置参数对应的固定旋转角度； q表示调节系数； e0表示预设的允许误差范围最大值； e1 i表示第一全部光学性质参数矩阵中每个元素相较于所述校准样品的已知的全部光学性质参数矩阵中每个元素之间的实际误差值； k表示全部光学性质参数矩阵中的元素数量； e2 i表示第二全部光学性质参数矩阵中每个元素相较于所述第一全部光学性质参数矩阵中每个元素之间的实际误差值； h表示所述垂直单光学元件旋转矩阵成像装置中存在的两个光学器件之间的光路数量； l i表示第 i个光路对应的光程长度； l0 i表示第 i个光路对应的能够实现功能所需的最短光程； l d表示预设的单位光程；δ e表示光路中每增加一个单位的单位光程对应的光量损耗量； e ci表示第 i个光路对应的起始光量； n表示所述垂直单光学元件旋转矩阵成像装置存在的反射次数； m表示所述垂直单光学元件旋转矩阵成像装置存在的透射次数； f i表示光学元件在第 i次反射过程中的反射率； t i表示光学元件在第 i次反射过程中的透射率； f j表示光学元件在第 j次透射过程中的反射率； t j表示光学元件在第 j次透射过程中的透射率。

16、进一步地，改变第二补偿器的初始设置参数，保持所述第一补偿器的初始设置参数不变，进行校准样品的第三组检测，获取第三组检测信息，包括：

17、改变第二补偿器的初始设置参数为第三设置参数，保持所述第一补偿器的初始设置参数不变，进行校准样品的第四次检测，获取第四全部光学性质参数矩阵；

18、改变第二补偿器的初始设置参数为第四设置参数，保持所述第一补偿器的初始设置参数不变，进行校准样品的第五次检测，获取第五全部光学性质参数矩阵；

19、其中，所述第四全部光学性质参数矩阵和第五全部光学性质参数矩阵即为所述第三组检测信息；并且，所述第三设置参数和第四设置参数的参数取值如下：

20、其中， v1和 v2分别表示第三设置参数和第四设置参数对应的第二补偿器的恒定旋转速度； v0表示所述第二补偿器的初始设置参数对应的恒定旋转速度； q表示调节系数； e0表示预设的允许误差范围最大值； e1 i表示第一全部光学性质参数矩阵中每个元素相较于所述校准样品的已知的全部光学性质参数矩阵中每个元素之间的实际误差值； k表示全部光学性质参数矩阵中的元素数量； e4 i表示第四全部光学性质参数矩阵中每个元素相较于所述第一全部光学性质参数矩阵中每个元素之间的实际误差值； h表示所述垂直单光学元件旋转矩阵成像装置中存在的两个光学器件之间的光路数量； l i表示第 i个光路对应的光程长度； l0 i表示第 i个光路对应的能够实现功能所需的最短光程； l d表示预设的单位光程；δ e表示光路中每增加一个单位的单位光程对应的光量损耗量； e ci表示第 i个光路对应的起始光量； n表示所述垂直单光学元件旋转矩阵成像装置存在的反射次数； m表示所述垂直单光学元件旋转矩阵成像装置存在的透射次数； f i表示光学元件在第 i次反射过程中的反射率； t i表示光学元件在第 i次反射过程中的透射率； f j表示光学元件在第 j次透射过程中的反射率； t j表示光学元件在第 j次透射过程中的透射率。

21、进一步地，结合第一全部光学性质参数矩阵、第二组检测信息和第三组检测信息获取所述第一补偿器和第二补偿器的校准参数，包括：

22、分别提取第一全部光学性质参数矩阵、第二组检测信息和第三组检测信息；

23、利用所述第一全部光学性质参数矩阵和第二组检测信息获取第一补偿器的校准参数；

24、利用所述第一全部光学性质参数矩阵和第三组检测信息获取第二补偿器的校准参数。

25、一种垂直单光学元件旋转矩阵成像装置的校准系统，所述校准系统包括：

26、第一实验模块，用于按照初始设置参数设置第一补偿器和第二补偿器，并控制垂直式单光学元件旋转型穆勒矩阵成像的测量装置对校准样品的第一次检测，获得所述校准样品对应的第一全部光学性质参数矩阵；

27、第二实验模块，用于改变第一补偿器的初始设置参数，保持所述第二补偿器的初始设置参数不变，进行校准样品的第二组检测，获取第二组检测信息；

28、第三实验模块，用于改变第二补偿器的初始设置参数，保持所述第一补偿器的初始设置参数不变，进行校准样品的第三组检测，获取第三组检测信息；

29、综合模块，用于结合第一全部光学性质参数矩阵、第二组检测信息和第三组检测信息获取所述第一补偿器和第二补偿器的校准参数。

30、进一步地，所述第一实验模块包括：

31、提取模块，用于提取所述第一补偿器的初始设置参数和第二补偿器的初始设置参数；

32、参数矩阵获取模块，用于利用垂直式单光学元件旋转型穆勒矩阵成像的测量装置按照第一补偿器的初始设置参数和第二补偿器的初始设置参数进行校准样品的第一次检测，获取所述校准样品对应的第一全部光学性质参数矩阵；

33、其中，所述第一补偿器为设有固定旋转角度的高精度旋转台并安装有消色差四分之一波片的装置；所述第二补偿器为设定以恒定速度匀速旋转的高精度旋转台并安装有消色差四分之一波片的装置。

