光学器件光谱透过率反射率实时测量系统的研制

　　1　引　言

　　基于透过率和反射率的物体的光谱特性信息是由物体的内在性质决定的,而不是由外形决定的,所以通过对物体的光谱特性分析,就能获得由其它方法所不能获得的物体的内在属性。因此在检测技术领域,光谱仪器和光谱分析技术有着非常广阔的应用前景[1]。同时,由于电子技术、微机技术、激光技术的迅速发展和引进,因此光谱仪器已经发展成为光、机、电、算等技术结合的精密、自动化、智能化的仪器[2]。在现代科学和技术的很多领域,都离不开光谱仪器和光谱分析,该技术已经广泛应用于物理学、化学、地质、医疗诊断、药物研制等基础学科、物质生产和研究领域,如近红外生物组织光谱仪用于检测生物组织中的含氧量[3],光谱分析水质检测仪[4]用于检测水质等等。

　　现主要讨论并介绍了实验室研发的光学器件光谱透过率、光谱反射率及其色度特性测试仪系统的硬件组成、软件实现。该系统主要是针对生产企业的大批量光电产品质量检测而开发的,主要应用于相机光学镜片、镜头等器件进行光谱透过率、光谱反射率的自动检测工作。该系统有很多优点,其主要特点有:快速,可以用于实时测量,准确度高,多功能,自动化程度高,可扩展性好。

　　2　硬件组成

　　对光学器件进行光谱透过率和反射率的测量,其原理主要是利用无扫描光谱传感器分别测量指定光谱范围内透射光强、反射光强和入射光强的比值。整个测量和分析系统采用光源、光路系统、光谱测量传感器和计算机四个部分组成,如图1所示。

　　为了保证测量的精度和速度,需要设计合理的光路系统,以及选择合适的光源和光谱测量仪器,同时计算机中的数据处理和分析部分也要为系统的进一步功能扩展提供保证。在光学器件光谱透过率反射率特性的测量中,光源的稳定性是保证测量成功的关键。光源包括两部分:优质的照明光源及与之配套的专用电源。对于光源的要求是发光强度的稳定性、准确性且寿命长,这取决于光源本身的精心制作及电源的稳定性和准确性,如工作电流的稳定性及电压冲击对光源的稳定性和寿命影响很大,系统采用了具有软启动特性的光源稳流驱动电源,稳定度可达万分之一,以保证光强度的稳定性和准确性。

　　光路部分结构简单,采用非接触式的无损测量方法。为了使反射率的测量和透过率的测量能在同一仪器中完成,使用高精度的能任意改变角度的中空置物架,把待测样品放置在置物架上,随着置物架角度的改变,可以测量不同入射角时的样品反射率,光谱透过率测量则通过改变配置实现。由于待测样品的光谱测量值与环境因素(暗光谱,光源光谱)有关,因此在测量待测样品的光谱时,必须先测得暗光谱和光源光谱,然后根据下式进行计算: