CN108226057A - 一种镀膜玻璃反射比和颜色的测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镀膜玻璃反射比和颜色的测量装置，包括样品支架、入射模块、积分球和接收模块，样品支架用于承载样品，并使样品的反射面朝向入射模块和接收模块；入射模块用于产生多束入射光束；多束入射光束包括相对于反射面的法线具有不同入射角度的光束；多束入射光束被反射面反射后沿镜面反射方向出射形成多束反射光束；积分球上设有开孔，多束反射光束经开孔进入积分球后被接收模块接收。同时，本发明还公开了一种镀膜玻璃反射比和颜色的测量方法。本发明能够通过一个积分球同时接收多束反射光线，多束反射光束经开孔进入积分球后再被接收模块接收，结构简单，设计合理，既提高了测量效率，也降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及建筑玻璃光学检测技术领域，具体涉及一种镀膜玻璃反射比和颜色的测量装置及方法。
背景技术
低辐射镀膜玻璃(Low-E玻璃)作为新兴的建筑玻璃材料，其节能效果优异，已逐步被建筑大面积采用，应用越来越普遍。然而，安装后的Low-E玻璃幕墙经常会出现颜色不均匀的问题，即色差，它直接影响玻璃幕墙的外观质量和美观效果，因此低辐射镀膜玻璃的色差问题越来越引起人们的重视。
低辐射镀膜玻璃是在玻璃表面涂镀一层或多层薄膜，以改变玻璃的光学性能，满足某种特定要求。它对反射光的作用较普通玻璃发生了更复杂的变化，光在薄膜与薄膜之间以及玻璃、薄膜和空气相对之间发生着入射、反射、透射、吸收、折射等复杂的光学作用，玻璃和薄膜的成分、结构以及厚度影响低辐射镀膜玻璃的光谱透射比和光谱反射比，也就决定了低辐射镀膜玻璃的透射颜色和反射颜色，任一因素的变化都将导致低辐射镀膜玻璃的色差。从不同角度观察玻璃，其反射颜色会随着观察角度的改变而发生变化，尤其是双银和三银低辐射镀膜玻璃由于膜层较厚，大角度观察玻璃色差会很明显。
低辐射镀膜玻璃主要用于建筑玻璃幕墙以及室外装饰，人们大多是在室外光照条件下观看玻璃，是玻璃的总反射，所以总反射色差的检测更重要。尤其是在光线好的条件下观察，玻璃颜色变化会很明显。
为了比较在不同角度下玻璃的总反射颜色，确保玻璃在不同的观察角度下色差满足相关标准要求，就需要多角度反射光谱测量，进而计算出不同角度下的颜色及色差。目前现有大多数反射光谱测量仪器仅仅是在单个或多个固定的入射角下(包括在接近法线的10°以下的角度、以及例如45°和60°的其它角度)测量反射比，并且对应地设置多个接收装置。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种镀膜玻璃反射比和颜色的测量装置，具体技术方案如下所述：
一种镀膜玻璃反射比和颜色的测量装置，包括样品支架、入射模块、积分球和接收模块，
所述样品支架用于承载样品，并使样品的反射面朝向所述入射模块和所述接收模块；
所述入射模块包括光源，所述入射模块用于产生多束入射光束；所述多束入射光束包括相对于所述反射面的法线具有不同入射角度的光束；所述多束入射光束被所述反射面反射后沿镜面反射方向出射形成多束反射光束；
所述积分球上设有开孔，所述多束反射光束经所述开孔进入所述积分球后被所述接收模块接收，所述接收模块包括光谱分光装置、光电探测器以及信号采集和处理单元；所述光谱分光装置与所述光电探测器连接，所述光电探测器与所述信号采集和处理单元连接。
进一步地，还包括第一挡光板，所述第一挡光板用于控制所述入射光束是否参与测量，所述第一挡光板设置在所述入射模块与所述反射面之间。
进一步地，还包括第二挡光板，所述第二挡光板用于控制所述反射光束是否进入所述积分球，所述第二挡光板设置在所述开孔与所述反射面之间。
进一步地，所述多束入射光束射入所述反射面上的同一个测量点，所述开孔的数量为多个。
进一步地，所述多束反射光束射入所述反射面上的多个测量点，所述开孔的数量为一个。
进一步地，所述入射模块还包括分光装置，所述分光装置用于将所述光源发出的光分解为多束所述入射光线，所述分光装置包括光纤分束器。
进一步地，所述入射模块还包括光阑和/或准直透镜，所述光阑用于限定所述入射光束的照明范围，所述准直透镜用于将所述入射光线转换成平行光线，所述光阑和所述准直透镜沿所述入射光束的光轴相邻设置。
