反射率测量装置

摘要

本发明提供一种反射率测量装置，包括棱形双面镜和平面反射镜，棱形双面镜具有第一反射面和第二反射面，平面反射镜设置在第一反射面的反射光路上，光学元件设置在平面反射镜的反射光路上，探测光入射至第一反射面，并反射到平面反射镜，再经平面反射镜反射至光学元件的表面，光学元件的反射光经第二反射面的反射后沿探测光的原光路射出。与多块反射镜结构相比，本发明只采用棱形双面镜+平面反射镜的结构，探测光只需要经过4次反射，就能被探测器接收，这最大程度地减少了探测光的损失，提高了反射率测量的准确度。同时解决了2个反射镜设计结构中存在的反射镜间距太小不利于调整的问题。

权利要求

1.一种反射率测量装置，其特征在于，包括棱形双面镜和平面反射镜，所述棱形双面镜具有第一反射面和第二反射面，所述平面反射镜设置在所述第一反射面的反射光路上，光学元件设置在所述平面反射镜的反射光路上，探测光入射至所述第一反射面，并反射到所述平面反射镜，再经所述平面反射镜反射至所述光学元件的表面，所述光学元件的反射光经所述第二反射面的反射后沿所述探测光的原光路射出；其中，所述第二反射面与水平面所成的锐角B满足如下关系：其中，α为所述探测光入射到所述光学元件表面的入射角。

2.根据权利要求1所述的反射率测量装置，其特征在于，所述第一反射面与所述第二反射面所成的锐角为θ，则：

3.根据权利要求2所述的反射率测量装置，其特征在于，所述锐角θ的范围为15°～49°。

4.根据权利要求1所述的反射率测量装置，其特征在于，所述棱形双面镜与所述平面反射镜安装在样品仓内，所述平面反射镜安装在所述样品仓的底面。

5.根据权利要求4所述的反射率测量装置，其特征在于，所述样品仓的深度为110mm。

6.根据权利要求5所述的反射率测量装置，其特征在于，所述入射角α的范围为3°～

10°。

7.根据权利要求4所述的反射率测量装置，其特征在于，在所述样品仓的入射口处设置有用于控制所述探测光直径的孔径光阑。

8.根据权利要求1所述的反射率测量装置，其特征在于，在所述第一反射面、所述第二反射面和所述平面反射镜的反射面上分别镀有金属反射膜。

说明书

反射率测量装置

技术领域

[0001] 本发明涉及光学检测技术领域，特别涉及一种反射率测量装置。

背景技术

[0002] 光谱检测的通用设备包括分光光度计、傅利叶变换红外光谱仪(FTIR)等仪器，这类设备往往配有用于测量反射率的反射附件。对于大角度反射率测量，厂商配套的装置相
对简单，易于实现。但对小角度的反射率测量，目前厂商配套的反射附件大多采用对称式结
构的反射镜组合，由光源发出的探测光在入射到反射附件后，往往需要经过反射镜的多次
反射才能被探测器接收到，反射镜的数量过多会增加探测光能量的损耗，降低反射率测量
的精度。以Pike tech公司在售的10°反射附件为例，其结构如图1所示，该反射附件使用了6
块对称布置的反射镜，这种设计带来的问题是探测光损失严重。

[0003] 另外，为了解决小入射角情况下对镜体空间限制的问题，现有的反射附件的设计方案大多采用多组对称反射式结构，来调节光束的入射角度，由于采用多个反射镜组合，而
且这些反射镜都是广谱的宽带反射镜，即采用的反射镜要保证在宽光谱范围内，如常规近
红外可见紫外波段200nm～1.7μm，在宽光谱范围内每个波段均实现高反射率是非常困难
的，即使采用金属复合膜，在某些波长上，反射率也不足90％，若设计方案中选用的反射镜
数量增加，系统的整体反射率就会成几何下降。而且反射面经长期使用，表面散射也会增
加，多镜的设计会增加反射面散射的几率。系统反射率的减低和散射的存在会影响系统测
试的信号信噪比，降低小角反射率的测试精准度。

