基于红外偏折术的积分腔狭缝光源装置

技术领域

本发明涉及一种光学检测领域，具体涉及一种积分腔狭缝光源装置。

背景技术

大口径光学镜面在研磨阶段，要求要有很大的去除量，并且要快速收敛到理想的面形形状，去除量一般由几百微米到1微米左右的RMS(表面粗糙度的高度分布参数，它是轮廓线与平均线垂直偏差的方均根)粗糙度。而粗糙表面对于可见光而言不是镜面反射，难以采用干涉与镜面成像等方法测量，对面形测量带来了挑战。而红外偏折测量系统是一个理想的解决方法，因为长波波段在粗糙表面发生镜面反射，并且属于非零位测量，可以不需要补偿器的情况下，实现快速测量。红外测量偏折术的挑战是红外光源的选择和设计。理想的光源需要有高空间调制精度和稳定性，并且需提供一个很高的信噪比。

传统的光源为一个薄的钨丝带，它可以引起焦耳热，产生一个矩形的伪黑体辐射源。钨丝在热梯度和负载下，容易产生低阶弯曲，影响镜面表面的重构精度。钨丝的多次循环使用，会蒸发与降解，导致了非均匀性辐射特性。钨丝为一个伪黑体光源，增加有效的输入功率可以提高信号功率，但是钨丝的输出光谱会向短波移动，不利于镜面检测。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中传统光源容易产生低阶弯曲而影响镜面表面的重构精度、钨丝的输出光谱会向短波移动、不利于镜面检测的缺陷，提供一种基于红外偏折术的积分腔狭缝光源装置，特别适用于大口径反射镜的红外偏折术检测中。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种基于红外偏折术的积分腔狭缝光源装置，其特点在于，包括具有开口的积分腔、基板、包括多个发热电阻的发热电阻阵列和遮光板，其中，

所述基板覆盖于所述积分腔的开口且所述基板与所述积分腔相固定，所述基板的中心设置有出光狭缝，所述发热电阻阵列设置于所述基板与所述遮光板之间，所述遮光板遮盖所述发热电阻阵列但不遮盖所述出光狭缝，所述积分腔的内壁和所述基板上(例如基板靠近积分腔的一侧)设置有用于产生漫反射的涂层，

所述发热电阻阵列用于向所述积分腔中辐射红外光，所述出光狭缝用于出射经在所述积分腔中经漫反射后的红外光，所述遮光板用于抑制背景辐射。本光源装置可以用于反射镜粗糙面的测量，必须为红外光，遮光板的设置是因为发热电阻发热产生的热辐射会产生背景噪声，如果没有遮光板的话，狭缝处会有红外光，每一个电阻发热也会有红外光(即产生背景辐射)。

优选地，所述发热电阻阵列中的多个发热电阻在开口方向上平行布置。

优选地，多个发热电阻中的每个发热电阻的阻值是可调节的。

优选地，每个发热电阻用于辐射2μm-14μm的红外光。

优选地，所述积分腔与所述基板通过螺丝固定。

优选地，所述基板和所述遮光板通过螺丝固定。

优选地，所述遮光板包括位于所述出光狭缝两侧的具有L型截面的遮光件。

优选地，所述积分腔的内壁为铝，所述涂层为镀金层。涂层厚度大约为200nm以上。

优选地，所述基板上布置有多个用于容纳发热电阻的孔。多个设置有引线的发热电阻被容纳于孔中，例如每个发热电阻包括电阻端和引线端，电阻端设置于接近于积分腔内壁一侧，而引线端设置于远离积分腔内壁一侧，这样通电之后电阻端发热产生的红外光将出射至积分腔内壁，经由漫反射最终自出光狭缝出射。

例如每个发热电阻包括3个引线和与引线相连的电阻，电阻外形包括圆柱形的保护帽，发光面为保护帽内部一个很薄的发热片，在固定时，绕圆柱形的圆周方向涂胶将发热电阻与基板相固定。

优选地，所述积分腔狭缝光源装置进一步包括与各个发热电阻相连的电源控制器，所述电源控制器用于控制发热电阻的通断，相当于可以时间调制信号，在使用中，通过采集电阻关时的辐射和电阻开时的辐射，既可以分离背景噪声，提高信噪比。又或者，所有的发热电阻串联，电源控制器控制所有的电阻的通断。

也就是说，在一些优选实施例中，电源控制器同时控制所有发热电阻的通断。在另一些优选实施例中，电源控制器可以单独控制每一个发热电阻，以使得某几个发热电阻通电发热，而其他发热电阻不通电。

优选地，发热电阻可以是串联的，也可以是并联的。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：采用模块化高效、高稳定的电阻膜黑体元件，可辐射稳定的红外光源，电阻的辐射光源经过积分腔内特殊涂层的漫反射，从出光狭缝出射均匀的长波红外辐射。出光狭缝可以机械加工为任意的几何图样，图样的几何形状是稳定的。该光源具有电调制功能，可以提供一个时间调制信号，从背景噪声中隔离信号，提高了信噪比，从而提高了面形重构精度。

附图说明

图1为本发明一实施例的积分腔狭缝光源装置的截面示意图。

图2为本发明一实施例的积分腔和基板的组合透视图。

图3为本发明一实施例的发热电阻的示意图。

图4示出了出光狭缝的辐射度仿真结果。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

参考图1-图4，介绍本发明一实施例所述的基于红外偏折术的积分腔狭缝光源装置，其包括积分腔1(例如为四分之三球型腔体)、基板3(用于封闭四分之三球型腔体)、包括多个发热电阻4的发热电阻阵列和遮光板6。所述发热电阻阵列中的多个发热电阻4在开口方向上平行布置。其中，多个发热电阻中的每个发热电阻4的阻值是可调节的。每个发热电阻用于辐射2μm-14μm的红外光。

所述基板3覆盖于所述积分腔1(四分之三球型腔体)的开放端且所述基板3与所述积分腔1相固定，所述基板3的中心设置有出光狭缝5，所述发热电阻阵列设置于所述基板3与所述遮光板6之间，所述遮光板6遮盖所述发热电阻阵列但不遮盖所述出光狭缝5，例如所述遮光板包括位于所述出光狭缝两侧的具有L型截面的遮光件。在本实施例中，所述基板3上布置有多个用于容纳发热电阻4的孔，如图3所示的发热电阻4设置于孔中。所述积分腔1与所述基板3通过螺丝固定。并且，所述基板3和所述遮光板6通过螺丝固定。

所述积分腔1的内壁和所述基板3上设置有涂层2。与电源连接之后，通过对阻值的调节，所述发热电阻阵列用于向所述积分腔1中辐射红外光，所述出光狭缝5用于出射经在所述积分腔1中经漫反射后的红外光，所述遮光板6则用于抑制背景辐射。

使用该积分腔狭缝光源装置时，当发热电阻4通电时，控制电流大小，可改变发热电阻的电阻值，因电阻具有高辐射率，低功耗，使用寿命长，并且有快速的调制功能，电阻辐射2μm-14μm的红外光，产生的光在积分腔内表面产生漫反射，最终从出光狭缝辐射均匀的红外光(见图2的仿真结果(采用Tracepro光学软件得到)，可以看出红外光的均匀度较佳)。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。