进一步地，所述接收模块包括光线接收平面，经所述开孔入射到所述积分球内的所述多束反射光束的光线入射平面与接收模块的所述光线接收平面呈正交关系。
进一步地，所述光源的波长范围为380-1000nm，所述光源的数量为一个或多个。
进一步地，所述信号采集和处理单元用于根据测得的反射零点信号、反射标准板信号和样品反射信号，计算样品的光谱反射比。
进一步地，所述信号采集和处理单元还用于根据所述样品的光谱反射比，计算不同入射角度下的样品的反射颜色参数。
本发明还提供了一种镀膜玻璃反射比和颜色的测量方法，具体技术方案如下所述：
一种镀膜玻璃反射比和颜色的测量方法，使用上述任意一项提供的所述镀膜玻璃反射比和颜色的测量装置进行测量，包括如下步骤：
在所述样品支架上放置黑板，测得反射零点信号；
在所述样品支架上放置已知反射比的标准白板，测得反射标准板信号；
在所述样品支架上放置样品，测得不同入射角度下的样品反射信号；
基于所述反射零点信号、所述反射标准板信号和所述样品反射信号，计算所述样品的光谱反射比。
进一步地，基于所述反射零点信号、所述反射标准板信号和所述样品反射信号，计算所述样品的光谱反射比之后，还包括：
基于所述样品的光谱反射比，计算不同入射角度下的所述样品的反射颜色参数。
实施本发明具有以下有益效果：
1、本发明的入射模块包括第一挡光片，在第一挡光片位于入射光束的光轴处时，入射光束被第一挡光片阻挡后不能射入样品的反射面参与测量，通过将第一挡光片移入或移出入射光束的光轴，能够选择参与测量的入射光线，进而实现某一角度反射比和颜色的测量或多个角度反射比和颜色的同时测量，调节方便且相对于现有技术提高了测量效率。
2、本发明的测量装置包括第二挡光片，第二挡光片位于反射光束的光轴处，反射光束被第二挡光片阻挡后不能从开口进入积分球参与测量，通过将第二挡光片移入或移出反射光束的光轴，能够选择参与测量的反射光线，进而实现某一角度反射比和颜色的测量或多个角度反射比和颜色的同时测量，调节方便且相对于现有技术提高了测量效率。
3、本发明的测量装置能够根据测量需要对不同的测量点短时间内快速完成测量。
4、本发明提供的镀膜玻璃反射比和颜色的测量装置可以对镀膜玻璃的薄膜层厚度和其光学特性进行有效地控制，测得玻璃膜层和类似产业所需的角度颜色变化数据，为玻璃膜层的质量控制提供依据。
5、本发明能够通过一个积分球同时接收来自一个或多个测量点的多束反射光线，多束反射光束经开孔进入积分球后再被接收模块接收，结构简单，设计合理，多束入射光线同时测量提高了测量效率，降低了生产成本，便于量产。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
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附图。
图1是本发明实施例1提供的一种镀膜玻璃反射比和颜色的测量装置的结构示意图以及接收模块的结构框图；
图2是本发明实施例2提供的一种镀膜玻璃反射比和颜色的测量装置的结构示意图以及接收模块的结构框图；
图3是本发明实施例3提供的一种镀膜玻璃反射比和颜色的测量装置的结构示意图；
图4是本发明实施例4提供的一种镀膜玻璃反射比和颜色的测量装置的结构示意图；
图5是本发明实施例5提供的一种镀膜玻璃反射比和颜色的测量方法的流程示意图。
其中，11-样品；
21-光源，211-第一光源，212-第二光源，213-第三光源；
22-第一挡光板；
23-分光装置；
241-第一光阑，242-第二光阑，243-第三光阑；
251-第一准直透镜，252-第二准直透镜，253-第三准直透镜；
3-积分球，31-开孔；
4-接收模块，41-光谱分光装置，42-光电探测器，43-信号采集和处理单元。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体地限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以使直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
