CN109724780A - 一种小光斑测试***及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的小光斑测试***及方法，包括：可调谐单色光源、第一透镜、光阑、位移平台、第二透镜、探测器、安装平台及计算机控制单元，位移平台上安装有待测的滤光片，可调谐单色光源出射的连续单色光照明光束经第一透镜整形聚集后进入光阑，光阑将入射的照明光束形成测试光斑，测试光斑照射在滤光片上并形成测试光束，测试光束经所述第二透镜后被探测器接收，探测器将接收的测试光束转换为测试信号，计算机控制单元获取测试信号并对所述测试信号进行数据处理获取光谱测试结果，本发明提供的小光斑测试***及方法能够实现对渐变滤光片各个位置进行精确的采样测试，并能在计算机控制***的协调下，高效完成渐变滤光片的自动化测试标定过程。

Description

一种小光斑测试***及其测试方法

技术领域

本发明涉及光学薄膜测试技术领域，特别涉及一种小光斑测试***及其测试方法。

背景技术

渐变滤光片是一种由多层楔形薄膜结构实现的新型薄膜滤光片，其在不同位置具备连续变化的光谱特性，因此可以作为一种新型的色散元件。渐变滤光片按照渐变方式不同可分为线性渐变滤光片和圆形渐变滤光片，由于其体积小、重量轻、集成度高，可以用于高集成、便携式光谱应用***的设计。薄膜滤光片基于多层介质薄膜间的干涉原理，根据不同的设计可以实现不同的光谱相应特性。滤光片的光谱特性依赖于多层薄膜的厚度，由于渐变滤光片每层薄膜均为连续变化的，因此在薄膜的不同位置具备连续变化的光谱特性。

传统测试滤光片的光学特性的方法有分光光度计法、光谱仪法等。这些传统方法在进行滤光片测试时均需要较大的测试光斑以保证测试的信噪比和测试精度。对于渐变滤光片而言，其光谱特性随着空间位置连续变化，因此在采用较大光斑进行测试时，测试结果为采样光斑范围内的均化结果，不能准确反映渐变滤光片上每一点的光谱特性。另外，对渐变滤光片的标定测试需要进行大量采样测试，传统的测试方法无法实现自动化的采样测试，测试人员的工作量巨大，测试效率低下。

发明内容

有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种能够实现对渐变滤光片各个位置进行精确的采样测试的小光斑测试***。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一方面，本发明提供了一种小光斑测试***，包括：可调谐单色光源、第一透镜、光阑、位移平台、第二透镜、探测器、安装平台及计算机控制单元，所述位移平台上安装有待测的滤光片，所述可调谐单色光源、第一透镜、光阑、位移平台、第二透镜及探测器均安装于所述安装平台上，所述计算机控制单元与所述探测器电性连接；其中：

所述可调谐单色光源出射的连续单色光照明光束经所述第一透镜整形聚集后进入所述光阑，所述光阑将入射的照明光束形成测试光斑，所述测试光斑照射在所述滤光片上并形成测试光束，所述测试光束经所述第二透镜后被所述探测器接收，所述探测器将接收的测试光束转换为测试信号，所述计算机控制单元获取所述测试信号并对所述测试信号进行数据处理获取光谱测试结果。

在一些较佳的实施例中，所述可调谐单色光源包括光源及单色仪或者所述可调谐单色光源为可调谐激光器。

在一些较佳的实施例中，所述第一透镜为单透镜或透镜组。

在一些较佳的实施例中，所述位移平台可在电机驱动下做二维运动。

在一些较佳的实施例中，所述探测器为光电倍增管或Si探测器或InGaAs探测器。

在一些较佳的实施例中，所述计算机控制单元还电性连接于所述可调谐单色光源，所述计算机控制单元可控制所述可调谐单色光源的开启及闭合。

在一些较佳的实施例中，所述计算机控制单元还电性连接于所述位移平台，所述计算机控制单元可控制所述位移平台的移动。

另一方面，本发明还提供了小光斑测试***的测试方法，包括下述步骤：

将所述可调谐单色光源、第一透镜、光阑、位移平台、第二透镜及探测器依次固定安装于所述安装平台，且使所述第一透镜、光阑、位移平台、第二透镜及探测器保持与所述可调谐单色光源出射的光束垂直；

关闭所述可调谐单色光源，在黑暗状态所述探测器采集暗背景Sd，所述暗背景为黑暗状态下所述探测器的响应灰度值；打开所述可调谐单色光源，在未安装所述滤光片的状态下采集亮背景Sb，所述亮背景为未安装待测试滤光片状态下，各个波长单色光辐照所述探测器获得的响应灰度值；

