透射率分布測量系統及方法與流程

本發明涉及光電子技術領域，具體而言，涉及一種透射率分布測量系統及方法。

背景技術：

對于高功率激光驅動系統的鍍膜元件來說，要求膜層透射率不均勻性＜0.1％(峰谷值)。膜層透射率不均勻性會嚴重影響激光器出光光束質量，以及元件本身的使用壽命。現有的檢測膜層透射率不均勻性的方法為逐點掃描法，這種方式分辨率(有效采樣點數)低，耗費時間長，不能滿足高功率激光驅動系統的大口徑鍍膜元件(通光口徑大于400mm)的檢測需求。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種透射率分布測量系統及方法，能夠有效地改善上述問題。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

第一方面，本發明實施例提供了一種透射率分布測量系統，包括出光裝置、平移臺、成像裝置以及控制裝置。所述平移臺用于放置待測樣品，所述平移臺位于所述出光裝置與所述成像裝置之間，所述成像裝置與所述控制裝置耦合。當待測樣品置于所述平移臺上時，所述出光裝置發出的探測光束入射到所述待測樣品的待測區域，透過所述待測樣品的探測光束入射到所述成像裝置，在所述成像裝置中所成的像被轉換為電信號發送給所述控制裝置。所述控制裝置用于根據所述電信號得到所述待測區域的透射圖像，根據所述透射圖像及基準圖像得到所述待測樣品的待測區域的透射率分布數據，其中，所述基準圖像為所述成像裝置采集的所述出光裝置發出的探測光束的圖像。

進一步的，上述出光裝置包括光源和光束調整模塊。所述光源發出的初始光束經所述光束調整模塊調整為滿足預設條件的所述探測光束后入射到所述待測樣品的待測區域。

進一步的，上述光源為激光器，所述光束調整模塊包括勻光片。所述激光器發出的激光光束入射到所述勻光片，經所述勻光片處理為預設尺寸的均勻光束作為所述探測光束入射到所述待測樣品。

進一步的，上述光束調整模塊還包括分光器和穩功儀，所述穩功儀與所述激光器耦合，所述分光器設置于所述激光器與所述勻光片之間。所述激光器發出的激光光束入射到所述分光器，經所述分光器分出的一部分所述激光光束入射到所述勻光片，另一部分所述激光光束入射到所述穩功儀。所述穩功儀用于根據接收到的激光光束控制所述激光器的輸出功率。

進一步的，上述光源還可以為面陣led。

進一步的，上述光束調整模塊包括濾光片。所述光源發出的光束經過所述濾光片后形成的所述探測光束入射到所述待測樣品的待測區域。

進一步的，上述光束調整模塊包括光闌。所述光源發出的光束入射到所述光闌，通過所述光闌的通光孔的光束作為所述探測光束入射到所述待測樣品。

進一步的，上述成像裝置為ccd圖像傳感器陣列。

第二方面，本發明實施例還提供了一種透射率分布測量方法，應用于上述的透射率分布測量系統，所述方法包括：控制平移臺移動以使得所述出光裝置發出的探測光束對放置于所述平移臺上的待測樣品的各待測區域進行掃描；根據基準圖像以及成像裝置接收到所述待測樣品每個所述待測區域透射的探測光束后發送的該待測區域的透射圖像得到所述待測樣品的透射率分布數據，其中，所述基準圖像為所述成像裝置采集的所述出光裝置發出的探測光束的圖像。

進一步的，所述控制平移臺移動以使得所述出光裝置發出的探測光束對放置于所述平移臺上的待測樣品的各待測區域進行掃描，包括：獲取所述待測樣品的形狀及尺寸數據；根據所述出光裝置發出的探測光束的形狀及尺寸數據以及所述待測樣品的形狀及尺寸數據得到掃描路徑；驅動所述平移臺控制所述待測樣品以所述掃描路徑移動，以使得所述出光裝置發出的探測光束依次入射到所述待測樣品的各待測區域。