34、进一步地，所述第二实验模块包括：

35、第一变参模块，用于改变第一补偿器的初始设置参数为第一设置参数，保持所述第二补偿器的初始设置参数不变，进行校准样品的第二次检测，获取第二全部光学性质参数矩阵；

36、第二变参模块，用于改变第一补偿器的初始设置参数为第二设置参数，保持所述第二补偿器的初始设置参数不变，进行校准样品的第三次检测，获取第三全部光学性质参数矩阵；

37、其中，所述第二全部光学性质参数矩阵和第三全部光学性质参数矩阵即为所述第二组检测信息；并且，所述第一设置参数和第二设置参数的参数取值如下：

38、其中， ω1和 ω2分别表示第一设置参数和第二设置参数对应的第一补偿器的固定旋转角度； ω0表示所述第一补偿器的初始设置参数对应的固定旋转角度； q表示调节系数； e0表示预设的允许误差范围最大值； e1 i表示第一全部光学性质参数矩阵中每个元素相较于所述校准样品的已知的全部光学性质参数矩阵中每个元素之间的实际误差值； k表示全部光学性质参数矩阵中的元素数量； e2 i表示第二全部光学性质参数矩阵中每个元素相较于所述第一全部光学性质参数矩阵中每个元素之间的实际误差值； h表示所述垂直单光学元件旋转矩阵成像装置中存在的两个光学器件之间的光路数量； l i表示第 i个光路对应的光程长度； l0 i表示第 i个光路对应的能够实现功能所需的最短光程； l d表示预设的单位光程；δ e表示光路中每增加一个单位的单位光程对应的光量损耗量； e ci表示第 i个光路对应的起始光量； n表示所述垂直单光学元件旋转矩阵成像装置存在的反射次数； m表示所述垂直单光学元件旋转矩阵成像装置存在的透射次数； f i表示光学元件在第 i次反射过程中的反射率； t i表示光学元件在第 i次反射过程中的透射率； f j表示光学元件在第 j次透射过程中的反射率； t j表示光学元件在第 j次透射过程中的透射率。

39、进一步地，所述第三实验模块包括：

40、第三变参模块，用于改变第二补偿器的初始设置参数为第三设置参数，保持所述第一补偿器的初始设置参数不变，进行校准样品的第四次检测，获取第四全部光学性质参数矩阵；

41、第四变参模块，用于改变第二补偿器的初始设置参数为第四设置参数，保持所述第一补偿器的初始设置参数不变，进行校准样品的第五次检测，获取第五全部光学性质参数矩阵；

42、其中，所述第四全部光学性质参数矩阵和第五全部光学性质参数矩阵即为所述第三组检测信息；并且，所述第三设置参数和第四设置参数的参数取值如下：

43、其中， v1和 v2分别表示第三设置参数和第四设置参数对应的第二补偿器的恒定旋转速度； v0表示所述第二补偿器的初始设置参数对应的恒定旋转速度； q表示调节系数； e0表示预设的允许误差范围最大值； e1 i表示第一全部光学性质参数矩阵中每个元素相较于所述校准样品的已知的全部光学性质参数矩阵中每个元素之间的实际误差值； k表示全部光学性质参数矩阵中的元素数量； e4 i表示第四全部光学性质参数矩阵中每个元素相较于所述第一全部光学性质参数矩阵中每个元素之间的实际误差值； h表示所述垂直单光学元件旋转矩阵成像装置中存在的两个光学器件之间的光路数量； l i表示第 i个光路对应的光程长度； l0 i表示第 i个光路对应的能够实现功能所需的最短光程； l d表示预设的单位光程；δ e表示光路中每增加一个单位的单位光程对应的光量损耗量； e ci表示第 i个光路对应的起始光量； n表示所述垂直单光学元件旋转矩阵成像装置存在的反射次数； m表示所述垂直单光学元件旋转矩阵成像装置存在的透射次数； f i表示光学元件在第 i次反射过程中的反射率； t i表示光学元件在第 i次反射过程中的透射率； f j表示光学元件在第 j次透射过程中的反射率； t j表示光学元件在第 j次透射过程中的透射率。

44、进一步地，所述综合模块包括：

45、信息提取模块，用于分别提取第一全部光学性质参数矩阵、第二组检测信息和第三组检测信息；

46、第一校准参数获取模块，用于利用所述第一全部光学性质参数矩阵和第二组检测信息获取第一补偿器的校准参数；

47、第二校准参数获取模块，用于利用所述第一全部光学性质参数矩阵和第三组检测信息获取第二补偿器的校准参数。

48、本发明有益效果：

49、本发明提出了一种垂直单光学元件旋转矩阵成像装置的校准方法和系统通过对第一补偿器和第二补偿器的变量（旋转角度和旋转速度）进行校准调试的方式，获取所述第一补偿器和第二补偿器的变量的设置量，能够有效提高垂直单光学元件旋转矩阵成像装置的标准准确性，进而提高后续材料进行光学性质检测的准确性。同时，本发明提出的一种垂直单光学元件旋转矩阵成像装置的校准方法和系统通过光学元件的透光率和反射率充分考虑了光学元件的使用损耗性，进而有效提高校准结果与垂直单光学元件旋转矩阵成像装置的光学元件的实际情况的匹配性，防止光学元件因使用时长，或更换产生的光学性质微变进而影响校准准确性的问题发生。