本发明提供了一种镀膜玻璃反射比和颜色的测量装置，下面将结合附图对本实施例进行详细说明。图1是本发明实施例1提供的一种镀膜玻璃反射比和颜色的测量装置的结构示意图以及接收模块的结构框图。为简化起见，仅示出了与文中所述的主题相关的那些元件。总体的镀膜玻璃反射比和颜色的测量装置可具有许多其他构造和可使用许多其它类型的装备。如图1所示，本实施例提供的镀膜玻璃反射比和颜色的测量装置包括样品11支架、入射模块、积分球3和接收模块4。
样品11支架用于承载样品11，并使样品11的反射面朝向入射模块和接收模块4。
入射模块用于产生多束入射光束，多束入射光束与反射面的法线具有不同夹角，多束入射光线从不同方向射入样品11表面的多个测量点，在测量点处被反射面反射后沿镜面反射方向出射形成多束反射光束。可选地，该测量装置的入射面与反射面成正交分布，入射面为入射光线与法线所在的平面，反射面为反射光线与法线所在的平面。
积分球3上设有一个开孔31，多束反射光束经开孔31进入积分球3后被接收模块4接收，进而被用于计算不同入射方向下测量点的反射比和颜色。如图1所示，光源212经样品11的反射面反射后的反射光线经开孔31进入积分球，且开孔31与积分球3球心的连线与光源212的反射光线重合。可选地，积分球3是表面尽可能为一非选择性漫反射层的圆形空心球；可选地，积分球3为带有匀光片的近似圆柱形积分球3。
图1还示出了测量装置的接收模块4的结构框图，如图1所示，接收模块4包括光谱分光装置41、光电探测器42以及信号采集和处理单元43；光谱分光装置41与光电探测器42连接，光电探测器42与信号采集和处理单元43电连接。
具体地，接收模块4包括光线接收平面(图中未示出)，经开孔31入射到积分球3内的多束反射光束的光线入射平面与接收模块的光线接收平面呈正交关系。
具体地，入射模块包括多个光源21，每个光源21能够产生一束入射光线，光源21的波长范围为380-1000nm。
具体地，入射模块还包括光阑和/或准直透镜，光阑和准直透镜沿入射光束的光轴相邻设置。光阑主要用于调节入射光束的强弱和照明范围，准直透镜能够将从光源21产生的入射光线转换成平行光线。光源21发出的光束经光阑和准直透镜后，照射到测量点上进而发生反射。
在本实施例的一种实施方式中，入射模块能够产生三束入射光线，入射模块包括用于产生第一入射光线的第一光源211、以及用于调节第一入射光线的第一光阑241和第一准直透镜251，用于产生第二入射光线的第二光源212、以及用于调节第二入射光线的第二光阑242和第二准直透镜252，用于产生第三入射光线的第三光源213、以及用于调节第三入射光线的第三光阑243和第三准直透镜253。可选地，第一入射光线与测量点法线的夹角为8°，第二入射光线与测量点法线的夹角为45°，第三入射光线与测量点法线的夹角为60°。需要指出的是，入射光线与测量点法线的夹角还可以是[8°，85°]这一区间内的任意值。
优选地，入射模块还包括第一挡光板22，第一挡光板22用于控制入射光束是否参与测量，第一挡光板22设置在入射模块与反射面之间。优选地，挡光板与入射光线一一对应设置。
可选地，本实施例提供的测量装置还包括第二挡光板，第二挡光板用于控制反射光束是否进入积分球3，第二挡光板设置在开孔31与反射面之间。
具体地，所述信号采集和处理单元用于根据测得的反射零点信号、反射标准板信号和样品11反射信号，计算样品11的光谱反射比。
优选地，所述信号采集和处理单元还用于根据所述样品11的光谱反射比，计算不同入射角度下的样品11的反射颜色参数。
本实施例相对于现有技术具有以下有益效果：
1、本发明的入射模块包括第一挡光片，在第一挡光片位于入射光束的光轴处时，入射光束被第一挡光片阻挡后不能射入样品的反射面参与测量，通过将第一挡光片移入或移出入射光束的光轴，能够选择参与测量的入射光线，进而实现某一角度反射比和颜色的测量或多个角度反射比和颜色的同时测量，调节方便且相对于现有技术提高了测量效率。
2、本发明的测量装置包括第二挡光片，第二挡光片位于反射光束的光轴处，反射光束被第二挡光片阻挡后不能从开口进入积分球参与测量，通过将第二挡光片移入或移出反射光束的光轴，能够选择参与测量的反射光线，进而实现某一角度反射比和颜色的测量或多个角度反射比和颜色的同时测量，调节方便且相对于现有技术提高了测量效率。
3、本发明的测量装置能够根据测量需要对不同的测量点短时间内快速完成测量。
4、本发明提供的镀膜玻璃反射比和颜色的测量装置可以对镀膜玻璃的薄膜层厚度和其光学特性进行有效地控制，测得玻璃膜层和类似产业所需的角度颜色变化数据，为玻璃膜层的质量控制提供依据。