相比于現有技術，本發明實施例提供的透射率分布測量系統及方法，通過成像裝置對所述待測樣品的待測區域透射的探測光束進行成像，并將所成的像轉換為電信號發送給控制裝置。然后通過控制裝置處理該電信號得到該待測區域的透射圖像，并進一步根據該透射圖像及基準圖像得到待測樣品的待測區域的透射率分布數據。這樣能夠有效地提高系統的采樣率，減少檢測時間，提高測量效率。

為使本發明的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1示出了本發明實施例提供的一種透射率分布測量系統的結構示意圖；

圖2示出了本發明另一實施例提供的一種透射率分布測量系統的結構示意圖；

圖3示出了圖2所示的透射率分布測量系統未放置待測樣品時的狀態示意圖；

圖4示出了本發明實施例提供的一種透射率分布測量方法的流程圖；

圖5示出了圖4中步驟s110的流程圖。

圖中：10-透射率分布測量系統；110-出光裝置；101-光源；111-光束調整模塊；102-分光器；103-穩功儀；104-濾光片；105-勻光片；106-光闌；1061-通光孔；120-平移臺；130-成像裝置；140-控制裝置；200-待測樣品。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。

因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，或者是該發明產品使用時慣常擺放的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

在本發明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“設置”、“安裝”、“耦合”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

圖1示出了本實施例提供的透射率分布測量系統的結構示意圖。如圖1所示，本發明實施例的透射率分布測量系統10，包括出光裝置110、平移臺120、成像裝置130以及控制裝置140。其中，平移臺120位于出光裝置110與成像裝置130之間，成像裝置130與控制裝置140耦合。

平移臺120用于放置待測樣品200。當待測樣品200置于樣品臺120上時，出光裝置110發出的探測光束入射到待測樣品200的待測區域，由待測樣品200透射的探測光束入射到成像裝置130、在成像裝置130中成像。成像裝置130將上述待測樣品200的透射光所成的像轉換為電信號發送給控制裝置140。

本實施例中，上述待測樣品200可以為鍍膜光學元件，旨在測量膜層的透射率分布，例如，可以是高功率激光驅動系統中的鍍膜光學元件。

例如，當待測樣品200為鍍膜的片狀光學元件時，需要測量膜層的透過率時，可以將該片狀光學元件直接粘貼于平移臺120上，且片狀光學元件的膜層朝向出光裝置110。或者，可以通過特殊設計的夾具，將片狀光學元件裝夾在平移臺120上，盡可能使得該光學元件的鍍膜表面與出光裝置110出射的探測光束的光軸垂直。

本實施例中，平移臺120可以為三維手動平移臺或三維電動平移臺，可以帶動待測樣品200沿平移臺120的長度方向、寬度方向和高度方向平移。當平移臺120為電動平移臺時，可以將電動平移臺的控制端與控制裝置140耦合，此時可以通過控制裝置140控制電動平移臺帶動待測樣品移動。

具體的，當上述平移臺120為三維電動平移臺時，控制裝置140還用于發出控制信號至三維電動平移臺調節置于三維電動平移臺上的待測樣品200的位置。假設以任意點為原點o建立三維直角坐標系，且將探測光束的入射方向定義為x軸方向，三維電動平移臺的高度方向定義為y軸方向(圖中未示出z軸)。三維電動平移臺可以帶動待測樣品200沿x軸方向、y軸方向及z軸方向移動，使得探測光束對待測樣品200的各待測區域進行掃描，控制成像裝置130采集待測樣品200的各待測區域的透射圖像。

需要說明的是，為了提高測量結果的準確性，并減少對待測樣品200進行透射率測量的掃描次數，提高測量效率。不同于傳統的逐點掃描的測量方式，本發明實施例中，入射到待測樣品200的探測光束優選為平行光束，且光斑的能量分布均勻，面積較大。例如，入射到待測樣品200的探測光束的光斑面積可以達到100mm×100mm，具體形狀和尺寸可以根據待測樣品200的形狀及尺寸調整。優選的，探測光束的光斑為方形光斑，相應地，上述待測區域則為方形區域，以便于設計掃描路徑對整個待測樣品200進行掃描，從而測得整個待測樣品200的透射率分布。