[0004] 当然还有一种有关小入射角情况下的反射率测量的设计方案，通过使用双反射镜来测量光学元件的反射率。尽管这种设计可以最大程度的减少探测光的损失，但是双反射
镜的间距太近不方便调整，而且光束的发散特性也限制了双反射镜的设计。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种反射率测量装置，采用一体化的棱形双面镜+平面反射镜的结构来作为分光光度计、FTIR等光谱仪测量反射率的反射附件，通过减少反射次数
来降低探测光的损失，提高反射率测量的准确度。

[0006] 为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

[0007] 本发明提供的反射率测量装置，包括棱形双面镜和平面反射镜，棱形双面镜具有第一反射面和第二反射面，平面反射镜设置在第一反射面的反射光路上，光学元件设置在
平面反射镜的反射光路上，探测光入射至第一反射面，并反射到平面反射镜，再经平面反射
镜反射至光学元件的表面，光学元件的反射光经第二反射面的反射后沿探测光的原光路射
出。

[0008] 优选地，第二反射面与水平面所成的锐角B满足如下关系：

[0009]

[0010] 其中，α为探测光入射到光学元件表面的入射角。

[0011] 优选地，第一反射面与第二反射面所成的锐角为θ，则：

[0012]

[0013] 优选地，锐角θ的范围为10°～49°。

[0014] 优选地，棱形双面镜与平面反射镜安装在样品仓内，平面反射镜安装在样品仓的底面。

[0015] 优选地，样品仓的深度为110mm。

[0016] 优选地，入射角α的范围为3°～10°。

[0017] 优选地，锐角θ的范围为18°～45°。

[0018] 优选地，在样品仓的入射口处设置有用于控制探测光直径的孔径光阑。

[0019] 优选地，在第一反射面、第二反射面和平面反射镜的反射面上分别镀有金属反射膜。

[0020] 本发明能够取得以下技术效果：

[0021] 1、本发明只采用棱形双面镜和平面反射镜，与多块反射镜相比，探测光只需经过四次反射就能被探测器接收，最大程度地减少探测光的损失，以提高测量数据的准确性。

[0022] 2、采用棱形双面镜代替独立的双反射镜，能够减少所占用的空间体积，降低双反射镜之间的变动偏差和可变维度，提高系统的稳定性，减少光背景散射的因素，还能解决双
反射镜的间距过小导致调校空间不足的问题。

[0023] 3、由于结构简单，降低了系统的元件成本，减少了装调工序。

附图说明

[0024] 图1是Pike tech公司的10°反射附件的结构示意图；

[0025] 图2是根据本发明实施例的反射率测量装置的结构示意图；

[0026] 图3是根据本发明具体实施例1的反射率测量装置的结构示意图。

[0027] 其中的附图标记包括：棱形双面镜1、平面反射镜2、光学元件3、孔径光阑4。

具体实施方式

[0028] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发
明，而不构成对本发明的限制。

[0029] 图2示出了根据本发明实施例的反射率测量装置的结构。

[0030] 如图2所示，反射率测量装置用于测量光学元件3的反射率，具体包括棱形双面镜1和平面反射镜2，棱形双面镜1与平面反射镜2设置在光谱检测设备的样品仓内，在样品仓的
顶面开设有窗口，待测的光学元件3被水平放置并盖住该窗口。

[0031] 棱形双面镜具有三个面，其中的两个面作为反射面，第三个面作为固定面，在固定面处通过夹具固定棱形双面镜1，两个反射面分别为第一反射面和第二反射面，第一反射面
为棱形双面镜1最先接触探测光并对探测光进行反射的表面，第二反射面为棱形双面镜1第
二次接触探测光并对探测光进行反射的表面。

[0032] 平面反射镜2设置在棱形双面镜1的第一反射面的反射光路上，用于对第一反射面反射出的探测光进行反射，使探测光入射到光学元件3的表面。

[0033] 光学元件3设置在平面反射镜2的反射光路上，经平面反射镜2反射的探测光入射至光学元件3的表面，经光学元件3表面反射后的探测光入射至棱形双面镜1的第二反射面，
经第二反射面的反射后沿探测光的原光路射出。

[0034] 分光光度计、FTIR等光谱仪发出的探测光可以是极紫外光、紫外光、可见光或红外光，即本发明提供的反射率测量装置的光响应范围是极紫外光、紫外光、可见光或红外光。
常见的波长范围是180nm～3300nm。

[0035] 分光光度计、FTIR等光谱仪发出的探测光可以是平行光或略微发散的近平行光。

[0036] 考虑到反射镜需要具有尽量宽的反射波长范围，在棱形双面镜1的第一反射面、第二反射面和平面反射镜的反射面分别镀有反射增强的金属反射膜，通用的是铝反射膜。针
对特殊的情况，如中红外光系统，也可采用银反射膜或金反射膜。

[0037] 光谱仪发出的探测光经样品仓的入射口水平入射到棱形双面镜1的第一反射面上，经过第一反射面反射到平面反射镜2，再经平面反射镜2的反射入射到光学元件3表面。
光学元件3表面的反射光经过棱形双面镜1的第二反射面的反射后，沿探测光的原始光路水
平射出，被探测器接收。

[0038] 由于光学元件3的反射率随着入射光的入射角度而变化，所以经平面反射镜2反射到光学元件3表面的探测光的入射角要受到限制。

[0039] 棱形双面镜1的第二反射面与水平面所成的锐角B应满足如下关系：

[0040]

[0041] 其中，α是探测光入射到光学元件3表面的入射角。

[0042] 棱形双面镜1的第一反射面与第二反射面所成的夹角，即为棱形双面镜1的顶角θ，其会受到平面反射镜2所在的位置和光学元件3的入射角α的影响，当平面反射镜3安置在样
品仓的底面时，棱形双面镜1的顶角选择最小值。

[0043] 由于探测光限制了平面反射镜2的高位，所以棱形双面镜1的第一反射面与第二反射面所成的锐角θ的范围由下式决定：

[0044]

[0045] 考虑到反射率测量装置与通用型光谱检测设备的匹配，一般光谱检测设备的样品仓深度在110mm，本发明针对小入射角反射测量的情况，入射角可适用范围为3°～10°，综合
多参数的权重，本发明设计棱形双面镜1的顶角θ范围在18°～45°之间。

[0046] 针对小入射角情况的反射率测试，本发明为了适合于小光束束斑的系统，要求入射光为小束斑情况，束斑尺寸低于5mm，因此在样品仓的入射口处增加一个孔径光阑4来实
现对光斑尺寸的控制。对于双光路分光光度计，在两路入光口处分别设置孔径光阑4。该孔
径光阑4能够缩小探测光的直径，使平面反射镜2可以选择更小的尺寸，提高安装平面反射
镜2的可调高度。

[0047] 具体实施例1

[0048] 如图3所示，探测光入射到光学元件3的入射角α为8°，从光学元件3反射的探测光的反射角与入射角相等也为8°。棱形双面镜1的第二反射面与水平面所成的锐角B为范围为
10°～49°，这里优选为41°。棱形双面镜1的第一反射面与第二反射面所成的锐角θ的范围为
10°～49°，这里优选为30°。平面反射镜2与水平面所成的锐角的范围为10°～49°，这里优选
为30°。

[0049] 对于小入射角反射装置，一个重要的问题是反射镜在两束小夹角的光束中间，反射镜的边缘会影响到光束的传导，用棱形双面镜，解决了2块反射镜的间距问题，还为固定
夹具节省了空间，可以在棱形双面镜的第三面处固定元件的夹具，不影响光路。另外，由于
棱形双面镜是一体化结构，可以减少镜体的可变维度，若采用2块反射镜，可变维度是6个，
而一体化后，可变维度是3个，从而提高对安装调试的精准度。

[0050] 本发明所采用的棱形双面镜1+平面反射镜2的结构可以是水平面放置，也可以是垂直于水平面放置。本发明作为分光光度计、FTIR等光谱仪测量反射率的反射附件，通过一
体化的棱形双面镜减少调节部件的变化维度。

[0051] 作为反射附件可以针对单个光路放置一套本发明的结构。也可以针对双光路，并排放置2套本发明的结构。针对多光路，可以并排放置多套本发明的结构。

[0052] 与多块反射镜结构相比，本发明只采用棱形双面镜1+平面反射镜2的结构，探测光只需要经过4次反射，就能被探测器接收，这最大程度地减少了探测光的损失，提高了反射
率测量的准确度。同时解决了2个反射镜设计结构中存在的反射镜间距太小不利于调整和
光束发散的问题。

[0053] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不
必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任
一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技
术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结
合和组合。

[0054] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述
实施例进行变化、修改、替换和变型。

[0055] 以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范
围内。