安装所述滤光片，并使得所述测试光斑对准第一个采样点的位置；

控制所述可调谐单色光源进行波长遍历扫描，采集获得第一个采样点位置处的测试信号St；

所述计算机控制单元根据获得此采样点处各个波长的透过率值；

重复上述步骤获得每个采样点处的光谱透过率特性。

在一些较佳的实施例中，通过调节所述第一透镜、第二透镜的位置并使得所述滤光片***前后光束都能完全被所述探测器接收。

本发明采用上述技术方案的优点是：

本发明提供的小光斑测试***及方法，包括：可调谐单色光源、第一透镜、光阑、位移平台、第二透镜、探测器、安装平台及计算机控制单元，所述位移平台上安装有待测的滤光片，所述可调谐单色光源出射的连续单色光照明光束经所述第一透镜整形聚集后进入所述光阑，所述光阑将入射的照明光束形成测试光斑，所述测试光斑照射在所述滤光片上并形成测试光束，所述测试光束经所述第二透镜后被所述探测器接收，所述探测器将接收的测试光束转换为测试信号，所述计算机控制单元获取所述测试信号并对所述测试信号进行数据处理获取光谱测试结果，本发明提供的小光斑测试***及方法能够实现对渐变滤光片各个位置进行精确的采样测试，并能在计算机控制***的协调下，高效完成渐变滤光片的自动化测试标定过程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的小光斑测试***的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的小光斑测试***的测试方法的步骤流程图。

图3为本发明实施例提供的位移平台的移动方案。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，为本发明实施例提供的小光斑测试***100的结构示意图，包括：可调谐单色光源1、第一透镜2、光阑3、位移平台5、第二透镜6、探测器7、安装平台8及计算机控制单元9，所述位移平台5上安装有待测的滤光片4，所述可调谐单色光源1、第一透镜2、光阑3、位移平台5、第二透镜6及探测器7均安装于所述安装平台8上，所述计算机控制单元9与所述探测器7电性连接。以下详细说明上述各个部件的具体结构及作用。

所述可调谐单色光源1包括光源及单色仪或者所述可调谐单色光源为可调谐激光器。可以理解，可调谐单色光源1为整个测试***提供测试照明光源，可调谐单色光源1可以连续精确的提供单色光照明，可调谐单色光源1提供的单色光的光谱分辨率决定了测试***测试的光谱分辨率。

所述第一透镜2为单透镜或透镜组。可以理解，所述第一透镜2用于整个测试光路的调节，经所述第一透镜2后可将照明光束进行整形、汇聚，从而提高照明光束的光密度，进而提高测试的信噪比，从而有效的抑制测试的随机误差。

所述光阑3能够对经过的光束产生的测试光斑的形状和尺寸进行控制。可以理解，光阑3可根据具体的测试需求进行选择，对于待测的渐变滤光片而言，采样光斑越小，测试精度越高。光阑3与待测的渐变滤光片应尽量贴近放置，从而取得最好的采样光斑效果。

待测的滤光片4可通过特定工装夹具固定在位移平台5上，待测的滤光片4应与光阑3尽量贴近放置。位移平台5可在电机驱动下做二维运动，从而带动待测的滤光片4进行采样点遍历扫描测试。

第二透镜6与第一透镜2的作用相同，可用于调节测试光束，使得从待测滤光片出射的测试光束被探测器7完全接收。

探测器7用于接收测试信号，探测器7可根据测试波长的不同可选择不同的探测器类型，例如光电倍增管、Si探测器、InGaAs探测器等。可以理解，根据不同的测试波长范围进行选择不同的探测器，探测器响应的灵敏度决定了测试的精度。

安装平台8用于安装可调谐单色光源1、第一透镜2、光阑3、位移平台5、第二透镜6及探测器7的安装、固定及光路装调。

计算机控制单元9与所述探测器7电性连接，并接收探测器7获取的测试信号，并对测试信号的数据进行处理，获得相应的光谱测试结果。

所述计算机控制单元9还电性连接于所述可调谐单色光源1，所述计算机控制单元9可控制所述可调谐单色光源1的开启及闭合。

所述计算机控制单元9还电性连接于所述位移平台5，所述计算机控制单元1可控制所述位移平台5的移动。

本发明上述实施例提供的小光斑测试***100的工作原理如下：

所述可调谐单色光源1出射的连续单色光照明光束经所述第一透镜2整形聚集后进入所述光阑3，所述光阑3将入射的照明光束形成测试光斑，所述测试光斑照射在所述滤光片4上并形成测试光束，所述测试光束经所述第二透镜6后被所述探测器7接收，所述探测器7将接收的测试光束转换为测试信号，所述计算机控制单元9获取所述测试信号并对所述测试信号进行数据处理获取光谱测试结果。

请参阅图2，为本发明实施例提供的小光斑测试***100的测试方法的步骤流程图，包括：

步骤S110：将所述可调谐单色光源1、第一透镜2、光阑3、位移平台5、第二透镜6及探测器7依次固定安装于所述安装平台8，且使所述第一透镜2、光阑3、位移平台5、第二透镜6及探测器7保持与所述可调谐单色光源1出射的光束垂直；

可以理解，通过调节第一透镜2、第二透镜6，获得在采样光斑处最佳的照明状态，尽量提高测试的光强，并使得滤光片4***前后光束都能完全被探测器接收。

步骤S120：关闭所述可调谐单色光源1，在黑暗状态所述探测器7采集暗背景Sd，所述暗背景为黑暗状态下所述探测器的响应灰度值；打开所述可调谐单色光源1，在未安装所述滤光片4的状态下采集亮背景Sb，所述亮背景为未安装待测试滤光片状态下，各个波长单色光辐照所述探测器获得的响应灰度值；

可以理解，在采集背景的时候，需要通过计算机控制单元9控制可调谐单色光源1的单色照明光源进行波长扫描，以获得各个波长位置的信号。

步骤S130：安装所述滤光片4，并使得所述测试光斑对准第一个采样点的位置；可以理解，根据滤光片4的需求选择满足测试条件的光阑形状和尺寸，根据滤光片的尺寸选择合适的工装夹具，将渐变滤光片4及光阑3贴近放置，固定在安装平台8上，保持与测试光路法线垂直。

步骤S140：控制所述可调谐单色光源进行波长遍历扫描，采集获得第一个采样点位置处的测试信号St；

步骤S150：所述计算机控制单元根据获得此采样点处各个波长的透过率值；

步骤S160：重复上述步骤获得每个采样点处的光谱透过率特性。

请参阅图3，根据图3所示的一种采样方案编制位移平台的移动方案，在计算机控制单元控制下进行各个采样点的遍历扫描测试，重复执行步骤S110～步骤S160，从而获得每个采样点处的光谱透过率特性。

本发明提供的小光斑测试***及方法能够实现对渐变滤光片各个位置进行精确的采样测试，并能在计算机控制***的协调下，高效完成渐变滤光片的自动化测试标定过程。

本发明提供的小光斑测试***及方法，不仅可以用于渐变滤光片的光谱特性测试，对于其他需要使用小光斑进行采样测试的基片也同样使用。

进一步的，需要说明的是，本发明所涉及测试***不仅可以进行透过系数的测试，通过测试光路的变化更改，也可进行反射系数的测试；不仅可以进行垂直入射光谱特性的测试，也可以进行带角度入射情况下的光谱特性测试。

当然本发明的小光斑测试***还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。

Claims (9)

1.一种小光斑测试***，其特征在于，包括：可调谐单色光源、第一透镜、光阑、位移平台、第二透镜、探测器、安装平台及计算机控制单元，所述位移平台上安装有待测的滤光片，所述可调谐单色光源、第一透镜、光阑、位移平台、第二透镜及探测器均安装于所述安装平台上，所述计算机控制单元与所述探测器电性连接；其中：

所述可调谐单色光源出射的连续单色光照明光束经所述第一透镜整形聚集后进入所述光阑，所述光阑将入射的照明光束形成测试光斑，所述测试光斑照射在所述滤光片上并形成测试光束，所述测试光束经所述第二透镜后被所述探测器接收，所述探测器将接收的测试光束转换为测试信号，所述计算机控制单元获取所述测试信号并对所述测试信号进行数据处理获取光谱测试结果。

2.如权利要求1所述的小光斑测试***，其特征在于，所述可调谐单色光源包括光源及单色仪或者所述可调谐单色光源为可调谐激光器。

3.如权利要求2所述的小光斑测试***，其特征在于，所述第一透镜为单透镜或透镜组。

4.如权利要求1所述的小光斑测试***，其特征在于，所述位移平台可在电机驱动下做二维运动。

5.如权利要求1所述的小光斑测试***，其特征在于，所述探测器为光电倍增管或Si探测器或InGaAs探测器。

6.如权利要求1所述的小光斑测试***，其特征在于，所述计算机控制单元还电性连接于所述可调谐单色光源，所述计算机控制单元可控制所述可调谐单色光源的开启及闭合。

7.如权利要求1所述的小光斑测试***，其特征在于，所述计算机控制单元还电性连接于所述位移平台，所述计算机控制单元可控制所述位移平台的移动。

8.一种如权利要求1所述的小光斑测试***的测试方法，其特征在于，包括下述步骤：

将所述可调谐单色光源、第一透镜、光阑、位移平台、第二透镜及探测器依次固定安装于所述安装平台，且使所述第一透镜、光阑、位移平台、第二透镜及探测器保持与所述可调谐单色光源出射的光束垂直；

关闭所述可调谐单色光源，在黑暗状态所述探测器采集暗背景Sd，所述暗背景为黑暗状态下所述探测器的响应灰度值；打开所述可调谐单色光源，在未安装所述滤光片的状态下采集亮背景Sb，所述亮背景为未安装待测试滤光片状态下，各个波长单色光辐照所述探测器获得的响应灰度值；

安装所述滤光片，并使得所述测试光斑对准第一个采样点的位置；

控制所述可调谐单色光源进行波长遍历扫描，采集获得第一个采样点位置处的测试信号St；

所述计算机控制单元根据获得此采样点处各个波长的透过率值；

重复上述步骤获得每个采样点处的光谱透过率特性。

9.如权利要求8所述的小光斑测试***的测试方法，其特征在于，通过调节所述第一透镜、第二透镜的位置并使得所述滤光片***前后光束都能完全被所述探测器接收。