一种大动态范围全方位样品brdf测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及样品激光散射特性技术领域，涉及一种大动态范围全方位样品BRDF 测量装置。
【背景技术】
[0002] 光是一种电磁波，光散射现象是由于入射电磁波与介质中的粒子相互作用的结 果。散射场反映着物质的属性、几何形状、表面及内部缺陷的位置、大小、形状等特征，光散 射测量可以获取样品空间光散射的直接数据，通过对测量数据的分析反演，还可以了解物 质的本质属性。同时激光散射测量具有适应性广、测量范围宽、测量准确迅速、重复性好、能 实现非接触测量等优点，其应用已经在半导体工业、生物医学、航空航天、天文探测、大气环 境、军事侦察、地质地理等领域有了长足的发展。
[0003] 目前空间散射测量装置主要分为积分散射装置和角分辨散射（也称为双向反射 分布函数BRDF)测量装置。BRDF的定义是由Nicodemus在1970年正式提出的。它是光辐 射的反射辐射亮度和入射辐照度的比值，是描述材料表面漫反射特性的具有唯一确定性的 函数。
[0004] 要完整地测量BRDF，实际上要求测量装置具有如下三个主要功能：
[0005] 功能一：需要入射光源和探测器均能在半球面上灵活方便地运动，即方便控制入 射光束和探测器的天顶角和方位角度；
[0006] 功能二：需要探测器具有大的动态测量范围，目前还没有一种探测器能够覆盖这 么宽的探测范围。因为样品不同，BRDF的测量范围不同，即使是同一样品其各个方向的散 射光强可能会相差数个甚至十多个数量级，如靠近镜面反射方向和远离镜面反射方向的光 强其值相差很大；
[0007] 功能三：由于散射光可能极其微弱，测量装置应具有从强噪声背景下提取微弱信 号的功能；
[0008] 对于功能一，现有的BRDF测量装置，一般实现了部分功能，如有的装置光源运动 能满足要求，探测器只能在沿一维弧线轨迹运动；或者光源固定，只设计了探测器的运动； 或只阐述了要这样运动，并没有给出可实现的具体方案，或没有实现运动位置的准确计 量；
[0009] 对于功能二，现有装置一般只设计了单一的探测器，单一探测器的灵敏度是有限 的，其探测极限也有限，一般难以实现大动态范围的测量；
[0010] 对于功能三，现有装置很少给出完善的设计方案。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的是提供一种大动态范围全方位样品BRDF测量装置，其可准确计量 全方位扫描的BRDF测量装置，并能实现强噪声背景下高精度大动态范围的BRDF测量，如果 在探测轨道上安装多个探测器则可实现多点同步快速扫描测量。
[0012] 为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种大动态范围全方位样品 BRDF测量装置，包括光学平板和控制组件，所述光学平板上设置有运动机构及光学测量组 件，其特征在于：所述运动机构及光学测量组件包括样品台、样品、光源轨道、探测器轨道， 所述的样品设置于样品台1上，并可实现二维平移和360度旋转，所述的光源轨道和探测 器轨道为同心的半圆弧轨道，其两端对称通过转动轴一和转动轴二设置于光学平板的支架 上，两轨道同轴转动，转动轴一、转动轴二及样品中心在一条直线上，所述的光源轨道的顶 部中心连接有转动的直线拉杆一、探测器轨道的顶部中心连接有转动的直线拉杆二、所述 的直线拉杆一通过滑块一滑动连接于直线导轨一上，所述的直线拉杆二通过滑块二滑动连 接于直线导轨二上；
[0013] 所述探测器轨道上设置有探测器模块，探测器模块由光电二极管和光电倍增管组 成，两探测器紧靠在一起并安装在探测器轨道上，两探测器的光敏面位于同一水平面，其光 敏面连线与半圆弧转轴垂直，所述探测器模块前端设置有导光管，导光管对准样品中心；
[0014] 所述光源轨道上设置有半导体激光器，半导体激光器的出光光轴沿光源轨道的径 向并指向样品中心，半导体激光器的前端设置有透镜；
[0015] 所述控制组件包括调制驱动模块、双锁相放大控制模块、电机控制模块、数据采集 模块和计算机，所述的双锁相放大控制模块依次与数据采集模块、计算机和调制驱动模块 连接，计算机与电机控制模块连接；所述的电机控制模块分别与直线导轨一和直线导轨二 连接，所述的电机控制模块还与样品台连接；所述的调制驱动模块与半导体激光器连接，所 述的双锁相放大控制模块与探测器模块连接。