在本實施例的一種實施方式中，出光裝置110可以為面光源，例如，可以為面陣發光二級管(lightemittingdiode，led)。當出光裝置110為面陣led時，面陣led發出的近似于平行的均勻光束即為探測光束。可以根據所需的光斑形狀及尺寸設置面陣led的個數及排布方式。本實施例中，面陣led的發光波段可以是紫外至近紅外的任意波段，具體可以根據需要選擇。

在本實施例的另一種實施方式中，出光裝置110可以包括光源101和光束調整模塊111，如圖2所示。光源101發出的初始光束經光束調整模塊111調整為滿足預設條件的探測光束后入射到待測樣品200的待測區域。其中，預設條件可以根據具體光源101以及所需的光斑形狀和尺寸設置。例如，預設條件可以是波長條件，也可以是光斑形狀和尺寸條件，或者是包括波長條件和光斑形狀及尺寸條件。

具體的，上述光源101可以為激光器或激光二極管。或者，光源101也可以為面光源，例如可以為面陣led。當光源101為激光器時，為了得到能量分布均勻的大光斑光束，光束調整模塊111可以包括勻光片105。勻光片105可以用于將小光斑的高斯光束勻成預設尺寸的均勻光束，其使用方便，且有利于簡化系統的結構。此時激光器發出的激光光束入射到勻光片105，經勻光片105處理為預設尺寸的均勻光束作為探測光束。當然，除了勻光片105以外，也可以采用其他能夠將小光斑的高斯光束勻成預設尺寸的均勻光束的光學結構。

為了避免激光器輸出的激光光束的穩定性影響測量結果的準確性，本實施例中，光束調整模塊111還可以包括分光器102和穩功儀103，分光器102設置于激光器與勻光片105之間，穩功儀103與激光器耦合。穩功儀103用于根據輸入激光光束的不穩定性輸出控制信號，控制激光器的輸出功率，使激光器輸出光束更加穩定。此時，激光器發出的激光光束入射到分光器102，經分光器102分出的一部分激光光束入射到勻光片105，另一部分激光光束入射到穩功儀103，穩功儀103根據接收到的激光光束反饋控制信號至激光器，控制激光器的輸出功率。本實施例中，分光器102可以采用分光鏡。

當需要測量待測樣品200對于特定波段的探測光束的透射率分布情況時，光束調整模塊111可以包括濾光片104，用于濾除上述特定波段以外的其它波長的光。光源101發出的初始光束經過濾光片104后形成的探測光束入射到待測樣品200的待測區域。本實施例中，濾光片104可以為帶通濾光片，例如可以根據需要采用窄帶濾光片。如圖2所示，光束調整模塊111包括勻光片105時，濾光片104優選設置于光源101與勻光片105之間。當然，在其他實施例中，濾光片104也可以設置于勻光片105與待測樣品200之間。例如，當需要測量待測樣品200在1053nm下的透射率分布及透射率不均勻性(峰谷值)時，光源101可以采用1053nm的面陣led或者是1053nm的激光器，光束調整模塊111可以包括中心波長為1053nm的窄帶濾光片。

此外，為了方便去除雜散光并得到特定形狀及尺寸的探測光束，光束調整模塊111可以包括光闌106，光闌106包括通光孔1061。如圖2所示，光源101發出的初始光束入射到光闌106，通過光闌106的通光孔1061的初始光束作為探測光束入射到待測樣品200，從而使得探測光束的光斑形狀及尺寸均滿足用戶需求。例如，當上述通光孔1061為矩形時，入射到待測樣品200的探測光束的光斑為矩形光斑。如圖2所示，當光源101為激光器，光束調整模塊111包括勻光片105和濾光片104時，光闌106可以設置于勻光片105與待測樣品200之間，此時，激光器發出的光束依次經過濾光片104、勻光片105、光闌106后形成探測光束入射到待測樣品200上。