5、本发明能够通过一个积分球同时接收来自一个或多个测量点的多束反射光线，多束反射光束经开孔进入积分球后再被接收模块接收，结构简单，设计合理，多束入射光线同时测量提高了测量效率，降低了生产成本，便于量产。
实施例2
图2是本发明实施例2提供的一种镀膜玻璃反射比和颜色的测量装置的结构示意图以及接收模块的结构框图，如图2所示，本实施例提供的镀膜玻璃反射比和颜色的测量装置与实施例1的主要区别在于：
本实施例的入射模块还包括分光装置23，分光装置23用于将光源21发出的光分解为多束入射光线，分光装置23为光纤分束器。需要指出的是，分光装置23还可以是能够对光源21进行分束的其他装置。
可选地，光源21的数量为一个。
可选地，光源21的数量为多个。
实施例3
图3是本发明实施例3提供的一种镀膜玻璃反射比和颜色的测量装置的结构示意图，如图3所示，本实施例提供的镀膜玻璃反射比和颜色的测量装置与实施例1的主要区别在于：
入射模块产生的多束入射光束均射入反射面上的同一个测量点，多束入射光束在测量点处被反射面反射后沿镜面反射方向出射形成多束反射光束。多束反射光束经不同的开孔31进入积分球3后被接收模块4接收。积分球3上设有多个开孔31，优选地，积分球3上的开孔31数量与入射光线/反射光线的数量相同，且开孔31位置为反射光线射入积分球3的位置。
实施例4
图4是本发明实施例4提供的一种镀膜玻璃反射比和颜色的测量装置的结构示意图，如图4所示，本实施例提供的镀膜玻璃反射比和颜色的测量装置与实施例2的主要区别在于：
入射模块产生的多束入射光束均射入反射面上的同一个测量点，多束入射光束在测量点处被反射面反射后沿镜面反射方向出射形成多束反射光束。多束反射光束经不同的开孔31进入积分球3后被接收模块4接收。积分球3上设有多个开孔31，优选地，积分球3上的开孔31数量与入射光线/反射光线的数量相同，且开孔31位置为反射光线射入积分球3的位置。
实施例5
图5是本发明实施例5提供的一种镀膜玻璃反射比和颜色的测量方法的流程示意图，如图5所示，本实施例提供的镀膜玻璃反射比和颜色的测量方法使用实施例1-4任一提供的镀膜玻璃反射比和颜色的测量装置进行测量，具体包括如下步骤：
S1：在测量位置放置黑板，测得反射零点信号；
S2：在测量位置放置已知反射比的标准白板，测得反射标准板信号；
S3：在测量位置放置样品，测得不同入射角度下的样品反射信号；
S4：基于所述反射零点信号、所述反射标准板信号和所述样品反射信号，计算所述样品的光谱反射比。
具体地，样品的光谱反射比的计算公式如下：：
将被测样品置于测量光路中，采集各波长下的光度响应值I(λ)；
按公式计算得出样品的光谱反射比值ρ(λ)。
式中：
ρstd(λ)——反射标准样品在与被测样品相同测量几何条件下的光谱反射比。
具体地，所述根据所述反射零点信号、所述反射标准板信号和所述样品反射信号计算所述样品的光谱反射比之后，还包括：
根据GB/T 3977《颜色的表示方法》中规定，给出以下颜色计算基础公式。颜色三刺激值X、Y、Z按公式(2)～公式(4)计算：
式中：
X、Y、Z——被测样品的三刺激值；
i(λ)——样品的光谱透射比或光谱反射比；
S(λ)——标准照明体的相对光谱功率分布，按GB/T 3978《标准照明体和几何条件》的规定取值，应尽可能使用CIE标准照明体A或D65。建筑玻璃颜色测量中采用的是标准照明体D65条件下的相对光谱功率分布；
y(λ)、z(λ)——标准色度观察者色匹配函数，分为CIE1931和CIE1964标准色度观察者色匹配函数。建筑玻璃颜色测量一般采用CIE1964标准色度观察者色匹配函数，也称10°标准色度观察者色匹配函数；
Δλ——波长间隔，取5nm；
k——归一化系数，
用于表示建筑玻璃透射和反射颜色参数的CIE LAB均匀色空间L*、a*、b*按公式(5)～公式(9)计算。
L*＝116f(Y10Yn)-16……………………………………(5)
a*＝500[f(X10/Xn)-f(Y10Yn)]……………………………(6)
b*＝200[f(Y10/Yn)-f(Z10/Zn)]………………………………(7)
f(t）＝t1/3 t＞(6/29)3…………(8)
式中：
Xn、Yn、Zn——CIE标准照明体D65在10°标准色度观察者下的三刺激值，Xn＝94.81，Yn＝100.00，Zn＝107.32；