[0016] 所述的直线导轨一和直线导轨二对称设置于样品台的两侧，两直线导轨中心线垂 直于半圆弧轨道的转动轴。
[0017] 所述的探测器轨道的半径与光源轨道的半径不同。
[0018] 所述的探测器轨道、光源轨道、直线导轨一和直线导轨二上分别设置有刻度。
[0019] 与现有技术相比，本发明的优点如下：
[0020] 1、能方便地控制入射光束和探测器的天顶角和方位角，并能进行准确的计算；当 样品旋转180度时，若入射光束方向不变，相当于入射天顶角从正值变为对称的负值，从而 实现入射角半球内的全方位改变。
[0021] 2、双探测器分段工作，当辐射光较强时用光电二极管探测，辐射光较弱时改用光 电倍增管探测，计算机自动判断和切换工作探测器，使装置具有大的动态测量范围，克服了 使用单一探测器导致的探测范围窄或易损坏探测器的缺陷。
[0022] 3、利用半导体激光器作为光源，用计算机编程发出调制信号，结合锁相放大器的 相关检测去噪功能，使装置具有从强噪声背景下提取微弱信号的功能。
[0023] 4、在探测器端安装导光管及窄带滤光片，避免了杂散光进入探测器造成测量饱和 极大减少了噪声误差。
[0024] 5、可以在半圆弧轨道上同时布满多个探测器，一次扫描可以完成半球空间的一半 空间位置的扫描测量，极大地提高测量效率，同时便于计算方位角和天顶角，即可实现样品 空间激光散射的快速准确测量，测试方便、操作简便。
【附图说明】
[0025] 图1是本发明测量装置结构示意图；
[0026] 图2是方位角和天顶角计算不意图。
[0027] 其中，1 -样品台、2-样品、3-光源轨道、4-探测器轨道、5-1转轴一、5-2转轴二、 6-探测器模块、7-半导体激光器、8-1滑块一、8-2滑块二、9-1-直线拉杆一、9-2-直线拉杆 二、10-1直线导轨一、10-2直线导轨二、11-导光管、12-调制驱动模块、13-双锁相放大控制 模块、14-电机控制模块、15-同步数据采集模块、16-计算机、17-光学平板、18-支架。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图对本设计做详细描述：
[0029] 参见图1 :一种大动态范围全方位样品BRDF测量装置，包括光学平板17、计算机 16和控制组件，所述光学平板17上设置有运动机构及光学测量组件；
[0030] 所述运动机构及光学测量组件包括样品台1、样品2、光源轨道3、探测器轨道4， 所述光源轨道3、探测器轨道4是同心半圆弧轨道，两端对称设置转动轴一 5-1和转动轴二 5-2,转动轴一 5-1和转动轴二5-2设置于光学平板17的支架18上，两轨道同轴转动，且转 动轴一 5-1和转动轴二5-2中心及样品中心在同一直线上，光源轨道3的顶部中心连接有 一可转动的直线拉杆一 9-1、探测器轨道4的顶部中心连接有一可转动的直线拉杆二9-2、 两拉杆的另一端分别位于可作直线运动的导轨一 10-1及导轨二10-2内，两拉杆可以在电 机的驱动下分别由滑块一 8-1和滑块二8-2带动在直线轨道一 10-1及直线轨道二10-2内 运动。直线导轨一 10-1及直线导轨二10-2对称安装在样品平面的两侧，其两直线导轨中 心线垂直于半圆弧轨道的转动轴。
[0031] 所述探测器轨道4的半径与光源轨道3的半径尺寸不相同，探测器轨道4上设置 有探测器模块6，探测器模块6由光电二极管和光电倍增管组成，光电二极管和光电倍增管 紧靠在一起并安装在探测器轨道4上，两探测器的光敏面位于同一平面，其光敏面连线与 半圆弧转轴垂直。所述探测器模块6前端安装有导光管11，导光管11对准样品中心。
[0032] 所述光源轨道3上安装有半导体激光器7,半导体激光器7的出光光轴沿光源轨道 3的径向并指向样品中心，在半导体激光器7的前端安装有透镜，可以调节光斑大小。
[0033] 所述控制组件包括调制驱动模块12、双锁相放大控制模块13、电机控制模块14、 数据采集模块15、计算机16,所述的双锁相放大控制模块13依次与数据采集模块15、计算 机16和调制