可以理解的是，在本發明的較佳實施例中，當光源101為激光器時，光束調整模塊111可以包括上述的分光器102、穩功儀103、濾光片104、勻光片105及光闌106，如圖2所示，以得到穩定、均勻、特定波段、特定光斑形狀及尺寸的探測光束。此外，在本發明的另一較佳實施例中，當光源101為面陣led時，光束調整模塊111可以包括上述濾光片104和光闌106，以得到穩定、均勻、特定波段、特定光斑形狀及尺寸的探測光束。

本實施例中，成像裝置130用于在控制裝置140的控制下將透過待測樣品200的探測光束所成的光學圖像轉換為電信號發送給控制裝置140。需要說明的是，成像裝置130的工作波長應該對應于探測光束的波長。具體的，成像裝置130優選采用ccd(charge-coupleddevice)圖像傳感器，具體可以為配置有物鏡的ccd圖像傳感器陣列。本實施例中，上述物鏡優選為微距物鏡。為保證檢測精度，可以選擇位數大于16位的高靈敏度ccd。探測光束入射到待測樣品200后，透過待測樣品200的探測光束通過物鏡后成像到ccd的像元，控制裝置140控制ccd將光學圖像轉換為電信號發送給控制裝置140，以便于進一步分析。通過ccd采集待測樣品的各待測區域的透射圖像，以進一步得到待測樣品的透射率分布，能夠有效地增加采樣點數，提高系統的分辨率。

當然，除了上述實施方式外，在本發明的其他實施例中，成像裝置130也可以采用cmos(complementarymetal-oxidesemiconductor)圖像傳感器。

控制裝置140用于根據成像裝置130發送的電信號得到待測樣品200的待測區域的透射圖像，根據透射圖像及基準圖像得到待測樣品200待測區域的透射率分布數據。其中，透射圖像即為該待測區域透射的探測光束所成的圖像，基準圖像為成像裝置130采集的出光裝置110發出的探測光束的圖像。

本實施例中，基準圖像可以是預先通過成像裝置130采集的出光裝置110發出的探測光束的圖像，存儲在控制裝置140內。或者，基準圖像也可以是每一次測量過程中，通過成像裝置130實時采集的出光裝置110發出的探測光束的圖像。當然，為了提高測量結果的準確性，基準圖像優選為實時采集的。基準圖像的采集方式為：將待測樣品從平移臺120上取下，出光裝置110發出的探測光束直接入射到成像裝置130中，如圖3所示，此時成像裝置130采集到的圖像即為基準圖像。

例如，假設ccd的分辨率為n，圖像每個像素的灰度值變化即反應了進入ccd的入射光束的n個點的光強變化。因此，將透射圖像中每個像素點的灰度值除以基準圖像中對應像素點的灰度值即可以得到該像素點對應的待測樣品200上n個點的透射率。設透射圖像為r，基準圖像為s，r(u，v)表示透射圖像中像素點(u，v)的灰度值，s(u，v)表示基準圖像中像素點(u，v)的灰度值。像素點(u，v)對應的待測樣品200上的n個點的透射率t(u，v)＝r(u，v)/s(u，v)。假設待測樣品200包括n個待測區域，通過本系統對各待測區域進行掃描得到各待測區域的透射圖像后，可以計算出，待測樣品200的n×n個點的透射率，從而得到待測樣品200的透射率分布。比較這些透射率，獲取透射率最大值和透射率最小值，即可得到該待測樣品200的透射率不均勻性。例如，透射率不均勻性可以是峰谷值，即通過透射率最大值減去透射率最小值得到。

本實施例中，控制裝置140可以優選為計算機。當然，控制裝置140也可以為單片機、dsp、arm或fpga等具有數據處理功能的芯片。

需要說明的是，本系統中，為了減小光束的漫反射對測量結果的影響，光闌106上可以涂覆黑色涂層。另外，當本系統設置有封裝殼體時，封裝殼體的內壁也可以涂覆黑色涂層。

相比于現有技術，本發明實施例提供的透射率分布測量系統10，通過成像裝置130接收由待測樣品200待測區域透射的探測光束進行成像，并將所成的像轉換為電信號發送給控制裝置140。然后通過控制裝置140處理該電信號得到該待測區域的透射圖像，并進一步根據該透射圖像及基準圖像得到待測樣品200待測區域的透射率分布數據。這樣能夠有效地提高系統的采樣率，減少檢測時間，提高測量效率。