t——代表式中Y10/Yn、X10/Xn或Z10/Zn。
可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例1、实施例2、实施例3和实施例4中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
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、修改和变型。
Claims (10)
1.一种镀膜玻璃反射比和颜色的测量装置，其特征在于，包括样品支架、入射模块、积分球(3)和接收模块(4)，
所述样品支架用于承载样品(11)，并使样品(11)的反射面朝向所述入射模块和所述接收模块(3)；
所述入射模块包括光源(21)，所述入射模块用于产生多束入射光束；所述多束入射光束包括相对于所述反射面的法线具有不同入射角度的光束；所述多束入射光束被所述反射面反射后沿镜面反射方向出射形成多束反射光束；
所述积分球(3)上设有开孔(31)，所述多束反射光束经所述开孔(31)进入所述积分球(3)后被所述接收模块(4)接收，所述接收模块(4)包括光谱分光装置(41)、光电探测器(42)以及信号采集和处理单元(43)；所述光谱分光装置(41)与所述光电探测器(42)连接，所述光电探测器(42)与所述信号采集和处理单元(43)连接。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，还包括第一挡光板(22)和/或第二挡光板，所述第一挡光板(22)用于控制所述入射光束是否参与测量，所述第一挡光板(22)设置在所述入射模块与所述反射面之间；所述第二挡光板用于控制所述反射光束是否进入所述积分球(3)，所述第二挡光板设置在所述开孔(31)与所述反射面之间。
3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述多束入射光束射入所述反射面上的同一个测量点，所述开孔(31)的数量为多个。
4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述多束反射光束射入所述反射面上的多个测量点，所述开孔(31)的数量为一个。
5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述入射模块还包括分光装置(23)，所述分光装置(23)用于将所述光源(21)发出的光分解为多束所述入射光线，所述分光装置(23)包括光纤分束器。
6.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述入射模块还包括光阑和/或准直透镜，所述光阑用于限定所述入射光束的照明范围，所述准直透镜用于将所述入射光线转换成平行光线，所述光阑和所述准直透镜沿所述入射光束的光轴相邻设置。
7.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述接收模块(4)包括光线接收平面，经所述开孔(31)入射到所述积分球(3)内的所述多束反射光束的入射平面与所述光线接收平面呈正交关系。
8.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述光源(21)的波长范围为380-1000nm，所述光源(21)的数量为一个或多个。
9.一种基于权利要求1-8任一所述的镀膜玻璃反射比和颜色的测量装置的镀膜玻璃反射比和颜色的测量方法，其特征在于，包括：
在所述样品支架上放置黑板，测得反射零点信号；
在所述样品支架上放置已知反射比的标准白板，测得反射标准板信号；
在所述样品支架上放置样品(11)，测得不同入射角度下的样品(11)反射信号；
基于所述反射零点信号、所述反射标准板信号和所述样品(11)反射信号，计算所述样品(11)的光谱反射比。
10.根据权利要求9所述的测量方法，其特征在于，基于所述反射零点信号、所述反射标准板信号和所述样品(11)反射信号，计算所述样品(11)的光谱反射比之后，还包括：
基于所述样品(11)的光谱反射比，计算不同入射角度下的所述样品(11)的反射颜色参数。
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