另外，本發明實施例還提供了一種透射率分布測量方法，應用于上述的透射率分布測量系統10。圖4示出了本發明實施例提供的透射率分布測量方法的流程圖。如圖4所示，該方法包括：

步驟s110，控制平移臺移動以使得所述出光裝置發出的探測光束對放置于所述平移臺上的待測樣品的各待測區域進行掃描；

通過控制平移臺120帶動待測樣品200移動，能夠實現探測光束對待測樣品200的各待測區域的掃描。具體的，可以根據光斑形狀、尺寸以及待測樣品200的形狀、尺寸設計掃描路徑。

當平移臺120為電動平移臺時，如圖5所示，步驟s110可以具體包括：

步驟s111，獲取所述待測樣品的形狀及尺寸數據；

本實施例中，可以通過輸入裝置輸入當前待測樣品200的形狀和尺寸數據。例如，控制裝置140為計算機時，輸入裝置可以是鍵盤或鼠標，也可以是觸摸屏。例如，當待測樣品200為長方形樣品時，尺寸數據可以包括長、寬和面積。

步驟s112，根據所述出光裝置發出的探測光束的形狀及尺寸數據以及所述待測樣品的形狀及尺寸數據得到掃描路徑；

出光裝置110發出的探測光束的光斑形狀及尺寸數據可以是預先存儲在控制裝置140中的。或者，也可以通過成像裝置130實時采集探測光束的基準圖像，然后通過控制裝置140對該基準圖像進行圖像處理得到探測光束的光斑形狀及尺寸數據。又或者，還可以通過輸入裝置實時輸入探測光束的光斑形狀及尺寸數據。其中，掃描路徑可以包括掃描的方向，以及每個方向上掃描的次數即移動次數，盡量能夠覆蓋整個待測樣品200。

步驟s113，驅動所述平移臺控制所述待測樣品以所述掃描路徑移動，以使得所述出光裝置發出的探測光束依次入射到所述待測樣品的各待測區域；

步驟s120，根據基準圖像以及成像裝置接收到所述待測樣品每個所述待測區域透射的探測光束后發送的該待測區域的透射圖像得到所述待測樣品的透射率分布數據。

其中，基準圖像為成像裝置130采集的出光裝置110發出的探測光束的圖像。基準圖像可以是預先采集后存儲在控制裝置140中的，也可以是實時采集的。當基準圖像為實時采集的時，通過成像裝置130采集基準圖像的步驟可以發生在采集待測樣品200的各待測區域的透射圖像之前，也可以發生在采集完待測樣品200的各待測區域的透射圖像之后。由于采集待測樣品200的各待測區域的透射圖像時，調節待測樣品200的位置需要花費一定的時間，考慮到光源101和成像裝置130的穩定性，優選可以先不放置待測樣品200，通過成像裝置130采集基準圖像，然后再在平移臺120上放置待測樣品200，控制平移臺120帶動待測樣品200移動，通過該成像裝置130采集待測樣品200的各待測區域的透射圖像，這樣有利于提高測量結果的準確性。

控制裝置140獲取到成像裝置130采集的基準圖像以及某待測樣品200的各待測區域的透射圖像后，分別根據基準圖像以及每個待測區域的透射圖像得到待測樣品200的每個待測區域的透射率分布，從而可以得到待測樣品200的透射率分布數據。進一步，比較這些透射率，獲取透射率最大值和透射率最小值，即可得到該待測樣品200的透射率不均勻性。

所屬領域的技術人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的方法的具體工作過程，可以參考前述系統、裝置和單元實施例中的對應過程，在此不再贅述。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應所述以權利要求的保護范圍為準。